MEKANISME PROSES PEMBENTUKAN IKATAN KEMBALI
(REPOLIMERISASI) PADA
BINDERLESS COMPOSITE
Oleh: Mahdi Santoso
13/353587/SKT/00128
Teknologi pembuatan binderless composite merupakan suatu inovasi dalam teknologi perekatan dan berpotensi besar untuk berkembang terutama pada negara-negara yang mempunyai industri kimia (penghasil bahan perekat sintetis) kecil.
Binderless composite merupakan salah satu produk komposit dengan penggunaan
perekat yang sangat rendah (kurang dari 10%) dan bahkan tidak menggunakan perekat sama sekali. Teknologi pembuatan papan tiruan tanpa perekat sebenarnya sudah dieksplorasi sejak pertengahan tahun 1980-an, dimana shen telah mengembangkan proses steam exploison dari bahan lignoselulosa menjadi papan partikel tanpa menggunakan bahan perekat sintetis dan karyanya telah dipatenkan dengan nomor paten U.S Patent 4627951. Menurut Shen (1986), proses self bonding ini dapat terjadi karena aktivasi dari komponen kimia penyusun produk komposit tersebut selama proses pengempaan panas dan atau injeksi uap panas. Ikatan kimia (crosslinked) yang terbentuk selama proses pengempaan berlangsung adalah ikatan yang dibentuk dari proses degradasi hemiselulosa dan selulosa yang membentuk gula sederhana dan dekomposisi senyawa penyusun lainnya. Gula, karbohidrat dan sakarida tidak hanya berfungsi sebagai agen pengikat saja, tetapi juga sangat berperan terhadap kekuatan dan stabilitas papan yang dihasilkan.
Peristiwa self bonding juga disebabkan oleh adanya ikatan antara polimer karbohidrat dan lignin, serta peningkatan kristalinitas dalam selulosa (Suzuki et al, 1986 dalam Widyorini, 2005). Proses pembentukan ikatan selama proses pengempaan ini sampai sejauh ini masih belum jelas, apakah ikatan hidrogen atau ikatan kovalen yng berperan besar dalam pembentukan self bonding. Self bonding itu sendiri merupakan ikatan yang dihasilkan dari pengaktifan kembali komponen kimia dengan melibatkan energi panas selama proses berlangsung, bisa berupa kempa panas (hot press) dan bisa juga berupa uap panas (steam exploison). Sumber keberhasilan di dalam perekatan
binderless adalah kemampuan kembali dari bahan yang dibentuk untuk membentuk
kembali polimerisasi dari komponen-komponen yang terdegradasi selama proses pengempaan panas (Widyorini, 2005). Oleh karena itu maka sifat fisik dan mekanik
binderless composite yang dibentuk sangat dipengaruhi oleh kemampuan repolimerisasi
kembali komponen penyusun bahan. Kemampuan dari repolimerisasi komponen lignoselulosa dipengaruhi oleh banyak hal yang secara umum dapat diringkas menjadi dua faktor yaitu faktor yang berasal dari bahan itu sendiri menyangkut komposisi kimia bahan, sifat fisik bahan dan proses penyiapan bahan serta faktor yang berasal dari proses pembentukan komposit yang menyangkut sistem/ metode yang dipergunakan dan variasi tekanan, suhu dan waktu selama proses pembentukan berlangsung.
Rowell et al. (2002) cit. Widyorini (2005) menyebutkan bahwa mekanisme proses repolimerisasi selama proses pembentukan binderless composite dapat diringkas sebagai berikut: (1) degradasi dari sebagian selulosa dan hemiselulosa yang menghasilkan gula sederhana dan dekomposisi lainnya (Shen 1991; Rowell et al. 2002; Widyorini et al.2005); (2) degradasi thermal matriks dinding sel (lignin) yang bersifat thermoplastis (Inoue et al. 1993); (3) ikatan silang antara polimer karbohidrat dan lignin (Suzuki et al. 1998); dan (4) peningkatan struktur kristalisasi selulosa (Tanahashi et al. 1989, 2000). Pada dasarnya degradasi dari hemiselulosa selama proses pengempaan berlangsung merupakan agen yang berperan penting dalam proses pembentukan self
bonding dari binderless board (Shen, 1996). Oleh karena itu pembuatan binderless
cenderung akan menghasilkan komposit dengan sifat-sifat yang relatif baik. Akan tetapi kandungan hemiselulosa yang tinggi (terutama xilans) berpengaruh terhadap nilai stabilitas dimensi komposit yang dihasilkan, dimana telah diketahui bahwa hemiselulosa mempunyai sifat hidrophylic yang menyebabkan Thickness Sweeling (TS) komposit menjadi lebih tinggi (Quintana, 2009). Bahan lain yang dihasilkan dari dekomposisi hemiselulosa pada suhu tinggi adalah furfural (terdekomposisi dari pentosan) yang diketahui juga bersifat resin. Okuda (2002) meneliti tentang pengaruh dari furfural ini dan menemukan bahwa penambahan furfural sampai 5% akan meningkatkan internal
bonding (IB) dari 0,25 MPa menjadi 0,50 Mpa.
Pengaruh lignin terhadap repolimerisasi pada binderless composite juga diteliti oleh Velasquez et al. (2002) dan menyimpulkan bahwa penambahan kraft lignin harus memperhatikan faktor-faktor lain yang berpengaruh terhadap proses repolimerisasi (yaitu faktor suhu saat hotpress dilaksanakan). Pada bahan yang telah mengalami pretreatment
dengan steam explosion, maka penambahan kraft lignin tidak menghasilkan komposit yang lebih baik jika dibanding dengan yang tanpa penambahan lignin. Sedangkan pada bahan yang tanpa mengalami pretreatment penambahan kraft lignin menghasilkan komposit yang lebih baik dan dianjurkan untuk menggunakan bahan dengan berat molekul yang rendah dan persentase lignin sekitar 20%. Okuda (2004) juga membuktikan bahwa penambahan lignin membentuk binderless composite dengan sifat IB, TS dan WA
(Water Absorpsion) yang lebih baik (peningkatan sifat mencapai tiga kalinya pada
parameter IB)
Widyorini (2005) menunjukkan bahwa degradasi selulosa dan perubahan struktur dalam lignin yang terjadi selama proses pengempaan dengan injeksi uap lebih besar dibandingkan dengan metode kempa panas. Rasio syringyl–guaiacyl (S/G) mengalami penurunan dengan peningkatan besar tekanan dan memperlama proses ketika memakai metode steam exploison, sedangkan dengan menggunakan hot press relatif tidak ada perubahan rasio S/G. Dapat disimpulkan bahwa perlakuan dengan panas dan uap mempunyai pengaruh terhadap komposisi lignin sedangkan perlakuan dengan panas saja tidak berpengaruh terhadap lignin. Shao et al. (2008) juga menemukan adanya perubahan susunan komponen kimia dinding sel selama proses steam exploison dimana ditemukan adanya penurunan kandungan xilans mencapai 30% selama proses steam
explosion dan kandungan lignin dengan gugus hidroksil penolik meningkat mencapat 2,3
kalinya (gugus reaksi yang aktif meningkat) yang sangat berguna untuk menghasilkan
binderless composite dengan sifat yang baik.
Proses panas dan atau uap selama kegiatan repolimerisasi binderless composite
juga berpengaruh terhadap rasio selulosa kristalin yang ada didalam komposit yang dibentuk. Berbagai perlakuan pretreatment terhadap partikel/ serat dan proses pembentukan komposit sebagian besar meningkatkan persentase selulosa kristalin yang ditemui pada komposit. Jonoobi et al (2011) membuktikan hal tersebut dengan menemukan bahwa perlakuan chemo-mechanical terhadap serat kayu meningkatkan persentase selulosa kristalin yang ada didalam serat tersebut. Yang harus dipahami adalah bahwa peningkatan tersebut bersifat relatif, artinya peningkatan persentase tersebut lebih disebabkan oleh berkurang secara drastisnya persentase selulosa amorf yang terurai/ terlarut selama proses pretreatment dan atau selama proses hot pressing
