Formaldehyde adhesives
Perekat formaldehyde
copolymer banyak digunakan untuk produksi laminasi, finger joint dan produk
komposit, meskipun isosianat telah mengambil alih sebagian besar dari proses
tersebut karena memiliki sensitivitas yang lebih rendah terhadap kelembaban
kayu dan suhu proses. Lem ini memberikan daya perekatan kayu yang baik dan
ikatan keras yang tidak creeping
karena formalin tidak hanya membentuk rantai polimer, tetapi juga menghasilkan
ikatan crosslinking.
Namun, sifat bervariasi tergantung pada coreactant
yang digunakan dengan formaldehyde.
Perekat urea-formaldehyde adalah
jenis yang paling mahal dari semua jenis perekat kayu, tetapi mereka memiliki
daya tahan yang buruk dalam kondisi basah. Lem phenol-formaldehyde menawarkan keseimbangan yang
baik antara biaya dan ketahanan terhadap air. Melamine yang lebih mahal bisa digunakan karena
mereka memberikan ketahanan terhadap air yang baik, dan memiliki warna yang
lebih muda dibandingkan dengan resin phenol.
Resin resorcinol-formaldehyde
adalah resin yang sangat berguna karena dapat
curing pada suhu kamar, tetapi sangat mahal. Coreactant atau kombinasi coreactants yang digunakan untuk formaldehyde dapat dipilih
menyesuaikan dengan harga, kondisi produksi, dan kinerja yang diharapkan dari
produk. Lem formaldehyde adalah
jenis perekat kayu yang menghasilkan ikatan dengan terjadinya reaksi antara formaldehyd dengan phenol, urea resorcinol,
melamine, atau campurannya.
Reaksi yang
terjadi melibatkan tiga langkah yaitu:
- Reaksi formaldehyde dengan pusat nucleophilic dari comonomer untuk membentuk turunan hidroxy-methyl
- Kondensasi dari dua kelompok hidroxymethyl untuk membentuk kelompok ether bismethylene, dengan hilangnya satu molekul air
- Penghilangan formaldehyde dari ether bismethylene untuk membentuk sebuah ikatan methylene.
Namun,
bisa juga turunan dari hydroxymethyl
langsung bereaksi dengan nukleofil untuk membentuk produk methylene-bridged, sehingga
reaksi juga cukup terjadi dalam proses dua langkah.
Kecepatan
reaksi individu sangat tergantung pada nucleophil yang membentuk copolimer
dengan electrophilic
formaldehyde. Semua reaksi ini sangat tergantung pada pH (lihat
Gambar 9.17), tetapi efek dari pH akan bervariasi tergantung pada nucleophil tersebut. Sebagai
contoh, pada kondisi asam, penambahan formaldehyde untuk phenol merupakan langkah yang
memperlambat dari kondensasi untuk membentuk produk methylene-bridge, sedangkan kecepatan relatif dari
dua reaksi tersebut berkebalikan pada kondisi basa. Dengan demikian, kontrol
terhadap pH merupakan hal yang sangat penting untuk mengendalikan proses
polimerisasi; pH dan hambatan dari kayu dapat mengubah kecepatan curing di wilayah interfase.
Selain pH, reaksi-reaksi ini juga dapat dikendalikan dengan mengatur suhu dan
menambahkan katalis atau
retarder.
GAMBAR
9.17. Reaksi dengan phenol
formaldehyde, urea resorcinol, dan melamine. Semua senyawa akan membentuk copolymer dengan formaldehyde, umumnya dengan
cara bergantian.
Lem formaldehyde biasanya merupakan waterborne sehingga proses curing tidak hanya berkaitan dengan reaksi polimerisasi saja, tetapi juga dengan menguapnya air. Terlalu banyak air yang tersisa dalam bondline akan menghambat reaksi. Di sisi lain, terlalu sedikit air pada saat sebelum polimerisasi tidak hanya akan mempengaruhi pembasahan, tetapi juga dapat mengurangi mobilitas resin dan collision yang dibutuhkan untuk polimerisasi, selain juga membatasi transfer panas. Pengendalian terhadap waktu baik untuk perakitan terbuka dan tertutup adalah hal yang sangat penting untuk mengendalikan penetrasi dan kadar air pada bondline.
Sebagian
besar ikatan kayu membutuhkan perekat yang tidak creeping (mengalir) dengan berjalannya waktu untuk
menghasilkan perekatan yang crosslinked
dan termoset. High glass transition temperature polymer bisa menghasilkan
creeping yang rendah, tetapi terlalu mahal dan sulit digunakan untuk perekatan
kayu. Copolimer formaldehyde
dapat menghasilkan polimer yang termoset dengan membentuk ikatan crosslinking pada tahap akhir
dari proses curing. Reaksi ini terjadi oleh adanya formaldehyde bridging dengan situs reaktif pada
rantai yang berbeda. Comonomer digunakan
dengan formaldehyde
yang memiliki tiga atau lebih situs reaktif, menyebabkan terbentuknya
banyak peluang untuk terjadinya
crosslink. Tersedianya banyak situs reaktif menjadi penting karena
mobilitas yang terbatas backbone
polimer, yang memungkinkan pendekatan hanya diantara beberapa
lokasi. Tidak mungkin diharapkan bahwa setiap situs yang dikonversi menjadi
kelompok hydroxymethyl
dapat menemukan kelompok lain yang berdekatan untuk bereaksi. Waktu curing yang lebih lama pada
suhu yang lebih tinggi akan cenderung mendorong produk ke tingkat curing yang
lebih baik. Dengan demikian, kinerja akhir dari perekat akan tergantung juga
pada kondisi pengolahan.
Umumnya,
dibutuhkan rasio molar dari formaldehyde
yang lebih besar dari co-reactant untuk mengakomodasi kebutuhan
untuk ekstra dari formaldehyde
untuk membentuk ikatan rantai crosslinking,
untuk mengimbangi pembentukan eter
bismethylene, dan untuk memungkinkan keberadaan grup unpolymerized hydroxymethyl
pada campuran. ekstra formaldehyde
juga digunakan untuk menghasilkan pengerasan perekat yang cepat dengan tingkat curing yang tinggi. Namun, hal
ini menyebabkan masalah pada emisi formaldehyde
yang signifikan dari produk, khususnya untuk produk yang dibuat dari urea.
Formulasi harus disesuaikan untuk mengurangi kadar formalin, tetapi masih
memberikan curing yang baik dan tingkat akhir dengan terbentuknya setting yang cepat.