Matriks Produk Komposit dan Sifat Rekatnya

Oleh Greitta K. D. 

No	Jenis Matriks	Status Penggunaan	Jenis Produk Komposit	Sifat Rekat
1	Urea Formaldehid (UF)	Komersial dan Penelitian	Papan partikel	Penggunaan urea formaldehid dalam pembuatan papan komposit komersial pada dasarnya dapat menghasilkan sifat fisika dan mekanika papan komposit yang tinggi dengan persyaratan jumlah perekat yang lebih kecil dibanding perekat alam yaitu sekitar 10% (7-13%). Penggunaan papan komposit ini biasanya digunakan sebagai produk interior karena rentan terhadap cuaca. ·        Semakin banyak jumlah UF dari 7-13% maka semakin tinggi sifat fisika dan mekanika papan partikel, dengan sifat optimal dihasilkan dari jumlah UF 10%. Papan partikel dari campuran kayu Pinus dan kayu Fir pada jumlah perekat 10%, dengan suhu kempa 180oC selama 3 menit dan target kerapatan 0,65 g/cm3 menghasilkan keteguhan rekat ±1,08 N/mm2, modulus elastisitas ±2200 N/mm2, modulus patah 16 N/mm2 dan pengembangan tebal ±22% (Papadopoulos, 2006). ·        Hasil penelitian di atas juga sesuai dengan hasil penelitian Arylmis et al. (2012). Peningkatan jumlah perekat UF dari 8-12% juga mampu meningkatkan sifat fisika dan mekanika papan partikel campuran kayu dan jerami dengan rasio 70:30. Papan partikel jumlah perekat 10%, dengan suhu kempa 180oC, tekanan kempa 3 MPa selama 5 menit dan target kerapatan 0,82-0,85 g/cm3 menghasilkan keteguhan rekat ±0,15 N/mm2, modulus elastisitas ±2200 N/mm2, modulus patah 10 N/mm2, penyerapan air ±75% dan pengembangan tebal ±58%.
2	Fenol Formaldehid (PF)	Komersial dan Penelitian	Papan partikel	Sama halnya dengan UF, PF dalam jumlah sedikit juga menghasilkan sifat fisika dan mekanika yang tinggi dalam jumlah kecil. PF menghasilkan papan komposit yang lebih resisten terhadap air dibanding dengan UF seperti yang terjadi pada Arylmis et al. (2012). Pada jumlah perekat yang sama yaitu 10%, pengembangan tebal PF jauh lebih rendah 73% dan penyerapan air PF 31% dibanding pengembangan tebal dan penyerapan air UF. ·        Semakin banyak jumlah PF dari 8-12% maka semakin tinggi sifat fisika dan mekanika papan partikel, dengan sifat tertinggi  dihasilkan dari jumlah PF 12%. Papan partikel dari campuran kayu Pinus dan kayu Fir pada jumlah perekat 10%, dengan suhu kempa 180oC selama 3 menit dan target kerapatan 0,65 g/cm3 menghasilkan keteguhan rekat ±1,08 N/mm2, modulus elastisitas ±2400 N/mm2, modulus patah 13,5 N/mm2, penyerapan air ±45% dan pengembangan tebal ±15% (Arylmis et al.,2012).
3	Tanin-Fenol Formaldehid (PF)	Penelitian	Papan partikel	Pada kondisi pengempaan yang sama, penambahan 10% tannin dalam PF menghasilkan sifat-sifat papan partikel yang sama atau sedikit lebih tinggi dibanding PF murni. Hal ini menunjukkan bahwa tannin 10% dapat menjadi filler perekat yang dapat mengurangi penggunaan fenol yang mahal harganya. Papan partikel wheat straw dengan jumlah perekat 10% yang didalamnya terdapat tannin 10% dalam perekat PF dan dikempa pada suhu dan tekanan 180°C, 3 MPa selama 12 menit, closing time 4,5 mm/menit serta target kerapatan 0,7±0,01 g/cm³ menghasilkan IB 0,68 MPa, MOE 3063 MPa, MOR 18,2 MPa, WA dan TS selama 24 jam sebesar ±35% dan ±8%. (Tabarsa et al., 2011).
4	Organosolv lignin-phenol formaldehyde	Penelitian	Papan partikel	Pada kondisi pembuatan papan yang sama, papan partikel softwood dengan perekat lignin-phenol formaldehyde (LPF) yang di dalamnya mengandung lignin 20-30% dan formaldehyde 41%  memiliki sifat yang setara dengan sifat pada papan dengan perekat PF komersial. Papan partikel dengan perekat LDF yang kondisi pengempaannya bersuhu 180°C selama 1 menit, target kerapatan 0,65 g/cm³ dan ketebalan papan 1,2 cm memiliki IB sebesar 1,07 MPa, MOE ±2000 MPa, MOR ±14 MPa, serta WA dan TS selama 24 jam sebesar ±70% dan 16%. Setelah direbus 2 jam, IB papan masih tinggi yaitu 0,43 MPa atau retensi kekuatannya sebesar 40% (Cetin dan Ozmen, 2002).
5	Melamin Fornaldehid (MF)	Komersial	Engineered Flooring Board	Flooring board yang terbuat dari plywood yang direkat dengan fancy veneer menggunakan melamin formaldehid dengan rasio formaldehid : melamin sebesar 1,75 (resin solid 60%) dan dikempa dingin 0,1 MPa selama 2 menit diteruskan dengan dikempa panas pada tekanan 0,5 MPa dan suhu 120oC selama 4 menit 40 detik lalu terakhir dikempa dingin kembaki 1 MPa selama 2 menit menghasilkan keteguhan rekat internal sebesar ±2,2 MPa. Penambahan scavenger formaldehid 5% yaitu dari serbuk tannin dan tepung gandum dapat menurunkan emisi formaldehid walaupun tidak signifikan, namun justru dapat meningkatkan keteguhan rekat internal dibanding keteguhan rekat internal tanpa penambahan scavenger, sedangkan scavenger formaldehid lain yaitu arang dapat menurunkan emisi formaldehid sangat signifikan, namun juga menurunkan keteguhan rekat internal secara signifikan (Kim et al., 2006).
6	Melamin modified Urea formaldehid (UMF), yaitu  UMF komersial dinaikkan presentase melaminnya dengan cara penambahan urea melamine phenol formaldehyde (UMPF) komersial	Penelitian	Medium-density fibreboard (MDF)	MDF wheat straw berjumlah perekat 15-17% dengan pengempaan panas suhu plat 190°C (suhu di core 105-110°C), tekanan 0,5 MPa selama 10-15 detik dan dilanjutkan pengempaan bertekanan 0,05 MPa ±3 menit serta memiliki kerapatan 0,85-1,05 g/cm³ mampu memiliki sifat papan yang memenuhi standar EN 622-5:1997 dengan IB ±0,7-1,25 MPa, MOR 40-50 MPa, MOE ±4200-5000 MPa, WA 10-50%, dan TS 8-15% (Halvarsson et al., 2008).
7	Polyvinyl acetate (PVA)-melamine based adhesives	Penelitian	Blockboard	Penambahan minimal 15% MF dan melamine urea formaldehyde (MUF) pada  Blockboards dari kayu Black Spruce e (Picea mariana) mampu meningkatkan kekuatan sambungan terutama pada kondisi basah dimana jika dengan PVA saja, kerusakan kayu pada saat uji geser sebesar 0% yang artinya perekatannya sangat lemah pada kondisi basah. Penambahan 15% MF mampu meningkatkan persen kerusakan kayu pada kondisi basah menjadi 86%, sedangkan penambahan 15% MUF mampu meningkatkan menjadi 39%. Penambahan 15% MF mampu meningkatkan persen kerusakan kayu sebesar 36% dengan kekuatan geser yang equivalen dengan kekuatan geser PVA yaitu 9,6 MPa (Kaboorani dan Reidl, 2011).
8	Isosianat	Komersial, Penelitian	Papan partikel	Penggunaan 2% PMDI dan EMDI menghasilkan papan komposit yang telah masuk dalam standar EN 312 untuk penggunaan interior fitments (P3), sedangkan standar EN 312 untuk load bearing in humid condition (P5) diperoleh dari PMDI pada jumlah perekat 6%, sedangkan EMDI lebih rendah yaitu 4%. ·        PMDI (polymeric 4,4’-methylenediphenyl isocyanate) Papan partikel dengan menggunakan 2% PMDI yang dikempa panas 180°C selama 3 menit, dengan target kerapatan 0,65 g/cm³ menghasilkan MOR 12,08 MPa, MOE 1796,59 MPa dan IB 0,578 MPa. Pada kondisi yang sama dengan perekat 6%, papan partikel menghasilkan  MOR 18 MPa, MOE 2785,84 MPa dan IB 1,016 MPa. ·        EMDI (emulsion of MDI in water) Papan partikel dengan menggunakan 2% EMDI yang dikempa panas 180°C selama 3 menit, dengan target kerapatan 0,65 g/cm³ menghasilkan MOR 14,05 MPa, MOE 2108,59 MPa dan IB 0,646 MPa. Pada kondisi yang sama dengan perekat 4%, papan partikel menghasilkan  MOR 18,04 MPa, MOE 2653,41MPa dan IB 0,897 MPa (Papadopoulos et al., 2002).
9	Polyisocyanate-lignin	Penelitian	Papan Serat	Papan serat dari campuran serat Kayu Fir yang disemprot dengan perekat yang terdiri dari 2,35% isocyanate prepolymer (polymethylene polyphenyl isocyanate “Rubicon PBA 1042” dan 1,15% calcium base waste liquor (solid content 50%), jumlah perekat 3,5% dan dikempa panas selama 4,5 menit menggunakan tekanan 350 psi dan kemudian dikempa dingin 220 psi memiliki MOR 2076 psi, MOE 306000 psi, TS 21,5% dan linear expansion (LE) 0,65% (Lambuth, 1981).
10	Plastik (HDPE, PP dan lain-lain)	Komersial, Penelitian	Papan komposit plastik atau wood plastic composites (WPC)	·        HDPE (High density polyethylene) Moulding dari kayu daur ulang dengan rasio partikel : HDPE sebesar 70:30 dan berupa partikel coarse (≥1,18 mm) yang dikempa panas dengan temperature yang mencapai 185°C pada lapisan tengah dengan rata-rata lama kempa 15 menit dan tekanan kempanya 2,5 MPa yang diteruskan dengan kempa dingin pada tekanan 2,5 MPa hingga diperoleh suhu 25°C memiliki kerapatan 0,8 g/cm3, kadar air 1,6%, TS 5,8%, WA 10,4%, MOR kering 18,1 MPa, MOE kering 2,1 GPa, MOR basah 11,2 MPa dan MOE basah 1,097 GPa (Chen et al., 2006).
11	Semen	Penelitian	Papan partikel semen	Papan partikel semen 3 lapis dari Kayu Afara (Terminalia superba) dengan rasio semen:kayu sebesar 2,3 : 1 dan 1,5 : 1 (penambahan binding agent calcium chloride 3% dari berat semen), target kerapatan 1,4 g/cm³ dan ketebalan 1,2 cm berurutan memiliki MOR 12 MPa dan 15 MPa, MOE 3297 MPa dan 2226 MPa, TS selama 24 jam 1,4% dan 4% serta WA selama 24 jam 13% dan 18% (Fuwape dan Oyagade, 1993)
12	Gipsum dan gipsum-semen Portland	Penelitian	Papan komposit gipsum	·        Papan gipsum dari campuran partikel kayu Jack Pine dan gipsum dengan rasio gipsum:kayu 2,3:1yang dikempa dingin pada tekanan 5-7 MPa selama 30 menit serta memiliki ketebalan papan 1,1 cm dan kerapatan 1,18 g/cm³ mempunyai nilai IB, MOR, kekerasan (hardness) dan  kekuatan cabut sekrup pada suhu 20°C dan RH 60% sebesar 0,7 MPa; 0,6 MPa, 2312 N, dan 283 N, sedangkan WA, TS,dan linear  expansion (LE) setelah perendaman 24 jam secara berturut-turut yaitu 50%, 2,1% dan 0,7%.  ·        Papan gipsum-semen dari bahan dan kondisi papan yang sama dengan adanya tambahan semen Portland pada matriks gipsum (rasio gipsum : semen Portland = 70:30) memiliki IB lebih tinggi 206%, MOR yang lebih tinggi 642%, kekerasan lebih tinggi 97%, WA lebih rendah 26%, TS lebih rendah 61% dan LE lebih rendah 46% dari sifat-sifat pada papan gipsum (Herrera dan Cloutier, 2011)
13	Bahan pengikat/pengaktif asam sitrat	Penelitian	Moulding dan papan partikel	Pada dasarnya, asam sitrat mampu meningkatkan kontak rekat antar partikel-partikel lignoselulosa sehingga sifat rekat papan komposit menjadi lebih tinggi dan mampu meningkatkan sifat fisika (kestabilan dimensi) dan mekanika (kekuatan) papan komposit. ·      Moulding kulit Acacia mangium       Moulding kulit Acacia mangium yang memiliki rasio serbuk kulit : asam sitrat =80 : 20 dengan kondisi kempa suhu 180oC dan tekanan 4 MPa selama 10 menit serta kerapatan ± 1 g/cm3 memiliki sifat rekat yaitu modulus patah dan modulus elastisitas spesifik sebesar 18,1 MPa dan 4,9 GPa. Penambahan 11,1% asam sitrat mampu meningkatkan modulus patah 3 kali lipat dan meningkatkan modulus elastisitas hampir 4 kali lipat dari modulus patah dan modulus elastisitas papan komposit tanpa perekat (0% asam sitrat). Adapun sifat ketahanan terhadap air sangat baik terbukti dapat menurunkan penyerapan air perendaman 24 jam hingga 67% jika dibandingkan dengan tanpa menggunakan asam sitrat. Papan komposit juga tidak mengalami dekomposisi selama perlakuan perebusan yang diulang  (Umemura et al., 2011). ·      Papan partikel Bambu Petung dan Wulung      Papan partikel Bambu dari perekat asam sitrat 30% dengan kondisi kempa suhu 180oC dan tekanan 3,5 MPa selama 10 menit, kerapatan 0,95 g/cm3 dan ketebalan 0,7 cm menghasilkan sifat rekat yaitu keteguhan rekat internal aktual 0,88 MPa, modulus patah aktual 13,76 MPa, modulus elastisitas 3,49 GPa, penyerapan air 27,03% dan pengembangan tebal 5% untuk Bambu Petung sedangkan untuk Bambu Wulung memiliki keteguhan rekat internal aktual 1,94 MPa, modulus patah aktual 18,92 MPa, modulus elastisitas 5,43 GPa, penyerapan air 25,85% dan pengembangan tebal 4,55% (Syahri dan Widyorini, 2016).
14	Campuran bahan pengikat/pengaktif asam sitrat dan sukrosa	Penelitian	Papan partikel	Papan partikel dari partikel kayu daur ulang (paling banyak berasal dari softwood) dengan perekat asam sitrat-sukrosa yang rasionya 25:75, berjumlah perekat 30% dari berat partikel, dikempa panas pada suhu 200°C selama 10 menit dan dikempa hingga mencapai ketebalan 9 mm dengan target kerapatan 0,8 g/cm³ memiliki sifat papan yang melebihi standar JIS A 5809 tipe 18 yaitu  IB 1,6 MPa, MOR 20,6 MPa, MOE 4,64 GPa, TS 11,9% dan tidak decompose setelah mengalami severe accelerated treatment yang menandakan bahwa papan sangat resisten terhadap air (Umemura et al., 2013).
15	Tannin terhidrolisis -UF (Serbuk tannin komersial dari pohon Wattle kemudian dihidrolisis menggunakan NaOH, castor oil, dan asam asetat, lalu ditambah dengan urea, formaldehid dan cashew nut shell liquid (CNSL).	Penelitian	Papan partikel	Papan partikel dari kulit kopi Arabica dengan jumlah perekat campuran tannin terhidrolisis dengan UF 14% yang dikempa panas pada suhu 180°C dan tekanan 50 ton selama 5 menit menghasilkan MOR 6,53 MPa, MOE 1216 MPa, WA dan TS selama 1 jam sebesar 8,4% dan 5,9%. Sifat papan tersebut signifikan jauh lebih rendah TS dan WA-nya dibanding dengan sifat papan dari perekat UF dengan jumlah 11%. Oleh karena itu, perekat dari campuran tannin terhidrolisis dengan UF menghasilkan papan yang stabilitas dimensinya lebih tinggi dari perekat UF. Selain itu emisi formaldehidnya lebih rendah, lebih cepat pengerasan perekatnya, tahan terhadap air dan kelembaban dan stabil terhadap panas dari perekat UF (Bisanda et al., 2003).
16	Tannin-sukrosa	Penelitian	Papan partikel	Papan partikel kayu daur ulang (softwood) yang jumlah perekat tannin-sukrosanya antara 30-40% dari berat kering partikel, rasio tannin : sukrosa 25:75 dalam larutan bersama air yang konsentrasi tannin-sukrosa dalam air tersebut sebesar 40% dan dikempa panas pada suhu 200°C selama 10 menit dengan pengempaan hingga mencapai tebal 9 mm dan target kerapatan 0,8 g/cm³ memiliki nilai IB 1,1-1,3 MPa, MOR 19,6-21,2 MPa, MOE 4,6-5 GPa dan TS 20-23% (Zhao dan Umemura, 2014).
17	Campuran pati jagung yang digelatinisasi sebagian dan PVOH (Poly vinil alcohol) dengan katalisator asam sitrat, crosslinker agent imino melamine formaldehid dan zat aditif lateks	Penelitian	Plywood	Plywood 3 lapis kayu Birch dengan perekat (60,1-84,1% pati plus PVOH, 0,9% asam sitrat, 15% imino melamine formaldehid dan lateks 4%) berjumlah 15% dan beresin solid 27% yang dikempa pada suhu 175°C selama 15 menit menghasilkan kerusakan pada venir ketika diuji geser lebih dari 90% dengan kerusakan pada bagian sambungan (joint) kurang dari 10% ketika sampel direndam dalam air selama 2 jam atau diekspos pada kelembaban 93% atau diekspos kelembaban 50% selama 30 hari dan kekuatan tarik berisar antara 2197-3404 N/cm2. Tanpa penggunaan lateks, kerusakan venir saat uji geser dan kekuatan tarik sedikit menurun dan tidak signifikan (Imam et al., 1999).
18	Soybean	Penelitian	Medium density fiberboard (MDF)	Perekat berbasis konsentrat soybean sebanyak 64,5 gram dicampur dengan 1% larutan sodium dodecyl sulfate (SDS) (365,5 gram) dan diaduk selama 3 jam pada suhu ruangan. Papan serat yang dibuat dari 300 gram serat kayu dan dilapis 430 gram larutan soybean termodifikasi selama 12 menit kemudian serat dikeringkan hingga diperoleh kadar air 35%, kemudian dikempa panas pada suhu 195°C selama 13 menit dan ditekan hingga mencapai densitas 0,8 g/cm³ memiliki sifat papan yang masuk dan melebihi standar ASNI A208.2-2002 pada grade 210,220 dan 230 dengan nilai IB 1,03 MPa, MOR 33,7 MPa, kekuatan tarik 22,8 MPa, MOE, 2847 MPa, TS 23,9%, linier expansion 0,95%, WA 64,3%,serta MOR dan MOE setelah perendaman 24 jam yaitu 7,87 MPa dan 280,3 MPa (Li et al., 2009).
19	Chitosan	Penelitian	Papan partikel	Papan partikel dari ampas tebu yang diberi perekat chitosan yang dilarutkan dalam 1% asam asetat sebanyak 4%, dikempa panas 1 MPa pada suhu 180°C selama 6 menit dengan ketebalan 0,7 cm dan target kerapatan 0,9 g/cm³ memiliki nilai IB 0,64 MPa, TS ±15%, MOR 25 MPa dan MOE 2,9 GPa. Sifat bending papan partikel dengan perekat chitosan ini lebih rendah 20% dari sifat bending PMDI 6% dan IB lebih rendah 38% dari IB PMDI 6%, namun sbenarnya sifat papan telah melebihi standar JIS A 5809 tipe 18 dan TSnya juga equivalen dengan TS PMDI 6% (Umemura et al., 2009).

DAFTAR PUSTAKA

Ayrilmis, N., J.H. Kwon, T.H. Han. 2012. Effect of resin type and content on properties of composite particleboard made of a mixture of wood and rice husk. International Journal of Adhesion & Adhesives 38:79–83.

Bisanda, E.T.N. W.O.Ogola dan J.V. Tesha. 2003. Characterisation of tannin resin blends for particle board applications. Cement & Concrete Composites, 25:593–598.

Cetin, N.S. dan N. Ozmen. 2002. Use of organosolv lignin in phenol-formaldehyde resins for particleboard production II. Particleboard production and properties. Journal of Adhesion & Adhesives, 22:481–486.

Chen, H.C., T.Y. Chen, dan C.H. Hsu. 2006. Effects of wood particle size and mixing ratios of hdpe on the properties of the composites. Holz als Roh- und Werkstoff 64: 172–177.

Fuwape, J.A. dan A.O. Oyagade. 1993. Bending strength and dimensional stability of tropical wood-cement particleboard. Bioresource Technology, 44: 77-79.

Halvarsson, S., H. Edlund, dan M. Norgren. 2008. Properties of medium-density fibreboard (MDF) based on wheat straw and melamine modified urea formaldehyde (UMF) resin. Industrial crops and products 28:37–46.

Herrera, R.E. dan A. Cloutier. 2011. Physical and mechanical properties of gypsum particleboard reinforced with Portland cement. Eur. J. Wood Prod., 69: 247–254.

Imam, S.H., L. Mao, L. Chen, dan R.V. Greene. 1999. Wood adhesive from crosslinked poly(vinyl alcohol) and partially gelatinized starch: preparation and properties. Starch/Stärke 51 (6):225–229.

Kaboorani, A. dan B. Reidl. 2011. Improving performance of polyvinyl acetate (PVA) as a binder for wood by combination with melamine based adhesives. International Journal of Adhesion & Adhesives, 31:605–611.

Kim, S., H.J.Kim, H.S. Kim dan H.H. Lee. 2006. Effect of bio-scavengers on the curing behavior and bonding properties of melamine-formaldehyde resins. Macromol. Mater. Eng., 291:1027–1034.

Lambuth. 1981. Aqueous polyisocyanate-lignin adhesive. US Patent Document No. 4.279.788.

Li, X., Y. Li, Z. Zhong, D. Wang, J.A. Ratto, K. Sheng, dan X.S. Sun. 2009. Mechanical and water soaking properties of medium density fiberboard with wood fiber and soybean protein adhesive. Bioresource Technology, 100:3556–3562.  

Papadopoulos, A.N. 2006. Property comparisons and bonding efficiency of UF and PmDI bonded particleboards as affected by key process variables. Bioresources 1(2): 201-208.

Papadopoulos, A.N. C.A.S. Hill, E. Traboulay, dan J. R. B. Hague. 2002. Isocyanate resins for particleboard: PMDI vs EMDI. Holz als Roh- und Werkstoff. 107/0275.

Syahri, I. dan R. Widyorini. 2016. Pengaruh jenis bambu dan perlakuan ekstraksi terhadap sifat fisika mekanika papan partikel dengan perekat asam sitrat. Skripsi. Fakultas Kehutanan UGM. Yogyakarta.

Tabarsa, T., S. Jahanshahi, dan A. Ashori. 2011. Mechanical and physical properties of wheat straw boards bonded with a tannin modified phenol–formaldehyde adhesive. Composites: Part B 42:176–180.

Umemura, K., K. Keiho, dan S. Kawai. 2009. Characterization of bagasse-rind particleboard bonded with chitosan. Journal of Applied Polymer Science, 2103-2108.

Umemura, K., O. Sugihara, dan S. Kawai. 2013. Investigation of a new natural adhesive composed of citric acid and sucrose for particleboard. J Wood Sci., 59:203–208.

Umemura, K., T. Ueda, S. S. Munawar, dan S. Kawai. 2011. Application of citric acid as natural adhesive for wood. Journal of Applied Polymer Science. DOI 10.1002/app.34708.

Zhao, Z. dan K. Umemura. 2014. Investigation of a new natural particleboard adhesive composed of tannin and sucrose. J Wood Sci. DOI 10.1007/s10086-014-1405-3.