KARYA TULIS TEORI ADHESI SPESIFIK PEREKAT Disusun Oleh: Tito Sucipto, S.Hut., M.Si. NIP. 19790221 200312 1 001 DEPARTEMEN KEHUTANAN FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2009
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis haturkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan keajaiban-nya sehingga dapat menyelesaikan karya tulis mengenai Teori Adhesi Spesifik Perekat. Karya tulis ini berisi tentang gambaran umum mengenai teori adhesi spesifik perekat sebagai dasar memahami perekatan kayu. Penulis berharap semoga karya tulis ini dapat memperkaya khasanah wawasan dan pengetahuan di bidang ilmu dan teknologi kayu. Tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan. Penulis mengharapkan saran dan masukan yang konstruktif demi menyempurnakan karya tulis. 2009 Medan, Desember Penulis
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR...i DAFTAR ISI...ii DAFTAR TABEL...iii DAFTAR GAMBAR...iv Adhesi Spesifik...1 Referensi...6
DAFTAR TABEL Halaman 1. Jenis ikatan dan energinya...2
DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Ikatan Van der Waals...3 2. Ikatan kimia...3
TEORI ADHESI SPESIFIK PEREKAT Adhesi Spesifik Specific adhesion theory (teori adhesi spesifik) disebut juga teori adsorpsi, yaitu sebagai keadaan dimana perekat akan menempel ke substrat karena adanya gaya intermolekul dan gaya interatom antara atom dan molekul dari kedua material. Gaya intermolekul dan gaya interatom antara atom dan molekul dapat terjadi pada semua jenis. Ikatan sekunder seperti ikatan van der Waals, ikatan hydrogen dan gaya elektrostatis dapat dikatakan sederajat dengan ikatan ionic, kovalen dan metallic coordination bonds. Dalam perekatan kayu, semua jenis ikatan sekunder (ikatan van der Waals, ikatan hidrogen dan gaya tarik elektrostatis) memegang peranan yang penting (Pizzi, 1994). Specific adhesion (adhesi spesifik) melibatkan interaksi antara permukaan yang datar dan rata dengan perekat. Interaksi yang terjadi bisa berupa ikatan kimia, adsorpsi (pengikatan air dengan substrat yang lain karena perbedaan gaya permukaan) atau hanya pembasahan (wetting). Saat ini specific adhesion theory berkembang menjadi adsorption theory (Packham, 2003). Adsorpsi adalah proses di mana suatu molekul perekat tertarik ke lokasi spesifik pada suatu permukaan solid. Ikatan van der Waals berhubungan dengan interaksi umum antara molekul. Semakin besar polaritas elektris dua molekul, semakin besar juga atraksi molekular antar molekul. Perekat dan substrat molekul barangkali memiliki karakter kimiawi spesifik yang akan meningkatkan adhesi (chemisorbtion) (Blomquist, 1983). Istilah adhesi spesifik timbul dengan menganggap berbagai gaya fisik dan kimia mempengaruhi kekuatan ikatan material. Tujuan penetrasi perekat adalah untuk memperluas permukaan bidang rekat sebagai tempat terjadinya adhesi spesifik. Bidang kontak permukaan molekular meliputi dinding dari semua pori/void (pores). Sebagian besar adhesi disebabkan oleh gaya fisik
intermolekul, yaitu ikatan hidrogen, interaksi dwipolar dan gaya dispersi (gaya London) (Blomquist, 1983). Tabel 1. Jenis ikatan dan energinya Jenis ikatan Ikatan primer (primary bonds) Ionic Covalent Metallic, coordination Iakatan donor-akseptor (donor-acceptor bonds) Bronsted acid-base interaction (i.e. up to a primary ionic bond) Lewis acid-base interaction Ikatan sekunder (secondary bonds) Hydrogen bonds (excluding flourine) Van der Waals bonds Permanent dipole-dipole interaction Dipole-induced dipole interaction Dispersion (london) forces Sumber: Pizzi (1994) Energi ikatan (kj/mol) 600 1100 60 700 110 350 1000 80 1 25 4 20 < 2 0,08 40 Menurut teori adhesi spesifik, faktor utama adhesi adalah gaya tarik molekul (ikatan van der Waals, ikatan hidrogen) antara kayu dan perekat. Pendapat ini didukung oleh pengamatan/observasi, dan juga didasarkan pada kemungkinan menggabungkan material tertentu tanpa menggunakan perekat (seperti lembaran kwarsa). Hal ini bisa lakukan pada material, jika permukaannya benar-benar bersih sampai tingkatan atom. Karena permukaan yang bersih seperti itu pada kenyataannya tidak bisa diproduksi, kekuatan molekular tidak bisa diaktifkan tanpa intervensi dari suatu perekat. Jika suatu lapisan minyak atau air yang tipis diaplikasikan pada bidang datar material untuk direkatkan, cairan ini bertindak sebagai perekat dan akan menghasilkan
ikatan yang kuat sampai mereka diuapkan (evaporasi) atau diserap (absorpsi) (Tsoumis, 1991). Gaya tarik-menarik fisik terdiri atas tiga gaya intermolekul yang memegang peranan penting dalam formasi ikatan antara perekat polymer dengan struktur molekul kayu, yaitu ikatan van der Waals, gaya London dan ikatan hidrogen. Ikatan van der Waals terdiri dari gaya dwikutub (polar), yaitu molekul kutub positif yang mempunyai gaya tarik yang kuat dengan molekul kutub negatif lain. Gaya London merupakan gaya tarik yang lebih lemah dari molekul nonpolar. Ikatan hidrogen adalah suatu gaya dwikutub khusus yang meliputi gaya tarik yang kuat antara atom hidrogen bermuatan positif dengan atom elektronegatif dari molekul lain. Ikatan hidrogen cukup penting dalam ikatan permukaan (interfacial) dari kutub perekat polymer untuk hemisellulosa dan sellulosa yang memiliki banyak gugus hidroksil (Vick, 1999). Gambar 1. Ikatan Van der Waals Gambar 2. Ikatan kimia Sumber: www.specialchem4adhesives.com/resources/adhesionguide/index.aspx?id=theory4
Ikatan kimia kovalen (covalent) terbentuk ketika atom non-logam saling berhubungan dan berbagi elektron untuk membentuk molekul. Contoh sederhana suatu ikatan kovalen adalah penggunaan bersama elektron dengan dua atom hidrogen untuk membentuk unsur hidrogen. Ikatan kovalen adalah ikatan kimia yang paling kuat, yaitu lebih dari sebelas kali kekuatan ikatan hidrogen (Vick, 1999). Mekanisme terjadinya adhesi oleh ikatan hidrogen meliputi ikatan hidrogen antara perekat dan kelompok substrat, seperti halnya ikatan hidrogen pada perekat dengan molekul air atau ikatan hidrogen kimiawi kelompok substrat. Kedua mekanisme tersebut berlaku pada perekatan kayu, bahkan setelah perekat mengeras dan sambungan telah dikondisikan lembab dengan kadar air ±10%. (Pizzi, 1994). Bagaimanapun, substansi yang berperan sebagai perekat harus menghasilkan ikatan yang tahan lama, serta tahan terhadap kondisi lingkungan yang digunakan. Ciri substansi seperti itu adalah harus memiliki nilai kohesi tinggi, mengingat gaya tarik molekul disebabkan oleh polaritas (gaya elektris) antara perekat dengan material yang direkatkan. Kayu bersifat polar (hidroksil bebas dari molekul sellulosa), oleh karena itu substansi yang sesuai sebagai perekat harus bersifat polar. Pembentukan ikatan kimia primer antara kayu dengan perekat dapat terjadi, terutama dengan menggunakan perekat formaldehida (Tsoumis, 1991). Selama dua kayu sirekat digabungkan secara bersama, cairan perekat harus membasahi (wetting) dan tersebar secara merata yang berhubungan dengan kedua permukaan. Molekul perekat harus merata di atas permukaan dan ke dalam permukaan masing-masing yang berhubungan dengan struktur molekul kayu, sehingga gaya tarik intermolekul antara perekat dan kayu menjadi efektif. Permukaan kayu kelihatan seperti halus dan rata/datar, tetapi secara mikroskopik, terdiri atas puncak, lembah dan celah, dilengkapi serabut terlepas dan serat lainnya yang tersebar (Vick, 1999). Marra (1992) menyatakan bahwa perekat akan mengalami lima tahapan dalam membentuk suatu ikatan, yaitu perekat mengalir lateral membentuk
lapisan film (flowing), sebagian perekat beralih dari permukaan terlabur ke permukaan pasangannya (transferring), perekat merembes ke dalam sirekat (penetrating), perekat membasahi kedua permukaan sirekat (wetting) dan perekat mengalami pematangan dan menjadi substansi yang keras (solidifying). Perekat harus memiliki sifat keterbasahan (wettability) yang tinggi dan viskositas yang akan menghasilkan aliran kapiler yang baik untuk menembus struktur kayu, saat pemindahan dan absorpsi udara, air dan zat di permukaan sirekat (Vick, 1999).
Referensi Adhesion Theory. www.specialchem4adhesives.com/resources/adhesionguide/ index.aspx?id=theory4. Blomquist, R.F. 1983. Fundamentals of Adhesion. In: Blomquist, R.F., Christiansen, A.W., Gillespie, R.H. and Myers, G.E. (Eds); Adhesive Bonding of Wood and Other Structural Materials. Forest Product Technology USDA Forest Service and The University of Wisconsin. Chap. 1. Gent, A.N. and R.M. Hamed. 1983. Fundamentals of Adhesion. In: Blomquist, R.F., Christiansen, A.W., Gillespie, R.H. and Myers, G.E. (Eds); Adhesive Bonding of Wood and Other Structural Materials. Forest Product Technology USDA Forest Service and The University of Wisconsin. Chap. 2. Marra, A.A. 1992. Technology of Wood Bonding: Principles in Practise. Van Nostrand Reinhold. New York. Packham, D.E. 2003. A Seventy Year Perspective and Its Current Status. School of Materials Science. University of Bath. UK. Pizzi, A. 1994. Advanced Wood Adhesives Technology. Marcel Dekker, Inc. New York. Tsoumis, G. 1991. Science and Tecnology of Wood; Structure, Properties, Utilization. Van Nostrand Reinhold. New York. Vick, C.B. 1999. Adhesive Bonding of Wood Material. In: Wood Handbook: Wood as an Engineering Material. Forest Product Technology. USDA Forest Service. Wisconsin.