biomaterial-lipi.org Blog

Kata kunci: perekat, resorsinol, isosianat, lateks, delaminasi, keteguhan rekat
 Pendahuluan

Setiap bahan perekat pada umumnya mempunyai keunggulan dan kelemahan masing-masing, termasuk di dalamnya faktor harga, maka banyak hasil penelitian terfokus pada modifikasi dengan tujuan mendapatkan bahan perekat yang mempunyai spesifikasi khusus dengan harga ekonomis. Sebagai contoh, produk modifikasi bahan perekat konvensional adalah melamin urea formaldehida (MUF), melamin urea phenol formaldehida (MUPF), tanin urea formaldehida (TUF), dan lignin sulfonat (Pizzi, 1983).
Salah satu cara lain untuk mengkompensasi kekurangan perekat adalah dengan proses fortifikasi atau pengayaan dimana dilakukan penambahan sedikit perekat dengan kualitas yang sudah teruji baik terhadap perekat yang lebih rendah kualitasnya atau kurang stabil sifatnya sehingga didapatkan kualitas perekatan yang dapat memenuhi standar.  Percobaan fortifikasi perekat lateks karet alam stirena pernah dicoba menggunakan melamin formaldehida dan fenol formaldehida untuk proses dengan kempa panas dengan hasil yang baik (Hermiati et al, 2000; Hermiati et al, 2004^a).  Namun ada kelemahan pada fortifikasi dengan melamin formaldehida, yaitu emisi formaldehida yang tinggi.  Substitusi PRF pada LKA-St untuk pembuatan kayu lamina dengan proses kempa dingin menghasilkan kayu lamina berdasarkan standar JAS (Hermiati et al, 2004^b).  Ada beberapa perekat komersial lain untuk proses kempa dingin yang belum diteliti sebagai bahan fortifikasi terhadap lateks karet alam – stirena, di antaranya adalah Deernol 33E yang berbasis resorsinol, berwarna coklat serta PI-120 yang berbasis isosianat, berwarna putih.  Perekat Deernol 33E memerlukan hardener paraformaldehida, sedangkan PI-120 tidak mengandung senyawa formaldehida dan tidak menggunakan hardener yang mengandung senyawa formaldehida.
Deernol 33E adalah salah satu jenis perekat dari bahan dasar resorsinol yang ditujukan untuk perekatan kayu struktural.  Perekat dengan bahan dasar resorsinol seperti Deernol mempunyai  daya rekat yang sangat baik, biasanya sekuat kayunya.  Perekat resorsinol cocok untuk penggunaan eksterior dan tahan terhadap air mendidih, minyak, berbagai pelarut dan serangan jamur (Petrie, 2000).  Perekat resorsinol harganya sangat mahal, oleh karena itu sering dimodifikasikan dengan penambahan resin fenolik menjadi fenol resorsinol.  Perekat resorsinol maupun fenol resorsinol biasanya tersedia dalam sistem dua bagian, bagian resorsinol atau fenol resorsinol yang tersedia dalam bentuk cair dengan kandungan total padatan 60 – 65% serta bagian pengeras dan pengisi yang tersedia dalam bentuk tepung yang terdiri dari paraformaldehida dan tepung kayu (Marra, 1992).  Pencampuran kedua bagian itu menghasilkan panas dan pengerasan pada suhu ruang, biasanya memakan waktu 8 – 12 jam.
PI-120 adalah salah satu jenis perekat dari bahan dasar polimer isosianat dengan pelarut air yang ditujukan untuk perekatan kayu lamina dari bahan kayu daun lebar menggunakan kempa dingin.  PI-120 bersama dengan bahan pengerasnya H-3 dapat digunakan sebagai perekat struktural dengan sifat ketahanan yang sangat baik terhadap air.  Pot life-nya cukup panjang, sekitar 120 menit pada suhu 20 ^oC.  Sifat perekat ini sangat baik dan mudah dalam pemanfaatannya.  Perekat ini berupa cairan berwarna putih kental dengan kandungan total padatan 40 – 44 %, viskositas 40 – 80 poise (4 – 8 Pa.s) dan pH 6,0 – 8,0.  Adapun bahan pengerasnya berupa cairan berwarna coklat gelap dengan kandungan total padatan minimum 98% dan viskositas 1,5 – 2,0 poise (0,15 – 0,2 Pa.s).
Pada penelitian ini diteliti pengaruh fortifikasi Deernol 33E dan PI-120 pada perekat lateks karet alam – stirena sebagai perekat kayu lamina untuk kayu Acacia mangium dan Hevea brasiliensis. Tujuannya adalah untuk menghasilkan bahan perekat yang cocok untuk produk kayu olahan dengan emisi formaldehida yang rendah, murah dan sesuai dengan teknologi proses yang berkembang.
 Bahan dan Metode
Bahan
            Perekat sintetik Deernol 33E dengan pengeras paraformaldehida dan PI-120 dengan pengeras H-3 diperoleh dari PT Polychemie Asia Pasific Permai di Jakarta, lateks karet alam diperoleh dari PTPN 8, Perkebunan Cikumpai-Subang. Kayu Acacia mangium dan Hevea brasiliensis, digunakkan untuk aplikasi perekat yang telah difortifikasi.
 

Sintesa perekat Lateks Karet Alam – Stirena (LKA – St)
Kedalam 250 ml lateks karet alam dengan kandungan total padatan 25% yang telah diberi bahan penstabil emulsi ditambahkan monomer stirena sebanyak 100 phr.  Campuran diaduk dengan pengaduk magnetik pada kecepatan 550 rpm selama 1 jam.  Setelah itu ditambahkan inisiator kalium peroksodisulfat sebanyak 1,5 phr dan campuran dipanaskan pada suhu 65 ^oC selama 1 jam sambil terus diaduk dengan kecepatan 550 rpm.
 

Fortifikasi Deernol 33E dan PI-120 pada LKA – St
Fortifikasi dilakukan pada tingkat fortifikasi 0, 10, 20, 30 dan 40% (w/w), masing-masing dengan tiga kali ulangan.  Fortifikasi Deernol 33E dan PI-120 pada LKA – St serta aplikasinya pada pembuatan contoh kayu lamina dilakukan setelah LKA-St disimpan selama 6 bulan. Perekat yang telah difortifikasi karakterisasi sifat fisiknya meliputi: kadar total padatan, pH dan viskositas.
 

Pembuatan dan pengujian contoh kayu lamina
Contoh kayu lamina dibuat menggunakan kayu Acacia mangium (60 cm x 18 cm x 1,5 cm) dan Hevea brasiliensis (60 cm x 18 cm x 1,5 cm).  Perekat digunakan dengan berat labur 300 g/m² dan dikempa dingin pada tekanan 15 kg/cm² selama 24 jam.  Contoh kayu lamina dikondisikan pada suhu ruang selama sekitar 3 minggu, kemudian dilakukan uji delaminasi dan keteguhan rekat menurut JAS (2003). Pengukuran emisi formaldehida dilakukan dengan menggunakan metode botol WKI yang dikembangkan oleh Roffael tahun 1975 (Marutzky, 1989). Data yang diperoleh diuji dengan ANNOVA untuk mengetahui pengaruh tingkat fortifikasi, jenis kayu dan jenis perekat terhadap kadar total padatan, kadar air, rasio delaminasi, dan nilai keteguhan rekatnya.
 Hasil dan Pembahasan
Pada Tabel 1 dapat dilihat karakteristik perekat LKA – St maupun yang sudah difortifikasi dengan Deernol 33E dan pada Tabel 2 karakteristik LKA – St yang difortifikasi dengan PI-120.  Semakin tinggi tingkat fortifikasi Deernol 33E ataupun PI-120 pada LKA – St, semakin tinggi kandungan total padatan, dan viskositas campuran perekat (kecuali pada tingkat fortifikasi 60/40 untuk Deernol 33E), sebaliknya semakin rendah pH nya karena kandungan total padatan Deernol 33E ataupun PI-120 lebih tinggi dari kandungan total padatan LKA-St sedangkan pH Deernol 33E dan PI-120 lebih rendah dari pH LKA-St. Fenomena ini dijumpai pada penelitian-penelitian sebelumnya yang melibatkan proses pencampuran perekat LKA maupun LKA-St dengan perekat yang mengandung senyawa fenolik seperti fenol formaldehida atau fenol resorsinol formaldehida.  Namun sejauh ini belum dapat diketahui mekanisme yang melatar belakanginya.

 

 

 

Hasil pengujian kayu lamina (Tabel 3, 4, 5, dan 6) menunjukkan bahwa semakin tinggi tingkat fortifikasi Deernol 33E atau PI-120 pada LKA-St,  semakin menurun nilai rasio delaminasi untuk kedua kayu baik pada delaminasi dalam air dingin ataupun pada delaminasi dalam air panas, dan semakin meningkat nilai keteguhan rekat. Nilai rasio delaminasi yang memenuhi syarat JAS (Japan Agricultural Standar) untuk kayu lamina fixture yaitu < 10% terdapat pada tingkat fortifikasi 60/40 (LKA-St/ Deernol 33E atau PI-120), kecuali pada delaminasi air mendidih dengan perekat Deernol 33E dan PI-120 untuk kayu A. mangium dan delaminasi air dingin dengan perekat Deernol 33E untuk kayu H. brasiliensis. Nilai keteguhan rekat kayu lamina dari bahan sejenis kayu A. mangium dan H. brasiliensis yang memenuhi syarat JAS masing-masing adalah 5,4 Mpa dan 6,0 MPa. Hasil fortifikasi yang memenuhi standar ini hanya terdapat pada tingkat fortifikasi 60/40 untuk perekat PI-120 yang diaplikasikan pada kayu H. brasiliensis. Hasil pengujian emisi formaldehida dari kayu lamina yang dibuat dengan perekat campuran LKA-St dan Deernol 33E maupun LKA –St dan PI-120 menunjukkan tidak terdeteksinya emisi formaldehida. Hal ini diduga karena senyawaan formalin yang terdapat di dalam kayu telah terbuang selama penyimpanan. Nilai batas terendah emisi formaldehida pada klasifikasi emisi formaldehida kayu lamina menurut JAS pada kelas F**** adalah (0.3 mg/l).
 

 

 

  

 

  

Fortifikasi Deernol 33E dan PI-120 pada LKA-St dapat meningkatkan nilai keteguhan rekat kayu lamina hingga 239 kali lebih besar daripada hanya perekat LKA-St (Gambar 1). Efektifitas fortifikasi untuk kayu lamina akasia lebih baik daripada untuk kayu karet. Hal ini ditunjukan oleh peningkatan nilai keteguhan rekat untuk kayu karet jauh lebih kecil (5,3 kali lebih besar dari LKA-St saja) dibandingkan dengan nilai keteguhan rekat untuk kayu akasia. Demikian pula foritfikasi dengan Deernol 33E lebih memberikan efek yang lebih baik daripada perekat PI-120, meskipun dalam hal nilai keteguhan rekat kayu lamina dengan perekat Deernol 33E/LKA-St belum dapat memenuhi standar JAS. 

 

Hasil analisis statistik menunjukkan bahwa jenis perekat yang digunakan (Deernol 33E dan PI-120) tidak mempengaruhi kadar air, delaminasi air dingin, delaminasi air panas dan nilai keteguhan rekat, tetapi berpengaruh terhadap total padatan perekat hasil fortifikasi. Jenis kayu yang digunakan hanya berpengaruh terhadap kadar air, tetapi tidak berpengaruh pada nilai total padatan, delaminasi air dingin, delaminasi air panas, dan nilai keteguhan rekat. Sedangkan komposisi perekat sangat berpengaruh terhadap total padatan, delaminasi air dingin, delaminasi air panas, dan nilai keteguhan rekat. Perekat hasil fortifikasi belum dapat memberikan nilai total padatan dan keteguhan rekat yang tidak berbeda nyata secara statistik terhadap komposisi 0/100 baik untuk Deernol 33E ataupun PI-120, tetapi nilai keteguhan rekat pada komposisi 60/40 (LKA-St/ PI-120) untuk kayu H. brasiliensis memenuhi standar JAS untuk kayu laminasi. Fortifikasi 80/20, 70/30, dan 60/40 (LKA-St/Deernol 33E atau PI-120) memberikan nilai delaminasi air dingin yang tidak berbeda nyata secara statistik dengan fortifikasi 0/100, sedangkan untuk delaminasi air panas, hanya fortifikasi 60/40 menghasilkan nilai tidak berbeda nyata terhadap komposisi 0/100. Berdasarkan hasil analisis statistik tersebut diduga fortifikasi perekat Deernol 33E atau PI-120 pada perekat LKA-St yang cocok untuk produk kayu olahan terdapat pada tingkat fortifikasi 60/40.
 

Kesimpulan

Fortifikasi perekat berbasis resorsinol (Deernol 33E) dan isosianat (PI-120) pada lateks karet alam – stirena (LKA-St) berpengaruh terhadap kandungan total padatan, pH, nilai delaminasi dan keteguhan rekat campuran perekat yang dihasilkan.  Kualitas perekatan campuran perekat dengan komposisi LKA-St/ Deernol 33E atau PI-120 60/40 menunjukkan nilai rasio delaminasi dan keteguhan rekat yang baik untuk kayu lamina A.mangium dan H.brasiliensis. Pada kayu lamina yang dihasilkan tidak terdeteksi adanya emisi formaldehida.
  Ucapan Terima Kasih
            Ucapan terima kasih disampaikan kepada PT Polychemie Asia Pasific Permai Jakarta yang telah memberikan contoh perekat Deernol 33E dan PI-120.
 

Daftar Pustaka

Hermiati, E., B. Prasetya, Sudijono & Nurhayati. 2000. Upgrading of Natural Rubber Latex–Styrene Copolymer as Plywood Adhesive.  Proceedings of The Third International Wood Science Symposium. pp. 120 – 125.
Hermiati, E., W. Fatriasari. & A.H Prianto. 2004^a. Sifat dan daya rekat campuran lateks karet alam – stirena dan melamin formaldehida sebagai perekat kayu lapis tipe eksterior.  Prosiding Seminar Nasional MAPEKI VII. Hal. : B-64 – B-69.
Hermiati, E., F. Falah, A.H. Prianto, A Santoso, & M.I. Iskandar. 2004^b. Substitusi perekat fenol resorsinol formaldehida dengan lateks karet alam – stirena pada pembuatan kayu lamina. Prosiding Seminar Nasional MAPEKI VII. Hal. : B-142 – B-147.
Japan Plywood Inspection Corporation. 2003. Japanese Agricultural Standard for Glued Laminated Timber.
Marra, A.A. 1992. Technology of Wood Bonding: Principles in Practice.  Van Nostrand Reinhold, New York.
Marutzky, R. 1989.  Release of  Formaldehyde by Wood Products.  In: Wood Adhesives– Chemistry and Technology Vol. 2 (Pizzi, A. Ed.). pp. 307 – 387.
Petrie, E.M. 2000. Handbook of Adhesives and Sealants.  Mc. Graw Hill, New York. 880p.
Pizzi, A. 1983. Wood Adhesive Chemistry and Technology.  Marcel Dekker, New York.