RisalahPet1emuan IlmiahPeneliliandan Pengernbangan AplikasiIsolopdanRadiaSl;200 f
KOMBINASI PELAPISAN PERMUKAAN KAYU LAPIS MERANTI (Shorea spp)DENGAN METODE KONVENSIONAL DAN RADIASI ULTRA VIOLET Darsonodan SugiartoDanu PuslitbangTeknologiIsotopdan Radiasi,BATAN, Jakarta
ABSTRAK KOMBINASI PELAPISAN PERMUKAAN KA YU LAPIS MERANTI (Shorea spp) DENGAN METODE KONVENSIONAL DAN RADIASI ULTRA VIOLET. Telah dilakukan percobaan pelapisan pennukaankayu lapis dengan carnkombinasikonvensionaldan radiasiultra violet (UV) menggunakanbahan pelapis dengannamadagangOverlon. Pelapisandasardilakukan dengancara konvensional menggunakan emulsi akrilat denganpelarutair Overlon-670W, sedangkanlapisanatas dilakukandengancararadiasiultra violet meggunakanbahan pelapis epoksi akrilat dengannama dagang Over10n731L. Proses pe1apisan di1akukanmenggunakanpelapistipe ro1. Iradiasi UV di1akukanmenggunakansatu1ampudengandaya 80 Watt/empada kecepatankonveyor 2, 3, 4 dan 5 meter/menit.Parameteryang diuji meliputi kekerasan,ki1ap, adesi dan ketahananterhadapbahan kimia, pelarut dan noda. Pengujian lapisan atas seperti fraksi gel, teganganputus,perpanjang8l1 putusdan fleksibilitasnyajuga dievaluasi. Hasi1yang diperolehmenunjukkan bahwa lapisanpada pennukaankayu lapis mempunyaikekerasanpendulumantara21-38 detik, kilap 32-46 %, mempunyaiadesi yang baik antara lapisan dasardan lapisan allis, serta tahan terhadap bahan kimia, pe1arutdan noda kecualiterhadaplarutannatriumhidroksida10 %. Kata kunci : Kayu lapis, sistempelarutair, emulsiakrilat, epoksiakrilat,dan iradiasiUV
ABSTRACT COMBINATION OF CONVENTIONAL AND ULTRA VIOLET RADIATION FOR SURFACE COATING OF MERANTI (Shorea spp) PLYWOOD. Experiment on the combination of conventional and ultra violet (UV) radiation for surfacecoatingof plywood has beendone by using coating material with the trade name of overlon.Basecoatingwas conducted using water baseacrylate emulsion Overlon-670 W through conventionalmethod whereastop coating was conductedusing epoxy acrylate Overlon-731 L through UV curing method.Coatingprocesswas conductedusing roll coater.ill case ofUVcuring, the irradiation wascarriedoutusing a one lamp of 80 Watt/cmUV-sourceat conveyorspeedof2, 3,4 and 5 m/min. Parameters observedwere pendulumhardness,glossy,adhesionand chemical,solventand stain resistances.The separatemeasurements of top coat film itself e.g. gel fraction,tensile strength,elongationat break, and flexibility were also evaluated.Experimentalresultsshowedthat films on plywood surfacehave pendulumhardnessof 21-38 sec, glossyof 32--46%, good adhesionbetweenbase coat and top coat, and resistanceto chemical,solventand stain~xcept for 10 % sodiumhydroxidesolution. Key word: Plywood,waterbasesystem,emulsionacrylate,epoxyacrylate,UV Irradiation.
PENDAHULUAN Sebagianbesarwilayah Indonesiadikategorikan sebagaihutan-hutantropis dataranrendah. Sekitar120 jenis kayu keras sangat cocok digunakan secara komersial. Lebih dari 48 jenis diglU1akan oleh industri kayu lapis yang sudahdiketahui sifat-sifatnyamaupun penggunaannyaterutarna spesi dari Dipterocarpaceae [1]. Sebagianbesarkayulapis dari Indonesiadibuatdari kayu meranti (Shorea spp). Penggunaankayu lapis telah menembus beberapa bidang pengguna yang biasanya menggunakankayu keras alau papan kayu yang lain. Masa depan penggunaankayu lapis masih cerah meskipun diversifikasi oleh industri kayu lapis menghasilkan berbagai produk panel kayu serta substitusikayu lapis dengan MDF ("Medium Density Fibre board") dan OSB ("Oriented StrandBoard") [2] untuk penggunaantertentu. Meskipun acta saingan pengganti, kayu lapis selalu mendapattempat di pasaran.Dalam hal khusus kayu lapis tidak dapat digantikan sifat-sifatnya oleh
kayu ataupanelkayu yang lain. Hampir semuaproduk akhir dati kayu lapis memerlukanpelapisanpermukaan untuk meningkatkan sifat fisik misalnya kekerasan, ketahanankikis, kilap daD ketahananterhadapbahan kimia serta memperbaiki penampilannya(dekoratif). Formulasi bahan pelapis radiasi terdiri dari beberapa komponenyaitu oligomer akrilat dan monomerreaktif yang mempunyai reaktivitas tinggi terhadap radiasi, pelapisan permukaan menggunakan teknik radiasi dengan pembentukanradikal bebas melalui senyawa kimia akrilat [3, 4], dan pengembangan formulasibahan pelapisbaru dancarapenggunaanteknik pelapisanserta pengeringannya memegang peranan penting pada pelapisanpermukaan,sertaresin akrilat telall banyak digunakanpadaindustripelapisandan mempunyainilai ekonomis hila dibanding dengan produk lain. Selain alasantersebutdiatas,bahankimia tersebutmempunyai toksisitas rendah dan aman terlIadaplingkungan [5]. Jika dibandingkan,tingkat emisi ballan pelapis dengan pelarut air mengandungsolveD organik relatif kecil dibandingbahanpelapiskonvensional.Oleh karenaitu, 89
Risalah Pertemuan Ilmiah Penelilian dan Pengembangan Aplikasi IsOlOpdan Radias~2001
penggunaan air sebagai pelarot dalam sistem bahan pelapis mernpakan suatu pilihan. Banyak resin larot dalam campuran air dan solveD, sedang yang lain mernpakan resin dispersi resin dalam air dalam bentuk emulsi, contohnya alkil yang larot dalam air terdispersi dalarn emulsi akrilat. Dalam percobaan ini diharapkan dapat dipakai sebagai ballaD pelapis permukaan kayu lapis sehingga diperoleh kayu berlapis polimer yang mempunyai sifat ketahanan kikis, serta meningkatkan sifat kayu lapis tersebut, daD memperbaiki penampilan dan ketahanan terhadap bahan kimia, pelarut dan Dada. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifat film basil kombinasi sistem antara konvensional dengan pelarot air (pengeringan tidak menggunakan radiasi) dan radiasi ultra violet untuk pennukaan kayu lapis sebagai substrat. Lapisan dasar dengan resin menggunakan pelarot air (em!llsi akrilat) dan lapisan atas epoksi akrilat basil iradiasi ultra violet. Penelitian ini berdasarkan lupotesa sebagaiberikut. Resin dengan pelarot air dalam bentuk emuisi sebagai bahan pelapis dasar mempunyai viskositas rendah, sehingga lebih mudah melakukan penetrasi kedalam substrat yang berpori seperti kayu akibatnya dapat menghasilkan permukaan yang rata daD tipis. Senyawa epoksi akrilat pada umumnya mempunyai sifat fisik dan mekanik yang tinggi serta tahan terhadap bahan kilnia. Dengan kombinasi lapisan atas bernpa senyawa epoksi akrilat yang dikeringkan dengan menggunakan radiasi UV, akan menghasilkan suatu kombinasi lapisan yang mempunyai baik sifat fisik dan mekanik maupun kimia tinggi. Disainping itu, penggunaan bahan pelapis radiasi yang tidak mengandung pelarot yang mudah menguap menghasilkan suatu proses pelapisan yang lebih bersahabatdengan lingkungan.
BAHAN DAN METODE Bahan. Kayu lapis yang terbuat dari kayu meranti (.S'horea,spp) dengan ketebalan 3,6 mm digunakan sebagai substrat. Emulsi akrilat dengan pelarut air yang mempunyai namadagangOverlon-670 W digunakan sebagailapisan dasar,sedangkanresin epoksi akrilat digunakan sebagailapisan alas. Kedua bahan kimia tersebut diperoleh dari Three Royal Chemical Industry Co. Ltd., Taiwan. Prapolimer Overlon -731 L, dibuat untuk menghasilkanlapisan yang denganpengeringanmenggunakansinarUV atau berkaselektron(BE). Peralatan. Pelapisan dilakukan menggunakan alat peiapis tipe rol dan smnber radiasi sinar UV dengan daya 80 Watt/cm buatan 1ST Stralllenteclmik Gmbh, Jerman, yang dilengkapi dengan konveyor.
Metode. Kayulapis berukuran20 cm x 10 cm x 3,6 mm dihaluskanpennukaaImyamenggunakan keItas ampelas# 240, kemudian dilapisi denganlapisandasar emulsi akrilat. Pelapisandilakukan menggunakanalat pelapistipe rol denganvariasipelapisan3, 4 dan 5 kali kemudiandikeringkc1llselama25 menit. Setelahkering 90
lapisan dasar diampelas dengan kertas ampelas # 240. Selanjutnya dilapisi dengan resin epoksi akrilat dan diiradiasi menggwlakan sinar ultra violet pada kecepatan konveyor 2, 3, 4, dan 5 m/menit. Plat alwnunium digwlakan sebagai substrat untuk menentukan fraksi gel, kekuatan tarik dan ketahanan putus lapisan atas. Setelah iradiasi UV, lapisan yang terbentuk pada pennukaan plat alumunium diambil dengan menggunakan pisau "cutter" dan dipilih lapisan yang rata dan tidak ada gelembung untuk dilakukan pengujian suat fisiknya. Untuk pengukurnn kekerasan, kilap, adesi , ketahanan kikis, dan ketahanan terhadap bahan kimia, pelarut dan noda dilakukan pada lapisan dengan substrat kayu lapis. Fraksi gel ditentukan dengan cara ekstraksi menggunakan pelarut aseton selama 16 jam, sesuai standar ASTM D 3351 [6]. Fleksibilitas ditentukan dengan menggwlakan alat "bend test" sesuai standar BS 3900-El. tegangan putus daD perpanjangan putus diukur menggunakan alat Instron Universal testing 1122 sesuai standar ASTM D 638-82 [7]. Kekerasan pendulum diukur menggunakan alat Pendulum Hardness Rocker (metode Koenig) sesuaistandar ISO 1522-1973 (E) [8]. Ketahanan kikis lapisan diukur dengan metode kikisan pasir menggunakan modiflkasi alat sesuai standar ASTM D 968-86 [9], dan dihitung menurut rumus : D
-L
Ketahanankikis, % =
x 100%
D Dengannotasi D = diameter dalaIll pipa, cm L = panjangsumbupendekberbentuk elip, cm Pengujian ketahanan terhadap ballaD kimia, pelarut dan noda dilakukan dengan cara "spot test" sesuaistandarASTM D 1308-79[10].Beberapabahan kimia uji yang digunakanadalah5 % asarnasetat,1 % natrium karbona., 50 % alkohol, 10 % natrium hidroksida dan "thinner". Pengujian terhadap noda dilakukanmengg\makanspidol permanenwarna hitam, merahdan him. Adesi diuji mengg\makanpita perekat sesuaidenganstandarASTM D-2571-71 [11]. Kilap lapisandiukur denganalat GlossmeterbuatanToyoseiki padasudut600sesuaistandarASTM D 523-80 [ 12].
BASIL DAN PEMBAHASAN Uraian sifat teknis bahan pelapis dasar dan pelapis atas terdapat pactaTabel 1. Bahan pelapis dasar dengan pelarnt air mempunyai viskositas rendah yaitu 18,3 c P. Viskositas rendah dapat menghasilkan lapisan yang sangat tipis. Ketebalan lapisan dasar yang diperoleh dengan 3, 4 dan 5 kali pelapisan menggunakan rol masing-masing adalah 6,3, 11,4, dan 15,8 g/cm2 lapisan kering. Walaupun demikian pelapis dengan pelarnt air sangatlah ideal untuk mendapatkan lapisan permukaan yang tipis terutarna pacta substrat yang berpori. Sebagai contoh, pacta substrat yang
Risalah Peltemuan
berpori seperti kayu dan kertas, air dapat langsung terserap oleh substrat. Kurang dari 3 kali pelapisan dasar menghasilkanlapisan permukaanyang kurang rata, sehingga menimbulkan dampak penyerapan lapisan atas oleh permukaan kayu lapis karena densitasnyarendah. Dalam bal ini densitaskayu lapis berkisar antara 0,57 -0,60 gicm3. Pada llasil akhir pelapisanpermukaandapatdigolongkanuntuk substrat berpori atau pada permukaan yang rata. Tabel 2 menunjukkansifat lapisanepoksiakrilat sebagailapisan atas basil iradiasi UV dengan variasi kecepatan konveyor. Kenaikan kecepatankonveyordari 2 sampai 5 mlmenit menunmkan fraksi gel dari 85,5 menjadi 82,4 %. Pada kecepatankonveyor yang lebih rendah atau penyinaran iradiasi ultra violet lebih lama, pembentukan ikatan silang cenderung lebih tinggi. Kenaikan jurnlah ikatan silang yang terbentuk akan menghasilkanfraksi gel tinggi. Kenaikan jurnlah rantai ikatan silang antara rantai polimer, maka rantai ikatan silang tersebutsemakinpendek. Sehinggarantai tidak mudahbergerak.Hal ini akan mengakibatkan tegangan putus meningkat sedangkan perpanjangcwputusnya menurun [13]. Tegangan puliS daD perpanjangan putusnyamasing-rnasingadalah34,4 kgicm2dan 6,4 % pada kecepatan konveyor 2 mlmenit. Kenaikan kecepatan konveyor sampai 5 mlmenit menunmkan kekuatantarik menjadi25,2 kgicm2 dan meningkatkan perpanjanganputus saInpai 7,1 %. Lapisan epoksi akrilat basil iradiasi sinar UV dengan kecepatan konveyor daTi 2 sampai 5 mlmenit menghasilkan lapisan pennukaan yang fleksibel (Tabel 2). Semua contoh uji yang diukur dengan menggunakanalat "Bend Test", denganalat tersebutlapisan dapatdilipat sampaidiameter2 Imn tanpamengalamikeretakan.Hal ini menunjukkan bahwa lapisan tersebutmempunyai sifat fleksibilitas yangtinggi. Table
Sifat teknis bahanpelapisdasardanpelapisatas
Ilmiah Penelilian
dan Pengembangan
-'1olikasi IsOlop dan RadiaSl; ZOOI
hampir sarna dengan tegangan putus karena kedua metode pengukurantersebut sarna yaitu berdasarkan ketahananterhadapdeforrna~i.Kenaikandensitasikatan silang dapat meningkatkankekerasan lapisan yang terbentuk,karena kekerasanlapisan dipengaruhi oleh lapisandasar[14]. Menurut SENG bahwa pengukuran kekerasan tidak tepat untuk lapisan dengan tebal < dari 30 ~m. Hasil pengukurantebal lapisan < dari 30 ~m akandipengaruhiolehsubstrat.Dalam penelitian ini tebal lapisan alas 16,5 g/cm2 (:!:16~m), sedangtebal lapisan dasar6,3 g/cm2 (:!: 6 ~m). Kenaikan lapisan dasar dapat meningkatkan kekerasan pendulum, misalnya lapiasan dasar dengan tebal 6,3 g/cm2 kekerasannya 21 -29 detik, sedangteballapisan dasar 15,8 g/cm2 kekerasannya29 -38 detik. Adesi antara lapisan dasar dan lapisan atas diuji dengan metode "Crosscut" menggunakanpita perekat.Hasil pengujian menunjukkanbahwasemuacontohuji mempunyainilai persentinggal antara94 sampai 1000/0, ( > 50 %). Hal ini berarti bahwa adesi antara substrat (kayu lapis), lapisandasar (emulsi akrilat) dan lapisan atas (epoksi akrilat) baik sekali, karena persen tinggal > 50 %. Bahanpelapisdenganpelarutair berpengaruhterhadap timbulnya motif seratpada substratkayu. Oleh karena itu, kilap lapisanpermukaanyang tinggi pada produk akhir sulit diperoleh.Kilap yang tinggi mungkin dapat diperoleh dengan cara pelapisan berulang-ulangatau dengan meningkatkan tebal lapisan dasar. Pada penelitianini, pengarul1kecepatankonveyordaDjumlah pelapisan tidak narnpak pengaruhnyaterhadap kilap lapisan. Hasil pengukurancontoh uji pada sudut 600 menghasilkankilap antara32 -46 0/0,sehinggadapat digolongkanke dalarnlapisandengan kilap menengah. Ada korelasiantarakekerasandenganketa1tanankikis yaitu: secarawnum, semakintiIlggi kekerasanlapisan semakin tinggi ketahanan kikisnya. Seharusnya, meningkatnya kekerasaIl juga diikuti meningkatnya ketahanan kikis lapisan. Tetapi, tersebarnya data ketahanankikis pada Tabel 3 menunjukkan bahwa, kecepatankonveyor daDketebalanlapisantidak terlihat pengamlmyaterhadapketahanankikis lapisan. Nilai ketahankikis lapisantidak begituberbedayaitu antara 40 -47 %. Tabel3. Kekerasan Pendulum, adesi, kilap dan ketahanankikis lapisan alas pada pennukaan kayulapis
Tabel2. Sifat lapisanalas (epoksiakrilat) basil iradiasi sinar uv padaberbagaikecepatankonveyor
Lapisan Kec. dasar, Konveyor, jumlah rnlmenit pela.,isan l
2 3 4
5 4
2 3 4
5 2
Sifat lapisan pada kayu lapis yaitu kekerasan pendulum.adesi, kilap, dan ketahanankikis disajikan padaTabel3. Kecendenmgan nilai kekerasanpendulum
~
3 4
5
Kekerasan Pendulum, detik
29 21 23 21 36 30 32 28 38 33 39 29
Adesi, %
tinggal
Kilap, %
95
45
98
46 37 32 37 44 39 39 37 36 39 36
94 100 100 97
1.00 100 100 100 97
100
Ketahanan Kikis, % 42 40 42 42 40 46 45 45 42 47 44 47
91
Risa/ahPeltemuan //miah Penelitian dan Pengembangan Ap/ikasi /sotop dan Radiasi,2(x) 1
Tabel4. KetaIlanan lapisan epoksi akrilat terlladap bahankimia, pelarut dan noda Noda
Kec.
Lapisan Kanvedasar A
var 2
F
G
@
I
UCAPANTERIMA KASm Penulis mengucapkanterima kasih kepada sdr. Sungkonoyang telah membantu menyiapkan bahan penelitiand.w sdr. Sarimin, Rojalih dan Yoga Pramana yang telah memberikanlayananiradiasiUV.
3
3 4
4 5 2 3 4
PUSTAKA 1. ANONYMOUS, Direct. of the Plywood Indonesia, Indonesia,(1983)63.
5 5
2 3 4 5
Keterangan A = 5 % asamasetat, B = 10 % NaOH. C = 10 % asamsulfat D = 50 % alkohol E = 1 % natriwn karbonat F = "tinner" G = Spidolmernh H = Spidol biru I = Spidol hitam -=tahan + = tidak tahan Tabel 4 menWljukkanbahwa semakin tinggi jmnlall ikatan silang suatu sistem polimer, semakin tahan terhadapbahan kimia atau pelarut. Dari hasil pengujian contoh uji menWljukkanbahwa tidak ada bekas, perubahan Wama, pelapukan atau kerusakan yang terjadi, kecuali terhadapNaOH 10 %. Natrium hidroksida 10 % menyebabkanbekas pada seluruh contohuji.
KESIMPULAN Penggunaan emulsi akrilat dengan pelarnt air sebagai bahan lapisan dasar (Overlon-670 W) yang kering oleh udara dan resin epoksi akrilat Overlon- 710 L sebagai lapisan atas dengan pengeringan menggunakan sinar ultra violet pacta permukaan kayu lapis, menghasilkan kilap menengah, ketaI1anankikis daD kekerasannya rendah, tahan terlmdap bahan kimia, pelarut dan Dada serta mempunyai adesi yang baik antara kayu lapis, lapisan dasar dan lapisan atas. Nilai kekerasan berkisar antara 21-38 detik, kilap 32 -460/0, ketahanan kikis 40 -47 % dan adesi dengan persen tinggai antara 94 -100%. Kombinasi sistem pengeringan menggunakan konvensional daD radisai UV pacta permUkaan kayu lapis memberikan harapan, berdasarkan sifat produk pelapis yang dihasilkan baik dari segi toksisitas maupun segi lingkungan.
92
2. ANONYMOUS,Furniture Design& Manufacturing -Solid Wood & Paneltechnology,FDM ASIA, Singapore,Nov. -Des. (1999)50. 3. SENICH, G.A., FLORIN, RE., Rev-Macromol Chenucal.Phys.C. 24.-2, (1984)277. 4. GOLDEN R., RadTech', Europe '89, Florence (1989)11. 5. BONKOWSKY H.H. BECK E., MADISON JR. RadiationCuring,Nov. (1985)9. 6. ANONYMOUS,Annual Book of ASTM Standards part 27, ASTM Philadelphia,(1982)3351. 7. ANONYMOUS, Annual Book of ASTM Standards part 27, ASTM Philadelphia, (1982)638. 8. ANONYMOUS, Annual Book of ISO Standards (1973)1522. 9. ANONYMOUS, Annual Book of ASTM Standards part 27, ASTM Philadelphia,(1982) 146. 10. ANONYMOUS,Annual Book of ASTM Standards part 27, ASTM Philadelphia,(1982)174. 11. ANONYMOUS,Annual Book of ASTM Standards part 27, ASTM Philadelplua,(1982)189. 12. ANONYMOUS, Annual Book of ASTM Standards part 27, ASTM Philadelphia,(1982)970. 13. WALDRON,RW, MC RAE,HF, MADISON,JD, Radiation Curing Nov. 1985,9.
14. SENG,H.P., BetaGammaVol. 4, (1989)4.
Risa/ah Pelteiiluan//miahPeneliliandan Pengembangan Ap/ikasi/SolopdanRadiaSl;200 1
DISKUSI HERWINARNI
DARSONO
1. Mengapapenelitian ini dilakukandengankombinasi pelapisanpermukaankayu lapis; Wltuklapisandasar dilakukan dengan cara konvensional, sedangkan lapisanatasdengancara radiasiultra violet 2. Apakah sudahpemah dibandingkandenganproses pelapisan permukaan baik alas maupWl bawah denganradiasiUV. Mohon penjelasan?
1. Untuk mencari metode barn yang lebih ekonomis dan carnpelapisandasardengancarn konvensional kebanyakandilakukandenganmenggunakansolveD yang mudah menguap misalnya alkohol, toluen,t11inersehingga menyebabkanpencemaran udara. Selain carn tersebutpelapisandengan cara konvensionalada yang menggunakanpelarut air. Dengan pelarut air tersebut dapat mengurangi pent:emarnnudarn, sedang lapisan atas dengan radiasi sinal ultra violet, untuk mendapatkansifat lapisanyang mempunyaiketahananterhadapbahan kimia & sertamemiliki sifat fisik & mekanik yang lebih baik 2. Belum pemah dibandingkan' dengan proeses pelapisan permukaan baik atas maupun dasar denganradiasiUV
93
