Preparación y Pruebas de Adhesivos madera a base de comidas-Semilla de plantas
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
Recientemente, el interés en los productos a base de harina de semilla de planta como adhesivos para madera ha aumentado de manera constante, ya que estas materias primas vegetales se consideran renovables y el medio ambiente. Estos productos naturales pueden servir como alternativas a los adhesivos a base de petróleo para aliviar las preocupaciones ambientales y de sostenibilidad. Este trabajo demuestra la preparación y ensayo de los basados en semillas adhesivos para madera vegetales utilizando semillas de algodón y harina de soja como materia prima. Además de las comidas no tratados, el agua lava las comidas y aislados de proteína se preparó y ensayó. Lechadas adhesivas se preparan mezclando un producto de comida liofilizada con agua desionizada (03:25 w / w) durante 2 horas. Cada preparación de adhesivo se aplica a un extremo de tiras de chapa de madera 2 utilizando un cepillo. Las áreas de adhesivo pegajoso recubiertas de las tiras de chapa de madera se solapa engomada por prensado en caliente. Fuerza de adhesión se reporta como la resistencia al corte de la pieza de madera unidas a la rotura. La resistencia al agua de los adhesivos se mide porel cambio en la resistencia al corte de la madera en condiciones de servidumbre especímenes a la rotura después de remojo en agua. Este protocolo permite evaluar los productos agrícolas a base de semillas de plantas como candidatos adecuados para la sustitución de los adhesivos a base de madera-sintéticos. Los ajustes a la formulación de adhesivo con o sin aditivos y condiciones de unión podrían optimizar sus propiedades adhesivas para diversas aplicaciones prácticas.
Introduction
La unión adhesiva de la madera juega un papel cada vez mayor en la industria de productos forestales y es un factor clave para la utilización eficiente de los recursos maderables 1. El interés en el uso de adhesivos a base de productos naturales para la madera aumentó constantemente desde 1930 hasta alcanzar un pico alrededor de 1960 2. Después de este período, el precio de los adhesivos a base de petróleo llegó a ser tan baja que desplazaron adhesivos proteicos de varios mercados tradicionales. En las últimas dos décadas, esta tendencia se ha invertido con renovado interés en el uso de materiales que son renovables, biodegradables, y más ambientalmente aceptable. Estos recursos naturales incluyen, pero no se limitan a, proteína de soja 3-5, proteína de semilla de algodón 6, salvado de arroz 7, 8 gluten de trigo, proteína de grano de destiladores 9, de proteína de canola y aceite de 10-12, lignina de sorgo y caña de azúcar bagazo 13 , 14, y polisacáridos derivados de cáscaras de gambas 15.
<p class = "jove_content"> Mientras que las semillas aislados de proteína ha sido ampliamente evaluado como adhesivos para madera potenciales, el procedimiento de aislamiento implica alcalina corrosivos y reactivos ácidos y hace que los adhesivos a base de aislar relativamente caro y menos con el medio ambiente 16. Así, algunas harinas de semillas desgrasados (harinas) con o sin tratamiento también se han probado con el propósito de adhesivo, a pesar de que las propiedades adhesivas de estas comidas no se desempeñan tan bien como aislados de proteínas 17-19. Hemos fraccionado secuencialmente harina de algodón (CM) en diferentes fracciones, y examinó su fuerza adhesiva en chapas de madera pegado 20,21. La fracción sólida insoluble en agua (en lo sucesivo, de semilla de algodón se lavó comida-WCM) podría utilizarse como adhesivos para madera, comparable a la proteína de semilla de algodón aislado (CSPI), y sería menos costoso de preparar que CSPI.Fuerza de adhesión y resistencia al agua son dos parámetros críticos en la evaluación del desempeño deun material adhesivo potencial. Aquí, la fuerza adhesiva se reporta como la resistencia al corte a la rotura del enlace de vuelta de cada muestra de madera. La resistencia al agua del adhesivo se mide por el cambio en la resistencia al cizallamiento del recubrimiento de la muestra de madera unidas a la rotura debido a remojo en agua. El uso de semilla de algodón y soja comidas sin grasa como materia prima, este protocolo proporciona una manera simple y fácil de preparar y productos a base de semillas de plantas de prueba como adhesivos para madera. Este protocolo sería útil para facilitar el esfuerzo en la búsqueda de fórmulas más económicas y respetuosas del medio ambiente de los adhesivos naturales madera a base de productos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este trabajo presenta un procedimiento básico para preparar y productos como adhesivos para madera planta de prueba de semillas de base. Las lechadas adhesivas ejemplificado en este protocolo son simplemente el producto de harina de semilla desgrasada y agua. Diversas formulaciones adhesivas se pueden alcanzar mediante la adición de reactivos para las pruebas (tales como dodecilsulfato de sodio, bisulfito de sodio o de aceite de tung) 5,6,23 y / o cambios en las condiciones (tales como el pH, la proporción…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
- 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).
