הכנה ובדיקה של דבקי עץ מבוססי ארוחת זרעי צמח
Summary
To facilitate the effort in seeking more economic and environment-friendly formulations of natural product-based wood adhesives, this work demonstrates the preparation and testing of plant seed-based wood adhesives. This protocol allows one to assess plant seed-based agricultural products as suitable candidates for the substitution of synthetic-based wood adhesives.
Abstract
לאחרונה, העניין במוצרים מבוסס ארוחת זרע צמח כמו דבקי עץ גדל בהתמדה, כחומרי גלם אלו צמח נחשבים מתחדשים וידידותית לסביבה. מוצרים טבעיים אלה עשויים לשמש כחלופות לדבקים מבוססי נפט ללהקל על חששות קיימות סביבתיים ו. עבודה זו מדגימה את ההכנה ובדיקה של דבקי עץ הצמח מבוסס זרע באמצעות זרעי כותנה וארוחת סויה כחומר גלם. בנוסף לארוחות שלא טופלו, מים שטפו ארוחות ומבודדות חלבון מוכנים ונבדק. slurries דבק מוכן על ידי ערבוב מוצר ארוחה המיובש בהקפאה במים ללא יונים (03:25 w / w) עבור שעה 2. כל הכנת דבק מוחלת על קצה אחד של רצועות פורניר עץ 2 בעזרת מברשת. אזורי דבק דביק המצופים של רצועות פורניר העץ הם לקקו והדביקו על ידי לחיצה על-חם. חוזק הדבקה הוא כפי שדווח כוח הגזירה של דגימת עץ ערובה בהפסקה. התנגדות מים של הדבקים נמדדת על ידיהשינוי בכוח הגזירה של עץ הערובה דגימות בהפסקה לאחר שריה במים. פרוטוקול זה מאפשר להעריך מוצרים חקלאיים המבוססים על זרעי צמח כמועמדים מתאימים להחלפה של דבקי עץ מבוסס סינטטיים. התאמות לניסוח הדבק עם או בלי תוספות ותנאי מליטה יכולות לייעל מאפייני ההדבקה שלהם ליישומים מעשיים שונים.
Introduction
מליטה הדבקה של עץ ממלא תפקיד הולך וגדל בתעשיית מוצר היער ומהווה גורם מרכזי ליעילות ניצול משאבי עץ 1. העניין בשימוש בדבקים המבוססים על מוצרים טבעיים לעץ גדל בהתמדה מ 1930 להגיע לשיא בסביבות שנתי 1960 2. לאחר תקופה זו, המחיר של דבקים מבוססי נפט הפך כל כך נמוך שהם נעקרו דבקי חלבון ממספר שווקים מסורתיים. בשני העשורים האחרונים, מגמה זו התהפכה עם עניין מחודש בשימוש בחומרים שאינם מתחדש, מתכלה, ויותר מקובלת לסביבה. משאבי טבע אלה כוללים, אך אינם מוגבלים ל, חלבון סויה 3-5, חלבון כותנה 6, סובין אורז 7, גלוטן חיטה 8, מסתננים תבואה חלבון 9, חלבון קנולה ושמן 10-12, ליגנין מדורה וקני סוכר פסולת 13 , 14, ורבים-סוכרים הנגזרים מפגזי שרימפס 15.
<p class = "jove_content"> בעוד שבודד חלבון זרע נבדק באופן נרחב כדבקי עץ פוטנציאליים, הליך הבידוד כרוך אלקליין מאכל וחומרים כימי חומצי וזה גורם לי דבקים המבוסס על בודד יקר יחסית ופחות ידידותית לסביבה 16. לכן, כמה ארוחות נטולות שומן זרע (קמחים) עם או בלי טיפול גם נבדקו לצורך דבק, למרות שמאפייני ההדבקה של ארוחות אלה לא לבצע, כמו גם חלבון מבודד 17-19. ברצף יש לנו מופרדים תערובת זרעי כותנה (CM) לשברים שונים, ובחנו את חוזק ההדבקה שלהם בחזיתות מעץ המליטה 20,21. החלק המוצק אינם מסיסים במים (כותנה שטפה להלן ארוחה-WCM) יכול לשמש כדבקי עץ, דומים לבודד חלבון כותנה (CSPI), ויהיה פחות יקר כדי להכין מאשר CSPI.חוזק הדבקה ועמידות למים הם שני פרמטרים קריטיים בהערכת הביצועיםחומר הדבקה פוטנציאלי. כאן, חוזק ההדבקה הוא כפי שדווח כוח הגזירה בהפסקה של אג"ח חיקו של כל דגימת עץ. התנגדות מים של הדבק נמדדת על ידי השינוי בכוח גזירת חיק של דגימת עץ ערובה בהפסקה בשל שריה במים. באמצעות ארוחות כותנה וסויה נטולות שומן כחומר גלם, פרוטוקול זה מספק דרך פשוטה וישירה כדי להכין ומוצרים מבוססי זרע צמח מבחן כמו דבקי עץ. פרוטוקול זה יהיה מועיל בקידום המאמץ במחפש יותר ניסוחים כלכליים וידידותית לסביבה של דבקי עץ מבוסס מוצרים טבעיים.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאמר זה מציג הליך בסיסי להכנה ובדיקת זרע צמח מבוסס מוצרים כמו דבקי עץ. Slurries דבק exampled בפרוטוקול זה הוא פשוט מוצר זרע ארוחה נטול שומן ומים. ניתן להגיע ניסוחים דבקים שונים על ידי תוספת של חומרים כימיים בדיקות (כגון סולפט dodecyl נתרן, נתרן bisulfite או שמן טונג) 5,6,23 ו / או שינ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Data reported in this work are part of the USDA-ARS National Program 306 Project ‘Values-Added Products from Cottonseed’ research supported by the Agency’s in-house funding. Publication of this paper is supported in part by the Journal of Visualized Experiments. Mention of trade names or commercial products in this publication is solely for the purpose of providing specific information and does not imply recommendation or endorsement by the U.S. Department of Agriculture. USDA is an equal opportunity provider and employer. We acknowledge the constructive comments from JoVE science editor and peer reviewers in the review and revision process.
Materials
| Material and Equipment | Supplier/Manufacturer | Address | |
| defatted cottonseed meal | Kentwood Co-op | Kentwood, LA, USA | |
| defatted soy meal | Kentwood Co-op | Kentwood, LA, USA | |
| wood veneers | Certainly Wood, Inc. | East Aurora, NY, USA | |
| cyclone sample mill (model 3010-014) | UDY Corporation | Fort Collins, CO, USA | |
| Benchtop Heated Press (Model 3856) | Carver, Inc. | Wabash, IN. USA | |
| Materials Tester | Zwick GmbH & Co. | Ulm, Germany |
References
- Frihart, C. R., Hunt, C. G. . Wood Handbook: wood as an engineering material: General technical report FPL; GTR-190. , (2010).
- Lambuth, A. L., Pizza, A., Mittal, K. L. . Handbook of Adhesive Technology. , 457-478 (2003).
- Kalapathy, U., Hettiarachchy, N. S., Myers, D., Hanna, M. A. Modification of soy proteins and their adhesive properties on woods. J. Am. Oil Chem. Soc. 72 (5), 507-510 (1995).
- Li, K., Peshkova, S., Geng, X. Investigation of soy protein-Kymene adhesive systems for wood composites. J. Am. Oil Chem. Soc. 81 (5), 487-491 (2004).
- Qi, G., Li, N., Wang, D., Sun, X. S. Adhesion and physicochemical properties of soy protein modified by sodium bisulfite. J. Am. Oil Chem. Soc. 90 (12), 1917-1926 (2013).
- Cheng, H. N., Dowd, M. K., He, Z. Investigation of modified cottonseed protein adhesives for wood composites. Ind. Crop. Prod. 46, 399-403 (2013).
- Pan, Z., Cathcart, A., Wang, D. Thermal and chemical treatments to improve adhesive property of rice bran. Ind. Crop. Prod. 22 (3), 233-240 (2005).
- Nordqvist, P., et al. Wheat gluten fractions as wood adhesives-glutenins versus gliadins. J. Appl. Polymer Sci. 123 (3), 1530-1538 (2012).
- Bandara, N., Chen, L., Wu, J. Adhesive properties of modified triticale distillers grain proteins. Int. J. Adhes. Adhes. 44, 122-129 (2013).
- Li, N., Qi, G., Sun, X. S., Stamm, M. J., Wang, D. Physicochemical properties and adhesion performance of canola protein modified with sodium bisulfite. J. Am. Oil Chem. Soc. 89 (5), 897-908 (2012).
- Wang, C., Wu, J., Bernard, G. M., Wasylishen, R. E. Preparation and characterization of canola protein isolate -poly(glycidyl methacrylate) conjugates: a bio-based adhesive. Ind. Crop. Prod. 57, 124-131 (2014).
- Kong, X., Liu, G., Curtis, J. M. Characterization of canola oil based polyurethane wood adhesives. Int. J. Adhes. Adhes. 31 (6), 559-564 (2011).
- Xiao, Z., et al. Utilization of sorghum lignin to improve adhesion strength of soy protein adhesives on wood veneer. Ind. Crop. Prod. 50, 501-509 (2013).
- Moubarik, A., Grimi, N., Boussetta, N., Pizzi, A. Isolation and characterization of lignin from Moroccan sugar cane bagasse: Production of lignin-phenol-formaldehyde wood adhesive. Ind. Crop. Prod. 45, 296-302 (2013).
- Patel, A. K., et al. Development of a chitosan-based adhesive. Application to wood bonding. J. Appl. Polymer Sci. 127 (6), 5014-5021 (2013).
- He, Z., Cao, H., Cheng, H. N., Zou, H., Hunt, J. F. Effects of vigorous blending on yield and quality of protein isolates extracted from cottonseed and soy flours. Modern Appl. Sci. 7 (10), 79-88 (2013).
- Amico, S., Hrabalova, M., Muller, U., Berghofer, E. Bonding of spruce wood with wheat flour glue-Effect of press temperature on the adhesive bond strength. Ind. Crop. Prod. 31, 255-260 (2010).
- Gao, Q., Shi, S. Q., Li, J., Liang, K., Zhang, X. Soybean meal-based wood adhesives enhanced by modified polyacrylic acid solution. BioResources. 7 (1), 946-956 (2011).
- Chen, N., Lin, Q., Rao, J., Zeng, Q. Water resistances and bonding strengths of soy-based adhesives containing different carbohydrates. Ind. Crop. Prod. 50, 44-49 (2013).
- He, Z., Chapital, D. C., Cheng, H. N., Dowd, M. K. Comparison of adhesive properties of water- and phosphate buffer-washed cottonseed meals with cottonseed protein isolate on maple and poplar veneers. Int. J. Adhes. Adhes. 50, 102-106 (2014).
- He, Z., Cheng, H. N., Chapital, D. C., Dowd, M. K. Sequential fractionation of cottonseed meal to improve its wood adhesive properties. J. Am. Oil Chem. Soc. 91 (1), 151-158 (2014).
- Sun, X., Bian, K. Shear strength and water resistance of modified soy protein adhesives. J. Am. Oil Chem. Soc. 76 (8), 977-980 (1999).
- He, Z., Chapital, D. C., Cheng, H. N., Klasson, K. T. Application of tung oil to improve adhesion strength and water resistance of cottonseed meal and protein adhesives on maple veneer. Ind. Crop. Prod. 61, 398-402 (2014).
- Hettiarachchy, N. S., Kalapathy, U., Myers, D. J. Alkali-modified soy protein with improved adhesive and hydrophobic properties. J. Am. Oil Chem. Soc. 72 (12), 1461-1464 (1995).
- Wang, D., Sun, X. S., Yang, G., Wang, Y. Improved water resistance of soy protein adhesive at isoelectric point. Trans. ASABE. 52 (1), 173-177 (2009).
- Zhong, Z., Sun, X. S., Fang, X., Ratto, J. A. Adhesive strength of guanidine hydrochloride-modified soy protein for fiberboard application. Int. J. Adhes. Adhes. 22 (4), 267-272 (2002).
- Kafkalidis, M., Thouless, M. The effects of geometry and material properties on the fracture of single lap-shear joints. Int. J. Solids Structures. 39 (17), 4367-4383 (2002).
- Tang, L., et al. Dynamic adhesive wettability of poplar veneer with cold oxygen plasma treatment. Bio Res. 7 (3), 3327-3339 (2012).
- Gui, C., Liu, X., Wu, D., Zhou, T., Wang, G., Zhu, J. Preparation of a new type of polyamidoamine and its application for soy flour-based adhesives. J. Am. Oil Chem. Soc. 99 (90), 265-272 (2013).
