Formulasi perekat

Perekat terdiri dari beberapa komponen yang berbeda yang ditambahkan ke suatu base polimer. Meskipun komponen-komponen tersebut ditambahkan untuk tujuan tertentu, mereka sering akan mengubah sifat dasar dari perekat, baik pada saat aplikasi ataupun setelah pengeringan.

Berikut ini komponen dari perekat secara umum

• Base

Base adalah polimer dasar; dia bisa berupa sintetis, biobased, atau kombinasi dari keduanya. Base ini adalah bahan yang menyediakan kekuatan untuk merekatkan dua substrat bersama-sama. Jenis base dari perekat ini biasanya digunakan untuk memberi nama perekat, seperti phenol-formaldehyde, epoxy atau casein. Bahan dasar ini adalah zat padat yang menyediakan "backbone" dari lapisan perekat yang akan mengontrol cara aplikasi, pengeringan, dan pengerasan.

• Pelarut (solvent) 

Pelarut adalah cairan yang digunakan untuk mengencerkan atau menyebarkan bahan dasar (base) dan bahan-bahan aditif dalam campuran untuk menghasilkan bentuk cair untuk kemudahan dan kesempurnaan aplikasi. Semua pelarut ini akan dihilangkan pada proses setting (pengeringan) perekat. Pelarut yang paling banyak digunakan untuk perekat kayu adalah air. Air tidak digunakan pada aplikasi perekat lainnya karena kesulitan pada proses pembasahan, volatilitasnya yang rendah, dan korosi dari permukaan. Tetapi air merupakan pelarut yang ideal untuk kayu karena harganya yang murah. Dalam beberapa kasus, bahan dasar perekat adalah cairan itu sendiri dan dapat diaplikasikan dalam bentuk tanpa pelarut, seperti pada lem epoxies atau pMDI. Perekat ini sering disebut sebagai perekat dengan "100% solid". Sistem perekat ini biasanya akan menyusut sedikit pada proses  pengerasan, sehingga dapat mengurangi tekanan internal dalam film.

• Diluent

Diluents atau pengencer adalah bahan yang ditambahkan untuk mengurangi viskositas pada campuran perekat sehingga membuat mereka bisa diaplikasikan dengan cara yang diinginkan seperti dengan spray atau metode khusus lainnya. Namun, tidak seperti pelarut, mereka biasanya tidak stabil. Suatu diluents yang reaktif tidak hanya mengurangi viskositas perekat saja, tetapi juga bisa menjadi bagian dari rantai polimer akhir.

• Katalis

Katalis atau akselerator adalah bahan kimia yang ditambahkan dalam jumlah kecil untuk meningkatkan laju reaksi kimia dalam proses pengerasan dan pengeringan. True katalis tidak dikonsumsi dalam reaksi, sedangkan akselerator dapat dikonsumsi dalam reaksi. Contoh katalis adalah katalis asam yang dihasilkan dari garam ammonium untuk curing pada resin urea-formaldehyde, sedangkan contoh akselerator adalah ester orto yang digunakan untuk mempercepat curing pada resin phenol-formaldehyde.

• Curing agent

Curing agent atau pengeras adalah bahan kimia yang benar-benar mengalami reaksi kimia dalam proporsi stoikiometrik dengan resin (base) dan bergabung dalam struktur polimer akhir.  Contoh dari curing agent adalah komponen amina yang bereaksi dengan resin epoxy untuk membentuk perekat yang kering.

• Filler

Filler atau pengisi adalah padatan yang ditambahkan dengan tujuan utama untuk menurunkan biaya dan memberikan satu body untuk perekat cair sehingga mengurangi aliran yang tidak diinginkan (over-penetrasi) ke dalam kayu. Pengisi biasanya akan meningkatkan kekakuan perekat kering. Mereka juga dapat memodifikasi koefisien ekspansi termal dari film untuk lebih mendekatkan adherends yang berdekatan, sehingga mengurangi tegangan termal pada sambungan yang terbentuk selama pendinginan, kondisi heat curing atau ketika siklus termal sedang dalam tahap pembentukan. Contoh dari pengisi adalah, walnut shell flour yang tergabung dalam perekat urea atau resorcinol untuk meningkatkan penyebaran atau mengurangi penetrasi ke pori-pori kayu, dan cina clay yang kadang-kadang ditambahkan ke sistem resin epoxy untuk tujuan pengentalan atau modifikasi koefisien termal.

• Extenders

Tujuan utama penggunaan bahan ini adalah untuk mengurangi biaya perekat meskipun sekaligus juga akan memberikan beberapa sifat tertentu pada perekat. Mereka juga dapat mengubah sifat perekat seperti meningkatkan kekuatan ikatan dari perekat. Contoh extender adalah tepung terigu ditambahkan ke resin urea-formaldehyde dalam aplikasi untuk  interior plywood dimana ketahanan terhadap air tidak diperlukan.

• Stabilizer

Stabilizer atau pengawet adalah bahan kimia ditambahkan ke perekat untuk melindungi satu atau lebih komponen dari atau perekat untuk melawan beberapa jenis kerusakan. Pengawet ini biasanya digunakan untuk mencegah kerusakan biologis, sedangkan stabilizer dapat melindungi terhadap degradasi baik biologi atau kimia. Pencegahan kerusakan biologis dapat melibatkan penggunaan fungisida atau biocides, sedangkan pencegahan degradasi secara kimia bisa dilakukan dengan melibatkan penggunaan antioksidan atau antiozonates.

• Fortifiers

Adalah bahan dasar lainnya yang ditambahkan untuk memodifikasi atau meningkatkan daya tahan sistem perekat pada kondisi dan jenis kebutuhan tertentu. Contohnya adalah penambahan resin melamin pada resin urea-formaldehyde dalam ikatan kayu untuk memberikan ketahanan yang lebih besar terhadap penurunan kekuatan pada kondisi panas dan basah.

• Carrier

Adalah bahan pembawa yang seringkali digunakan untuk memproduksi film-type adhesives. Carrier yang banyak digunakan adalah kain atau kertas, sangat tipis yang berpori dimana perekat cair akan ditempatkan dan kemudian dikeringkan. Contohnya adalah penggunaan kertas tisu tipis sebagai carrier untuk perekat film fenolik dalam pembuatan kayu lapis kayu tipis, di mana aplikasi perekat cairan dengan rol konvensional mungkin bisa merobek atau memecahkan veneers tipis tersebut.

Aspek-aspek dalam formulasi adhessive

Pembuatan dan formulasi adhesive merupakan suatu keterampilan yang membutuhkan pengetahuan empiris dan ilmiah tentang campuran. Karena tidak ada perekat universal yang bisa digunakan untuk semua kebutuhan, maka suatu sistem harus dirumuskan untuk aplikasi yang spesifik, untuk jenis kayu tertentu, sambungan tertentu atau bahkan untuk jenis operasi perekatan tertentu. Sementara begitu banyak perekat fenolik yang digunakan setiap tahun dalam ikatan kayu, formulasi perekat yang riil digunakan dalam satu pabrik bisa jadi sangat berbeda dengan formulasi yang digunakan di pabrik lain. Bahkan suatu formulasi perekat yang digunakan dalam satu pabrik yang sama mungkin berbeda dengan perbedaan musim. Kadar air atau kekasaran permukaan dari veneer atau urutan waktu operasi bisa mempengaruhi jenis dan proporsi aditif, pelarut, dan resin yang digunakan untuk menghasilkan perekat yang efektif.

Aspek lingkungan

Meskipun kayu merupakan bahan alami, penggunaan produk kayu telah menyebabkan beberapa kekhawatiran terhadap lingkungan. Ada beberapa masalah yang bisa disebutkan, tetapi hal utama yang menjadi perhatian adalah emisi formaldehida, terutama pada produk kayu yang menggunakan resin UF. Formaldehid dapat bereaksi dengan sistem biologi makhluk hidup dalam reaksi serupa dengan reaksi pada proses pengeringan perekat. Masalah lingkungan bisa timbul dari formaldehid yang tidak bereaksi maupun formaldehid yang dihasilkan dari reaksi. Formaldehid yang tidak bereaksi merupakan masalah selama operasi manufaktur dan dalam produk yang baru diproduksi. Emisi formaldehida dari produk akan menurun seiring waktu setelah produksi. Tingkat emisi akan tinggi awalnya, namun perlahan-lahan menurun karena keterbatasan difusi. Di sisi lain, formaldehid dapat dihasilkan oleh dekomposisi dari beberapa perekat kopolimer formaldehida, khususnya perekat urea-formaldehid. Perekat ini lebih rentan terhadap hidrolisis yang bisa menghasilkan formaldehid bebas. Kekhawatiran terbesar adalah terhadap particle board, karena besarnya volume penggunaan untuk indoor dan tingginya jumlah perekat dalam produk. Formulasi untuk perekat formaldehyde telah diubah untuk mengurangi jumlah formaldehida yang digunakan. Penurunan formaldehida mengubah tingkat kekerasan dan kekuatan produk, dengan demikian, proses ini masih membutuhkan banyak penelitian..  

Meskipun perhatian utama, telah difokuskan pada emisi gas formaldehida, tapi ini bukan satu-satunya senyawa yang dikeluarkan oleh produk kayu. Beberapa senyawa volatil lainnya juga dapat menimbulkan masalah. Selain itu, sejumlah uap lainnya yang ada dalam kayu dapat dihasilkan oleh panas dan air dalam proses produksi komposit. Analisis yang cermat telah mengungkapkan adanya formaldehida, dan beberapa aldehid lainnya, metanol, dan pinenes, ternyata banyak yang berasal dari kayu itu sendiri daripada dari perekat.

Selama penggunaan perekat, bahan yang mudah menguap dari monomer yang digunakan untuk menghasilkan polimer juga menghasilkan tambahan masalah pada kesehatan.. Dengan demikian kekhawatiran mengenai  formaldehida, fenol, diisosianat methanediphenyl, poliamina polyethylene, dll, semua tergantung pada jenis perekat yang digunakan. 

RINGKASAN

Meskipun ikatan kayu adalah salah satu aplikasi perekat tertua, tetapi mungkin yang paling rumit untuk dipahami. Banyak modus yang mungkin untuk terbentuknya ikatan yang baik dan kegagalan ikatan. Struktur kayu memiliki begitu banyak variabel dalam spesies yang berbeda, struktur sel dalam suatu spesies, dan skala pemeriksaan spasial. Banyak perekat yang telah dikembangkan yang kuat dan beberapa bahkan lebih tahan lama dibandingkan kayu itu sendiri. Selain itu, perekat fungsional telah banyak dikembangkan yang memungkinkan berbagai macam potongan kayu yang direkatkan dengan cara yang mudah dan murah.

Hal yang paling baik dipahami adalah kimia perekat, meskipun ada aspek-aspel lainnya, seperti efek dari dinamika pengolahan komposit, juga perlu lebih diteliti secara menyeluruh. Perkembangan sifat fisik selama proses pengerasan perekat dan interaksi perekat dengan kayu juga perlu dipahami lebih baik untuk memungkinkan pengembangan yang lebih efektif terhadap perekat dengan harga yang murah.