Sifat-sifat perekat dan aplikasinya
Sifat-sifat perekat tidak hanya harus dapat
memenuhi kebutuhan ikatan pada dalam akhir proses, tetapi juga harus bisa
kompatibel dengan substrat dan kondisi pada proses terbentuknya
ikatan. Umumnya proses pada perekatan pada kayu, perekat adalah jenis
struktural, yaitu mereka mampu mentransfer beban diantara adherens.
Meskipun demikian mereka dapat dibagi menjadi bagian yaitu: struktural, bagian
semi-struktural dan non-struktural. Meskipun kekerasan perekat adalah hal yang
dibutuhkan, tetapi perekat bisa menjadi terlalu kaku untuk beberapa aplikasi.
Sedangkan perekat harus bisa kompatibel dengan kondisi ikatan pada penggunaan
secara komersial. Karena itu perekat dari jenis heat-cured (perekat
yang kering dengan pemanasan) merupakan perekat yang paling cocok untuk
pembuatan panel karena beberapa alasan berikut ini:
- Mereka lambat kering pada suhu kamar, sehingga tersedia cukup waktu untuk pelapisan komponen kayu dengan perekat dan handling pada saat perakitan.
- Panas dan air akan melunakkan kayu sehingga memungkinkan terjadinya kontak yang lebih dekat antar permukaan kayu.
- Dengan pemanasan, maka perekat akan kering dengan cepat, mengurangi timbulnya springback ketika tekanan dilepaskan.
Sedangkan lem dari jenis yang kering pada suhu
kamar lebih cocok untuk laminasi yang tebal karena pemanasan lapisan dalam yang
relatif sulit dilakukan pada papan yang tebal. Untuk manufacturing produk
laminasi, maka biaya yang murah dan kecepatan merupakan faktor penting.
Sedangkan untuk perekatan pada konstruksi, maka waktu yang lebih lama
diperlukan karena akan mempermudah pengaturan pengeluaran lem dari cartride
yang dibutuhkan karena diperlukannya waktu untuk membawa lem ke permukaan
kontak. Dalam banyak aplikasi untuk produk non-kayu, perekat waterbase
tidak cocok digunakan karena jeleknya pembasahan permukaan dan ketidak mampuan
air untuk meninggalkan bondline. Sedangkan pada perekatan kayu,
terjadinya penetrasi perekat ke dalam kayu tanpa over-penetrasi merupakan hal
yang penting, dan tidak merupakan faktor yang bukan merupakan isu penting dalam
perekatan dari bahan non kayu.
Pembentukan Polimer
Pengetahuan tentang struktur polimer mengarahkan
ke pemahaman yang lebih baik mengenai sifat-sifat polimer yang sangat penting
baik dalam proses ikatan maupun dalam kinerja akhir dari bahan yang terikat.
Aspek polimer yang perlu dipertimbangkan dalam perekatan adalah: penggunaan
(aplikasi), kelas, jenis, dan ukuran. Perekat dapat dikelompokkan tidak hanya
oleh penggunaan struktural, semi-struktural, dan non-struktural, tetapi juga
oleh kekuatan permanen dan daya tahan yang dimiliki. Kekuatan permanen adalah
kekuatan untuk tetap lebih stabil daripada kayu di bawah kondisi lingkungan
yang tidak berubah (ireversibel). Durabilitas adalah ketahanan untuk
lebih kaku dari kayu, dan lebih stabil di bawah pengaruh lingkungan berubah
(reversibel).
Sifat aplikasi dari jenis polimer sangat dipengaruhi oleh struktur kimia polimer, sifat aplikasi yang berbeda akan membutuhkan bahan sifat mekanik yang berbeda, dengan yang sangat dipengaruhi oleh struktur kimia polimer. sifat-sifat polimer sangat dipengaruhi oleh kondisi di mana mereka diukur. Misalnya, perekat sebagian besar akan cenderung melunak dengan naiknya suhu sehingga akan mengurangi kekuatannya dalam menahan beban. Ketika perekat banyak menyerap molekul kecil, termasuk air, mereka akan melunak dan, dalam beberapa kasus, akan menimbulkan adanya retak yang akan meluas dan akhirnya menyebabkan kegagalan perekatan. Selain itu, sifat-sifat polimer juga akan banyak berubah dengan bertambahnya usia mereka. Jika polimer rentan terhadap reaksi oksidasi, maka dari waktu ke waktu hal ini dapat membuat bahan menjadi kaku (depoliymerize perekat), sehingga ikatan menjadi lebih lemah. Bahan kimia tertentu seperti seperti ozon, asam, dan basa juga dapat mengubah kinerja dari banyak perekat.
Sifat aplikasi dari jenis polimer sangat dipengaruhi oleh struktur kimia polimer, sifat aplikasi yang berbeda akan membutuhkan bahan sifat mekanik yang berbeda, dengan yang sangat dipengaruhi oleh struktur kimia polimer. sifat-sifat polimer sangat dipengaruhi oleh kondisi di mana mereka diukur. Misalnya, perekat sebagian besar akan cenderung melunak dengan naiknya suhu sehingga akan mengurangi kekuatannya dalam menahan beban. Ketika perekat banyak menyerap molekul kecil, termasuk air, mereka akan melunak dan, dalam beberapa kasus, akan menimbulkan adanya retak yang akan meluas dan akhirnya menyebabkan kegagalan perekatan. Selain itu, sifat-sifat polimer juga akan banyak berubah dengan bertambahnya usia mereka. Jika polimer rentan terhadap reaksi oksidasi, maka dari waktu ke waktu hal ini dapat membuat bahan menjadi kaku (depoliymerize perekat), sehingga ikatan menjadi lebih lemah. Bahan kimia tertentu seperti seperti ozon, asam, dan basa juga dapat mengubah kinerja dari banyak perekat.
Kelas polimer ditentukan oleh bagaimana polimer
dibangun. Beberapa jenis polimer merupakan homopolimer, seperti poly vynil
asetate. Ini berarti bahwa polimer (AAA ...) terdiri dari unit monomer individu
(A) yang semuanya sama. Sedangkan sebagian besar polimer terdiri dari dua atau
lebih komponen, seperti A dan B. Salah satu cara terbentuknya komponen
bersama-sama adalah sebuah proses acak di mana dua atau lebih unit monomer
membentuk kopolimer (AAABAABBBB ...), tanpa ada urutan spesifik dari setiap
komponen. Contoh kelas ini adalah karet styrene-butadiene yang digunakan dalam
sealant dan mastik.
Cara lain untuk penyusunan komponen adalah model
kopolimer bergantian (ABABABAB). Dua komponen juga dapat dikombinasikan dengan
membuat blok co-polimer dimana terdapat rantai panjang yang terbuat dari
monomer A yang melekat pada monomer B dan seterusnya. Seringkali komponen A dan
B tidak bisa compatible dalam berpolimer, sehingga bahan cenderung
memisahkan diri menjadi domain individu, contohnya adalah pada ko polimer polyurethane
dan styrenated. Sementara ko polimer acak dan bergantian menunjukkan
sifat rata-rata dari homopolimer, kopolimer blok sering menunjukkan sifat yang
berbeda yang mungkin tidak sesuai dengan salah satu sifat dari homopolimer.
Cara bereaksi yang keempat dari dua monomer adalah proses pencangkokan, dimana
monomer B terpasang di sepanjang sisi dari polimer backbone A.
Contohnya adalah reaksi pencangkokan (grafting) polimer acrylate
ke styrenated backbone.
Jenis polimer dapat digunakan untuk
mengelompokkan adhesive dengan topologi independent yang berbeda dari
kelompok mereka, menurut kelasnya. Jenis polimer yang sama dapat berupa
homopolimer atau kopolimer. Salah satu jenisnya adalah polimer linier di mana
semua unit monomer masuk dari kepala ke ekor menghubungkan dengan satu sama
lain untuk membentuk rantai polimer. Polyethylene dan polypropylene
adalah untuk polimer yang paling linear. Namun, dalam polyethilene, sering ada
cabang dari rantai linear; sifat dari polimer bisa berubah secara dramatis
sesuai dengan jenis dan derajat perubahan dari percabangan. Perubahan dari Polyethylene
linier dengan density tinggi ke polyethylene dengan
sedikit bercabang dengan density yang rendah dan ke polyethylene
dengan cabang yang banyak dan density yang sangat rendah, akan mengakibatkan
perubahan pada: titik leleh (melting point), fleksibilitas (flexibility),
dan kekuatan (strength). Jenis lain mengklasifikasikan polimer
berdasarkan apakah mereka membentuk crosslinking yang termoseting atau
tidak membentuk crosslinking yang bersifat termoplastik. Beberapa
perekat kayu bersifat termoplastik, termasuk uncrosslinked poly (vinyl
acetate) dan hot melt adhesives. Masalah yang muncul pada
adhesive yang termoplastik adalah bahwa pada suhu yang tinggi atau tingkat
kadar air tertentu, mereka akan mengalir, cenderung untuk creep (mengalir pada
keadaan di bawah tekanan dari waktu ke waktu). Untuk aplikasi struktural dan
semi-struktural problem creep ini sangat tidak diinginkan. Karena itu
sebagian besar perekat kayu adalah bahan yang termoseting. Itilah termoseting
ini digunakan untuk menunjukkan ikatan crosslinking dari polimer meskipun
proses pengeringannya tidak mungkin disebabkan oleh panas. Hot press
adhesive pasti termoset karena mereka membutuhkan aktivasi panas untuk
mengembangkan crosslinking. Di sisi lain jenis perekat moisture-cured
adhesives, seperti beberapa jenis polyurethane dan silikon, akan membentuk
ikatan crosslinking tidak dengan panas, tetapi dengan adanya air.
Variasi lain pada backbone polimer melibatkan
apakah struktur yang terbentu adalah aliphatic linear, seperti halnya dengan
polyethylene, atau apakah mereka mempunyai struktur siklik, seperti
cylcohexane atau cincin aromatik. Sifat siklis dari monomer membuat
polimer jauh lebih kaku karena memiliki kemampuan yang kurang untuk memutar di
sekitar backbone ikatan. Cincin aromatik membuat perekat lebih kaku
akibat rotasi kurang pada backbone tersebut. Banyak perekat kayu
cenderung terbuat dari senyawa siklis, termasuk phenol, resorcinol, dan
melamin, untuk menghasilkan polimer yang lebih kaku dengan suhu glass
transition yang tinggi.
Faktor lain dalam sifat-sifat polimer adalah
ukuran atau berat molekul. Ini adalah area yang menggambarkan persaingan dari
dua hal alami yang ditunjukkan oleh perekat. Untuk pembentukan ikatan, perekat
membutuhkan supaya bisa mengalir dan menembus ke lumen dan dinding sel dengan
baik, cocok untuk perekat dengan berat molekul rendah. Namun, setelah ikatan
terbentuk, diharapkan supaya produk tersebut memiliki ketahanan yang besar
terhadap aliran, yang cocok untuk bahan dengan berat molekul yang tinggi. Sebuah
perekat dengan berat molekul tinggi akan cenderung untuk kering lebih cepat
karena membutuhkan lebih sedikit reaksi untuk membentuk produk yang keras.
Polimer dengan berat molekul tinggi dapat menyebabkan masalah kelarutan dan
stabilitas pada perekat. Dengan demikian, dalam memformulasi polymer untuk
digunakan sebagai perekat, maka diperlukan keseimbangan antara berat molekul
yang rendah untuk pembasahan dan berat molekul yang lebih tinggi untuk
pengeringan yang lebih cepat dan untuk menahan aliran pada saat ikatan sudah
terbentuk.
Selain perbedaan-perbedaan yang jelas dalam
formulasi, perubahan kondisi curing dapat memberikan efek pada sifat-sifat
resin. Hal ini banyak diketahui pada lem epoxy yang menunjukkan bahwa
adanya pemanasan tambahan menyebabkan tambahan reaksi crosslinking
yang terjadi. Suatu lem epoxy yang kering pada suhu kamar akan menjadi kaku
sehingga kelompok tersisa yang tidak bereaksi dan secara fisik dapat menemukan
satu sama lain. Ketika epoxy dipanaskan, mobilitas dari plymer
meningkat, yang memungkinkan kelompok tambahan untuk datang ke dan
melakukan kontak fisik untuk menambahkan lebih banyak ikatan crosslink
dalam matriks, membuat produk yang lebih kaku dan biasanya juga menjadi lebih
rapuh. Efek ini juga telah diamati pada resin phenolik, yang dalam post
cure dipengaruhi oleh tingkat pengeringan maupun sifat mekanik. Hal ini
penting untuk diketahui dalam produksi komposit. Untuk particle board,
strandboard, dan fiberboard, perekat di dekat permukaan pada suhu
yang lebih tinggi untuk waktu yang lebih lama dan pada kadar air yang lebih
rendah dibandingkan dengan perekat di bagian tengah. Gradien dari panas
dan kelembaban dapat menyebabkan kurangnya polimerisasi dan ikatan crosslinking
yang terjadi di tengah.
Masalah utama pada pengeringan dapat dikurangi dengan menggunakan resin lebih cepat bereaksi atau resin berat molekul yang lebih tinggi pada core dibandingkan pada bagian face. Namun demikian, gradien dalam kecepatan reaksi dapat mempengaruhi sifat-sifat dari board dan membuat penelitian tentang proses curing menjadi sangat sulit.
Masalah utama pada pengeringan dapat dikurangi dengan menggunakan resin lebih cepat bereaksi atau resin berat molekul yang lebih tinggi pada core dibandingkan pada bagian face. Namun demikian, gradien dalam kecepatan reaksi dapat mempengaruhi sifat-sifat dari board dan membuat penelitian tentang proses curing menjadi sangat sulit.