Ikatan perekatan pada kayu

Pemahaman mengenai ikatan pada perekatan kayu membutuhkan pemahaman yang baik tentang keunikan struktur kayu pada proses terjadinya pembentukan ikatan dan pemahaman tentang modus penyebaran energi dan konsentrasi dari kayu dengan terjadinya perubahan lingkungan. Generalisasi dari sifat perekatan sulit dilakukan karena kayu adalah bahan yang tidak homogen dimana lem kayu perlu berinteraksi dengan berbagai jenis permukaan.

Pada kayu lunak, tracheid longitudinal terbuka lebar dengan bagian utama dari permukaan adalah pemutusan transwall vertikal, tetapi sel-sel parenkim, sel-sel sinar, dan saluran resin yang juga terkena perekat memberikan tambahan ikatan pada permukaan. Pada kayu keras, sel-sel serat berukuran kecil dan saluran besar yang membentuk ikatan permukaan utama, dengan sel-sel sinar dan sel-sel lain juga terlibat. Struktur permukaan kayu menjadi komplek dengan adanya kehadiran sel earlywood yang berdinding tipis dan sel latewood yang berdinding tebal.  

Meskipun umumnya untuk mempelajari ikatan suatu sapwood juga diperhitungkan, tetapi dalam kenyataannya produk kayu tersebut bisa dianggap sebagai kayu keras yang tidak begitu polar. Kompleksitas kayu semakin bertambah karena kayu bisa memiliki ketegangan dan tekanan awal. Penelitian mengenai adhesi dengan menggunakan sampel-sample kayu tangensial dengan kemiringan slope yang kecil, dengan sedikit lubang-lubang kecil dan tidak ada retak pada kayu, meskipun kenyataannya faktor-faktor tersebut merupakan hal yang tidak bisa dikontrol dalam kayu komersial.

Kebanyakan pengamatan interaksi antara perekat dengan kayu terkonsentrasi pada skala milimeter atau lebih besar. Namun, interaksi antara kayu dan perekat perlu dievaluasi dalam tiga spasial skala (milimeter, mikrometer, dan nanometer). Skala milimeter atau lebih besar melibatkan pengamatan oleh mata atau mikroskop cahaya. Penggunaan scanning dengan mikroskop elektron memungkinkan pengamatan pada tingkat mikrometer atau selular. Sedangkan ukuran dari serat selulosa, domain hemiselulosa dan lignin berada di skala nanometer. Tingkat nanometer merupakan skala spasial di mana molekul-molekul adhessives berinteraksi dengan kayu untuk membentuk ikatan. Peralatan modern, seperti mikroskop atom, membuat pengamatan pada skala nano bisa dilakukan meskipun agak sulit untuk dilakukan pada kayu karena permukaannya yang kasar pada skala mikrometer. Untuk memahami interaksi perekat dengan kayu, kita perlu mempertimbangkan secara lebih rinci mengenai aspek persiapan permukaan, jenis permukaan kayu, dan skala spasial permukaan kayu. Pengetahuan mengenai hal tersebut akan memberikan latar belakang yang tepat untuk membahas ikatan adhesi sebagai langkah pembasahan permukaan dan pengeringan perekat. Interaksi perekat dan kayu ini merupakan hal yang sangat penting dalam menentukan kekuatan dan daya tahan ikatan.

Persiapan permukaan kayu 

Pada skala yang lebih besar, kayu adalah bahan yang berpori, selular dan anisotropik. Bahan ini akan menyerap air dan berat molekul senyawa air yang rendah akan membuatnya cepat diserap dan bergerak dalam kayu. Sel-sel yang memanjang memiliki vareasi ukuran dan bentuk dengan perbedaan antara arah radial dan tangensial menyebabkan kayu menjadi sangat anisotropik. Satu model yang sederhana tidak dapat ditemukan karena perbedaan yang besar antara jenis kayu satu dengan yang lain dalam struktur kimia dan morfologi permukaan. Jenis dan ukuran sel secara dramatis berbeda antara kayu keras dan kayu lunak. Dalam spesies yang sama masing-masing grade memiliki sifat yang bervareasi dalam kemampuan mereka untuk ditembus cairan, jumlah ekstraktif, serta distribusi dari jenis-jenis sel. Bahkan di dalam suatu spesies, ada perbedaan sifat antara earlywood versus latewood, sapwood versus heartwood, dan juvenile, kompresi, dan ketegangan kayu terdistorsi oleh struktur sel. Sel-sel earlywood dengan dinding yang lebih tipis akan lebih mudah untuk merekat karena memiliki lumen yang lebih mudah diakses. Sapwood umumnya dianggap lebih mudah untuk direkatkan dibandingkan dengan dari kayu keras (heartwood) karena terjadinya perubahan eksraktif. Juvenile, kompresi, dan ketegangan kayu semua telah mendistorsi struktur sel yang melemahkan perekatan interfase kayu. Untuk memudahkan diskusi, maka penekanan ditujukan pada kayu-kayu yang memenuhi kriteria standard untuk pengujian.

Persiapan permukaan telah terbukti memiliki dampak yang besar terhadap kualitas permukaan kayu Satu hal yang perlu diperhatikan adalah jaringan perbatasan kimiawi yang merupakan batas antar muka antara substrate dan perekat seringkali adalah link yang lemah yang gagal dalam membentuk ikatan kohesi dalam dalam lapisan itu. Kenyataan bahwa lapisan kimiawi yang lemah mengakibatkan ekstraktif naik ke permukaan, sedangkan lapisan mekanis yang lemah mengakibatkan lapisan sel hancur atau patah. Peran ekstraktif telah secara meluas dianggap menjadi faktor utama dalam kegagalan perekatan. Tentu saja, suatu molekul kecil dengan polaritas rendah yang datang ke permukaan dapat mengganggu proses pembasahan permukaan namun hal ini tidak secara jelas menjadi penyebab kekuatan ikatan yang lemah. Ikatan kimia yang lemah merupakan masalah yang timbul di kayu berminyak, seperti jati, dimana pada kayu ini maka suatu pembersihan permukaan dengan solven akan membantu mengurangi masalah ikatan.

Pembasahan permukaan merupakan masalah penting, karena perekat kayu sebagian besar berbasiskan air. Air memiliki energi permukaan tinggi sehingga sulit membasahi banyak permukaan. Meskipun surfctan memiliki energi permukaan lebih rendah, mereka sering dihindari karena mereka dapat membuat lapisan kimiawi yang lemah. Monomer dan oligomer dalam perekat dapat menurunkan energi permukaan, seperti yang bisa ditambahkan pada bahan yang mempunyai berat molekul yang rendah seperti alkohol. Pembasahan merupakan isu yang tidak terlalu penting pada perekat organik dengan solid content 100%.

Ikatan mekanis yang lemah seringkali merupakan masalah bagi kayu. Uumum masalah terjadi dari terjadinya kerusakan kayu selama persiapan permukaan. Sel kayu, terutama earlywood, merupakan bahaan yang lemah dalam arah radial dan tangensial. Kerusakan sel mudah untuk divisualisasikan dengan melihat penampangnya secara mikroskopis. Jika perekat tidak menembus melalui lapisan sel yang rusak, maka lapisan ini umumnya akan menjadi sumber keretakan ketika dilakukan pengetesan. Metode terbaik untuk mempersiapkan permukaan kayu untuk ikatan adalah dengan memotong kayu menggunakan pisau yang tajam. Pisau yang tumpul dapat menghancurkan sel-sel dan menyebabkan permukaan sangat tidak teratur Perbedaan penetrasi dari perekat yang baik dan buruk pada permukaan kayu ditunjukkan pada Gambar 9.4. 

Pengamplasan pada permukaan yang sudah diplanner juga mengakibatkan sel-sel permukaan hancur dan terpecah-pecah, pengamplasan tangan pada umumnya masih dapat diterima karena menyebabkan lebih sedikit kerusakan sel. Untuk pengujian pada laminasi, ASTM standard mengatur bahwa kayu permukaan harus dipotong dengan pisau yang tajam dan lem dibiarkan dalam waktu 24 jam untuk memberikan ikatan yang paling kuat pada permukaan.