ikatan pemukaan kayu

Ikatan permukaan kayu akan bervariasi baik secara kimia maupun morfologis tergantung pada bagaimana permukaan dipersiapkan dan jenis kayu yang digunakan. Ikatan morfologi mempunyai kekuatan yang lebih baik dibandingkan dengan ikatan kimia pada permukaan. Kecuali untuk terbentuknya ikatan antar serat maka adanya sel terbuka yang cukup di permukaan selalu lebih diharapkan sehingga perekat dapat mengalir ke dalam lumen sel untuk menghasilkan area yang lebih banyak untuk menghasilkan ikatan mekanik yang kuat. Aksesibilitas terhadap sel terbuka, tergantung pada jenis pohon, jenis sel, dan metode persiapan yang dilakukan. 

Pada kayu dengan dinding sel lebih tipis dibandingkan dengan diameter sel, maka akan ada lebih banyak kerusakan longitudinal yang akan mengkusutkan permukaan kayu. Pembuluh kayu dan sel pada earlywood adalah contoh sel yang memiliki dinding tipis sehingga mudah terpecah dan membuka lumen untuk menerima perekat dengan penetrasi yang baik. Sebaliknya sel dan serat kayu latewood memiliki dinding tebal yang tidak mudah pecah, sehingga lebih sering terjadi pembelahan dalam lamella bagian tengah sehingga memberikan lebih sedikit area untuk terjadinya ikatan mekanik yang kuat. Ujung terbuka dari tiap sel dan retakan pada dinding sel memungkinkan perekat untuk menembus ke dalam lumen. Vareasi yang ditemukan pada permukaan bisa jadi cukup besar. Hal ini dapat dilihat dengan membandingkan gambar-gambar dari mikroskop elektron scanning untuk kayu pinus dan hard maple (Gambar 9.5). 

 gambar 9.5

Pinus memiliki sel lebih terbuka, sementara sel-sel dari kayu maple lebih tertutup. Komposisi kimia dari ikatan permukaan kayu kurang dapat dipahami dengan baik karena kesulitan untuk menggambarkannya. Kekasaran permukaan, keadaan permukaan yang berbeda-beda (dinding lumen, lamella tengah, dan dinding sel retak), dan perubahan permukaan yang terjadi seiring dengan perubahan waktu, panas, dan kelembaban menambah kesulitan ini. Komponen utama dari kayu adalah serat selulosa, hemiselulosa dan lignin. Interaksi polimer fenol-formaldehida dan urea-formaldehida dengan selulosa telah dimodelkan. Tetapi meskipun selulosa merupakan komponen utama dari kayu, dia mungkin bukan merupakan komponen utama pada permukaan. Sebagian bukti menunjukkan bahwa hemiselulosa merupakan situs utama dari interaksi dengan air untuk pembentukan ikatan hidrogen karena memiliki aksesibilitas yang lebih besar. 

Persiapan permukaan perataan kayu dengan planner dapat menghasilkan berbagai model permukaan, tergantung pada bagaimana terjadinya kerusakan sel, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 9.6. 

 gambar 9.6

Jika dinding sel terbelah membujur dalam arah longitudinal maka lumen akan menjadi pembentuk ikatan utama. Dinding lumen adalah pembentuk dari sebagian besar dari ikatan permukaan, terutama untuk sel-sel earlywood dari kayu lunak, dan elemen-elemen tabung di kayu-kayu keras. Komposisi dinding lumen 'dapat bervariasi dari yang high selulosa, jika lapisan S3 terbuka ke yang sangat lignin jika mereka tertutup oleh lapisan berserabut. Lamella tengah juga sangat kaya lignin. Namun, kita hampir tidak pernah tahu kapan dinding vesel itu retak ketika pisau planer berjalan melalui salah satu dari tiga fraksi utama atau di antara batas lignin-hemiselulosa, yang mungkin meupakan link paling lemah dalam struktur kayu selular.

Kerumitan dari perhitungan ini dari ikatan permukaan ini adalah bahwa persiapan secara mekanik menyebabkan banyak fragmentasi dari komponen dinding sel. Hanya dengan sectioning mikrotom secara hati-hati maka pemisahan yang bersih dari dinding sel dapat diamati. Seperti dapat dilihat oleh Gambar 9.5 dan 9.7, ada banyak kerusakan dapat terjadi pada permukaan saat pemotongan yang dilakukan bahkan dengan pisau yang tajam sekalipun. Dengan demikian, teori tentang banyaknya lumen membuka di mana lebih banyak perekat dapat mengalir tidak selalu benar, yang mungkin merupakan alasan mengapa penetrasi perekat ke dalam lumen tidak selalu cepat. Permukaan yang terbuka dapat segera berinteraksi dengan perekat dengan asumsi bahwa terjadi fraktur bersih. Pengamatan secara mikroskopi pada permukaan kayu poplar dengan pembesaran empat kali menunjukkan bahwa perluasan patahan permukaan dan terbentuknya ikatan fragmen yang lemah tetap terjadi bahkan meskipun dilakukan dengan pisau yang tajam sekalipun. 

 gambar 9.7

Skala ukuran kayu untuk terjadinya interaksi perekatan. 

Ikatan pada kayu perlu dipertimbangkan pada tiga skala spasial yang berbeda yaitu: milimeter atau lebih besar, mikrometer, dan nanometer. Skala milimeter biasanya digunakan untuk mengevaluasi proses pengikatan dan pelepasan ikatan kayu. Skala mikrometer berkaitan dengan dimensi sel dan dinding sel. Nanometer dan skala yang lebih kecil berkorelasi dengan ukuran dari selulosa, hemiselulosa, domain lignin dan interaksi molekuler antara perekat dengan kayu. Setiap ukuran domain membutuhkan metode pengamatan yang berbeda dan memiliki implikasi yang berbeda pada proses bonding dan debonding.

Skala milimeter adalah metode normal untuk berkaitan dengan proses bonding dan debonding. Biasanya mata telanjang atau sentuhan tangan digunakan untuk menilai kehalusan permukaan untuk terjadinya ikatan. Pada skala ini, pengukuran penyebaran perekat di permukaan biasanya dilakukan dengan sudut kontak. Pengecekan terhadap kegagalan ikatan perekat pada skala ini umumnya sangat terbatas. Tetapi informasi yang diperoleh disini sangat berharga untuk memahami pembentukan ikatan dan aspek kegagalan sebagai tahap pertama dalam evaluasi kinerja perekat. Namun, kita perlu bergerak ke skala spasial yang lebih kecil untuk mendapatkan pemahaman yang lebih lengkap dari ikatan kayu.

Skala mikrometer melibatkan interaksi perekat dengan lumen dan dinding sel. Sementara teori awal pada kekuatan ikatan perekat kayu ini adaah terlibatnya ikatan mekanik yang saling mengunci, teori yang lain mengusulkan bahwa ada interaksi tertentu antara perekat dari permukaan kayu. proses pengaliran adhesives ke dalam lumen sel masih dianggap penting, yang membawa ke beberapa studi mikroskopis pada penetrasi. Namun, belum ada dasar yang cukup terhadap apa yang terjadi pada interfase perekat dan kayu sebagai perekat sel dan dibawah ekspansi diferensial yang disebabkan oleh perubahan kelembaban dan suhu.
Aspek-aspek tersebut dibahas secara lebih rinci dalam ikatan individu dan bagian debonding. Alat untuk melihat tingkat interaksi pada level ini lebih rumit karena di ujungnya memerlukan pembesaran dengan mikroskop cahaya, namun hal ini secara pasti berada di kisaran elektron scanning dan mikroskop elektron transmisi.

Skala nanometer dan yang lebih kecil adalah penting karena merupakan dasar ukuran dari domain kayu dan interaksi perekat dan kayu. Ukuran dari serat selulosa, hemiselulosa, dan jaringan lignin berada dalam puluhan nanometer. Untuk terjadinya adhesi, perekat perlu berinteraksi dengan kayu pada tingkat molekuler; apapun mekanisme yang terlibat. Ide bahwa adhesi kayu adalah lebih dari ikatan mekanik diusulkan pada tahun 1920 dengan konsep adhesi tertentu sebagai hal yang penting. Masalahnya dengan pemahaman ini adalah kurangnya pengetahuan kita mengenai permukaan kayu. Meskipun selulosa merupakan komponen utama dari kayu, tetapi itu mungkin bukan sebagai komponen utama pada permukaan kayu. Jika ikatan ke dinding lumen adalah hal yang penting, maka adhesi untuk lignin ini menjadi penting karena lapisan yang berserabut banyak ditemukan dalam banyak spesies dalam konten high lignin. Pembelahan di lamella bagian tengah, yang mungkin terjadi dengan sel latewood, sel serat kayu atau fiber untuk fiberboard, membawa ke permukaan high in lignin. Sebelum kita dapat menentukan bagaimana perekat harus berinteraksi dengan kayu untuk membentuk ikatan yang tahan lama, daerah ini masih cukup spekulatif.