Préparation et essai des adhésifs à base de bois-repas plante à graines
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
Récemment, l'intérêt pour les produits à base de farine de graines de la plante comme les colles à bois a augmenté de façon constante, que ces matières premières végétales sont considérées comme renouvelables et respectueux de l'environnement. Ces produits naturels peuvent servir de solutions de rechange aux adhésifs à base de pétrole pour soulager les préoccupations environnementales et de durabilité. Ce travail démontre la préparation et l'essai des adhésifs à base de bois semences végétales en utilisant graines et du tourteau de soja comme matières premières. En plus des repas non traités, lavé à l'eau et repas isolats de protéines sont préparés et testés. Adhésif suspensions sont préparées en mélangeant un produit d'un repas lyophilisé avec de l'eau désionisée (03:25 p / p) pendant 2 heures. Chaque préparation adhesive est appliquée à une extrémité de deux bandes de placage de bois à l'aide d'un pinceau. Les zones revêtues adhésif collant des bandes de placage de bois sont à patte collée par pressage à chaud. La force d'adhérence est rapportée comme la résistance au cisaillement de l'échantillon de bois liées à la rupture. Résistance à l'eau des adhésifs est mesurée parla variation de la résistance au cisaillement du bois collé spécimens à la rupture après trempage de l'eau. Ce protocole permet d'évaluer les produits agricoles à base de semences de plantes comme des candidats appropriés pour la substitution d'adhésifs à base de bois synthétiques. Des ajustements à la formulation d'adhésif, avec ou sans additifs et conditions de collage pourraient optimiser leurs propriétés adhésives pour diverses applications pratiques.
Introduction
Le collage du bois joue un rôle croissant dans l'industrie des produits de la forêt et est un facteur clé pour utiliser efficacement les ressources de bois 1. L'intérêt pour l'utilisation de colles naturelles basées sur les produits du bois a augmenté régulièrement dans les années 1930 pour atteindre un pic vers 1960 2. Après cette période, le prix des adhésifs à base de pétrole est devenu si bas qu'ils déplacées adhésifs de protéines de plusieurs marchés traditionnels. Dans les deux dernières décennies, cette tendance se est inversée avec un regain d'intérêt dans l'utilisation des matériaux qui sont renouvelables, biodégradables et plus acceptable pour l'environnement. Ces ressources naturelles comprennent, mais à titre non limitatif, des protéines de soja 5.3, la protéine de graine de coton 6, le son de riz 7, gluten de blé 8, la protéine de distillerie de grains 9, la protéine de canola et l'huile de 10 à 12, la lignine à partir du sorgho et de la canne à sucre bagasse 13 , 14, et des polysaccharides dérivés de carapaces de crevettes 15.
<p class = "jove_content"> considérant semences isolats de protéines ont été largement évaluée comme colles à bois possibles, la procédure d'isolement implique corrosif alcalin et des réactifs acides et il est à base d'adhésifs isolés relativement coûteux et moins respectueux de l'environnement 16. Ainsi, certaines farines de graines dégraissées (des farines) avec ou sans traitement ont également été testés dans le but d'adhésif, même si les propriétés adhésives de ces repas ne réussissent pas aussi bien que les isolats de protéines de 17 à 19. Nous avons fractionné séquentiellement la farine de graines de coton (CM) en différentes fractions, et examiné leur force d'adhérence dans les placages en bois de liaison 20,21. La fraction solide insoluble dans l'eau (coton lavé après un repas-WCM) pourrait être utilisé comme colles à bois, comparables à la protéine de graine de coton isolat (CSPI), et serait moins coûteux à préparer que CSPI.La force d'adhérence et de résistance à l'eau sont deux paramètres essentiels pour évaluer les performances deun matériau adhésif potentiel. Ici, la force d'adhérence est rapportée comme la résistance au cisaillement à la rupture de la liaison à recouvrement de chaque spécimen de bois. Résistance à l'eau de l'adhésif est mesurée par la variation de la résistance au cisaillement de l'échantillon de bois liées à la rupture due à eau de trempage. Utilisation de graines de coton et de soja repas dégraissés comme matières premières, ce protocole offre un moyen simple et facile à préparer et les produits à base de graines végétales-test que les colles à bois. Ce protocole serait utile pour faciliter l'effort dans la recherche de formulations plus économiques et respectueux de l'environnement d'adhésifs naturels à base de produits ligneux.
Protocol
Representative Results
Discussion
Cet article présente une procédure de base pour préparer et plante test semences à base de produits comme les colles à bois. Les suspensions adhésives exampled dans ce protocole sont simplement le produit de la farine de graines dégraissée et de l'eau. Diverses formulations d'adhésifs peut être atteint par addition de réactifs d'essai (telles que le dodécylsulfate de sodium, le bisulfite de sodium ou l'huile de tung 5,6,23) et / ou des changements dans les conditions de mélange (t…
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).
