Cari artikel

Selasa, 12 Agustus 2014

Formaldehyde adhesives

Perekat formaldehyde copolymer banyak digunakan untuk produksi laminasi, finger joint dan produk komposit, meskipun isosianat telah mengambil alih sebagian besar dari proses tersebut karena memiliki sensitivitas yang lebih rendah terhadap kelembaban kayu dan suhu proses. Lem ini memberikan daya perekatan kayu yang baik dan ikatan keras yang tidak creeping karena formalin tidak hanya membentuk rantai polimer, tetapi juga menghasilkan ikatan crosslinking. Namun, sifat bervariasi tergantung pada coreactant yang digunakan dengan formaldehyde. Perekat urea-formaldehyde adalah jenis yang paling mahal dari semua jenis perekat kayu, tetapi mereka memiliki daya tahan yang buruk dalam kondisi basah. Lem phenol-formaldehyde menawarkan keseimbangan yang baik antara biaya dan ketahanan terhadap air. Melamine yang lebih mahal bisa digunakan karena mereka memberikan ketahanan terhadap air yang baik, dan memiliki warna yang lebih muda dibandingkan dengan resin phenol. Resin resorcinol-formaldehyde adalah resin yang sangat berguna karena dapat curing pada suhu kamar, tetapi sangat mahal. Coreactant atau kombinasi coreactants yang digunakan untuk formaldehyde dapat dipilih menyesuaikan dengan harga, kondisi produksi, dan kinerja yang diharapkan dari produk. Lem formaldehyde adalah jenis perekat kayu yang menghasilkan ikatan dengan terjadinya reaksi antara formaldehyd dengan phenol, urea resorcinol, melamine, atau campurannya.

Reaksi yang terjadi melibatkan tiga langkah yaitu:
  • Reaksi formaldehyde dengan pusat nucleophilic dari comonomer untuk membentuk turunan hidroxy-methyl
  • Kondensasi dari dua kelompok hidroxymethyl untuk membentuk kelompok ether bismethylene, dengan hilangnya satu molekul air
  • Penghilangan formaldehyde dari ether bismethylene untuk membentuk sebuah ikatan methylene.
Namun, bisa juga turunan dari hydroxymethyl langsung bereaksi dengan  nukleofil untuk membentuk produk methylene-bridged, sehingga reaksi juga cukup terjadi dalam proses dua langkah.
Kecepatan reaksi individu sangat tergantung pada nucleophil yang membentuk copolimer dengan electrophilic formaldehyde. Semua reaksi ini sangat tergantung pada pH (lihat Gambar 9.17), tetapi efek dari pH akan bervariasi tergantung pada nucleophil tersebut. Sebagai contoh, pada kondisi asam, penambahan formaldehyde untuk phenol merupakan langkah yang memperlambat dari kondensasi untuk membentuk produk methylene-bridge, sedangkan kecepatan relatif dari dua reaksi tersebut berkebalikan pada kondisi basa. Dengan demikian, kontrol terhadap pH merupakan hal yang sangat penting untuk mengendalikan proses polimerisasi; pH dan hambatan dari kayu dapat mengubah kecepatan curing di wilayah interfase. Selain pH, reaksi-reaksi ini juga dapat dikendalikan dengan mengatur suhu dan menambahkan katalis atau retarder.

GAMBAR 9.17. Reaksi dengan phenol formaldehyde, urea resorcinol, dan melamine. Semua senyawa akan membentuk copolymer dengan formaldehyde, umumnya dengan cara bergantian.

Lem formaldehyde biasanya merupakan waterborne sehingga proses curing tidak hanya berkaitan dengan reaksi polimerisasi saja, tetapi juga dengan menguapnya air. Terlalu banyak air yang tersisa dalam bondline akan menghambat reaksi. Di sisi lain, terlalu sedikit air pada saat sebelum polimerisasi tidak hanya akan mempengaruhi pembasahan, tetapi juga dapat mengurangi mobilitas resin dan collision yang dibutuhkan untuk polimerisasi, selain juga membatasi transfer panas. Pengendalian terhadap  waktu baik untuk perakitan terbuka dan tertutup adalah hal yang sangat  penting untuk mengendalikan penetrasi dan kadar air pada bondline.
Sebagian besar ikatan kayu membutuhkan perekat yang tidak creeping (mengalir) dengan berjalannya waktu untuk menghasilkan perekatan yang crosslinked dan termoset. High glass transition temperature polymer bisa menghasilkan creeping yang rendah, tetapi terlalu mahal dan sulit digunakan untuk perekatan kayu. Copolimer formaldehyde dapat menghasilkan polimer yang termoset dengan membentuk ikatan crosslinking pada tahap akhir dari proses curing. Reaksi ini terjadi oleh adanya formaldehyde bridging dengan situs reaktif pada rantai yang berbeda. Comonomer digunakan dengan formaldehyde yang memiliki tiga atau lebih situs reaktif, menyebabkan terbentuknya  banyak peluang untuk terjadinya crosslink. Tersedianya banyak situs reaktif menjadi penting karena mobilitas yang terbatas backbone polimer, yang memungkinkan pendekatan hanya diantara beberapa lokasi. Tidak mungkin diharapkan bahwa setiap situs yang dikonversi menjadi kelompok hydroxymethyl dapat menemukan kelompok lain yang berdekatan untuk bereaksi. Waktu curing yang lebih lama pada suhu yang lebih tinggi akan cenderung mendorong produk ke tingkat curing yang lebih baik. Dengan demikian, kinerja akhir dari perekat akan tergantung juga pada kondisi pengolahan.
Umumnya, dibutuhkan rasio molar dari formaldehyde yang lebih besar dari co-reactant untuk mengakomodasi kebutuhan untuk ekstra dari formaldehyde untuk membentuk ikatan rantai crosslinking, untuk mengimbangi pembentukan eter bismethylene, dan untuk memungkinkan keberadaan grup unpolymerized hydroxymethyl pada campuran. ekstra formaldehyde juga digunakan untuk menghasilkan pengerasan perekat yang cepat dengan tingkat curing yang tinggi. Namun, hal ini menyebabkan masalah pada emisi formaldehyde yang signifikan dari produk, khususnya untuk produk yang dibuat dari urea. Formulasi harus disesuaikan untuk mengurangi kadar formalin, tetapi masih memberikan curing yang baik dan tingkat akhir dengan terbentuknya setting yang cepat.