Teori Adhesi Mekanikal Perekat
KARYA TULIS
TEORI ADHESI MEKANIKAL PEREKAT
Disusun Oleh:
Tito Sucipto, S.Hut., M.Si.
NIP. 19790221 200312 1 001
DEPARTEMEN KEHUTANAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2009
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan
keajaiban-Nya sehingga dapat menyelesaikan karya tulis mengenai “Teori
Adhesi Mekanikal Perekat“.
Karya tulis ini berisi tentang gambaran umum mengenai teori adhesi
mekanikal 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.
Medan, Desember 2009
Penulis
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ................................................................................................. i
DAFTAR ISI................................................................................................................ ii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... iii
Adhesi Mekanikal ........................................................................................................ 1
Referensi ...................................................................................................................... 5
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Visualisasi adhesi mekanikal antara perekat dengan sirekat.................................... 1
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
TEORI ADHESI MEKANIKAL PEREKAT
Adhesi Mekanikal
Menurut
Pizzi
(1994),
sesuai
dengan
namanya
mechanical
entanglement/interlocking theory, pendekatan ini mengemukakan bahwa aksi
bersikunci perekat yang mengeras, secara mekanik dan fisik ke dalam
ketidakteraturan makro dan mikro permukaan subtrat, merupakan faktor utama
dalam perekatan.
Mekanisme dari aksi bersikunci perekat terjadi ketika permukaan substrat
(tempat dimana perekat dilaburkan) porus (sarang), perekat dapat mengalir ke
dalamnya dan mulai mengeras, sehingga berfungsi sebagai jangkar (anchor)
perekatan (Gent dan Hamed, 1983).
Namun kemampuan perekat untuk
memasuki sirekat dan kekuatan perekatan, akan berkurang pada saat porositas
sirekat tidak cukup dalam (Packham, 2003).
Gambar visualisasi ikatan
mekanikal antara perekat dengan sirekat adalah sebagai berikut.
Sumber: www.specialchem4adhesives.com/resources/adhesionguide/
Gambar 1. Visualisasi adhesi mekanikal antara perekat dengan sirekat
Polimer perekat dan serat kayu yang porus, bersikunci baik secara
mikroskopis maupun molekular, membentuk mechanical interlock, ketika
perekat dilaburkan, masuk ke dalam kayu (penetrates) dan membasahi
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
permukaan kayu (Gollob dan Wellons, 1990).
Namun kontribusi aksi
bersikunci perekat pada kekuatan perekatan, tidak mudah dideteksi dan diukur.
Perekat harus dapat masuk ke dalam kayu, tanpa merusak serat kayu. Agar
terjadi ikatan perekatan yang kuat untuk keperluan struktural, penetrasi perekat
harus mampu masuk ke lapis kedua sampai lapis keenam serat kayu dan
menembus dinding selnya.
Teori adhesi mekanikal menyatakan bahwa perekatan yang baik, hanya
terjadi ketika perekat masuk ke dalam lumen, lubang atau celah dan
ketidakteraturan lainnya dari permukaan substrat sirekat, dan terkunci secara
mekanik pada substrat. Perekat tidak hanya harus membasahi substrat, tapi
juga mempunyai rheologi yang tepat agar dapat masuk ke dalam rongga pada
waktu yang cukup singkat (www. specialchem4adhesives.com).
Permukaan
adherend
perlu
memiliki
kekasaran
tertentu
untuk
meningkatkan kekuatan dan ketahanan perekatan melalui mechanical interlock.
Selain pre-treatment pada permukaan, hal lain yang dapat dilakukan untuk
meningkatkan perekatan melalui mechanical interlock, adalah memperluas
bidang rekat, meningkatkan wetting kinetics, dan meningkatkan plastisitas
perekat (kesesuaian rheologi perekat) (www. specialchem4adhesives.com).
Menurut Packham (http://people.bath.ac.uk/mssdep/dep70yrs.htm), pada
saat perekat tidak dapat membasahi permukaan sirekat secara sempurna (terjadi
karena termodinamika energi permukaan yang tidak serasi antara perekat dan
substrat atau terjadi karena tidak cukup waktu bagi perekat untuk memadat),
maka akan terjadi perekatan yang lemah, karena berkurangnya daerah kontak
atau karena tekanan (stress) terkonsentrasi dengan adanya rongga. Pada saat
perekat dapat membasahi permukaan sirekat dengan sempurna, adsorption
perekat akan terjadi baik pada permukaan kasar maupun permukaan halus.
Namun dapat terjadi perekatan yang lemah karena rendahnya energi
permukaan. Hal tersebut dapat diatasi dengan perlakuan pada permukaan.
Menurut
Packham
(http://people.bath.ac.uk/mssdep/dep70yrs.htm),
kekasar-an permukaan dapat meningkatkan perekatan karena bidang kontak
dengan perekat semakin luas.
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
Perubahan keadaan permukaan akan
mendistribusikan tekanan (stress) ketika ikatan permukaan terbentuk, sehingga
energi yang menyebabkan terjadinya fracture pada permukaan adherend dapat
dihilangkan, yang akhirnya akan meningkatkan perekatan. Cara lain untuk
meningkatkan perekatan pada permukaan mikroporous adalah dengan
menciptakan stress discontinuities pada interface.
Teori adhesi mekanikal (mechanical theory of adhesion) berhubungan
dengan perekatan pada permukaan yang kasar dan berrongga.
Perekatan
tersebut efektif karena energi permukaan yang dimiliki akan meningkatkan
ikatan perekatan.
Pada saat ditekan, permukaan yang kasar akan
mendistribusikan kembali stress, seiring dengan hilangnya energi permukaan,
maka akan terjadi kegagalan perekatan.
Konsep ”tentakel” perekat masuk ke dalam rongga sirekat terjadi pada
tingkat molekul, diadaptasi dari konsep teori difusi pada tingkat yang lebih
tinggi (Wool, 2002).
Jika tentakel sirekat juga memasuki perekat, maka
disebut dengan interdifusi, yang melibatkan terjadinya pertautan antara rantai
perekat dengan rantai sirekat. Hal ini dimungkinkan jika sirekat membentuk
tentakel dan terdapat kesesuaian yang erat antara perekat dengan sirekat,
sehingga terjadi jaringan perekatan yang kuat, yang terbentuk dari kombinasi
antara ikatan kimia dan ikatan mekanik.
Menurut Packham (2003), saat aksi bersikunci bekerja, tentakel atau
bagian dari perekat, harus cukup kuat untuk menahan beban. Sebenarnya aksi
bersikunci perekat tidak melibatkan interaksi kimia antara perekat dengan
substrat. Namun pada kenyataannya, terdapat gaya gesek (friction forces) yang
mencegah pemisahan antara perekat dan substrat, menunjukkan adanya
interaksi antar permukaan. Aksi bersikunci lebih berpengaruh terhadap shear
forces dibandingkan normal forces dan tergantung pada kekasaran permukaan
(roughness).
Walaupun aksi bersikunci, mungkin tidak dapat menjelaskan mekanisme
terjadinya perekatan pada kebanyakan peristiwa perekatan, kekasaran dan
kemampuan penyerapan oleh substrat, serta pengaruh aksi bersikunci terhadap
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
distribusi tekanan pada daerah batas antara perekat dan sirekat, merupakan
faktor yang penting (Zalucha and Wax, 1990).
Perekatan berkenaan dengan interaksi antara permukaan adhesive dengan
permukaan substrate.
Beberapa teori perekatan menekankan pada aspek
mekanik, sedangkan yang lainnya menekankan pada aspek kimia. Namun pada
kenyataannya, struktur kimia dan interaksinya mempengaruhi sifat mekanik,
dan sifat mekanik mempengaruhi kekuatan ikatan kimia. Dengan demikian
aspek mekanik dan aspek kimia tidak bisa dipisahkan, dalam menjelaskan
mengenai teori perekatan (Frihart, 2005).
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
Referensi
Adhesion Theory. www.specialchem4adhesives.com/resources/adhesionguide/
index.aspx?id=theory4.
Frihart, C.R. 2005. Wood Adhesion and Adhesives. In : Rowell, R.M. (Ed.);
Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites. CRC Press,
Washington, USA. Chap. 9.
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.
Gollob, L. and J.D. Wellons. 1990. Wood Adhesion. In : Skeist, I. (Ed.) ;
Handbook of Adhesives, 3rd edition. Van Nostrand Reinhold. New
York.
Packham, D.E. 2003. The Mechanical Theory of Adhesion. In : Pizzi, A. and
Mittal, K.L. (Eds.) ; Handbook of Adhesive Technology (2nd ed.).
Marcel Dekker, New York. Chap. 21.
Packham, D.E. 2003. A Seventy Year Perspective and Its Current Status.
School of Materials Science. University of Bath. United of Kingdom.
http://people.bath.ac.uk/mssdep/dep70yrs.htm
Pizzi, A. 1994. Advanced Wood Adhesives Technology. Marcel Dekker, Inc.
New York.
Wool, R.P. 2002. Diffusion and Autoadhesion. In : Chaudury, M. and A.V.
Pocius (Eds.); Adhesive Science and Engineering-2: Surfaces, Chemistry
and Applications. Elsevier, Amsterdam. Chap 8. pp. 351-401.
Zalucha, D.J. and S.C.J. Wax.
1990. Adhesive and Adhesion. In : Dostal,
C.A. et al. (Eds.); Adhesives and Sealants, Enginereed Materials
Handbook Vol. 3. ASM International, USA.
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
TEORI ADHESI MEKANIKAL PEREKAT
Disusun Oleh:
Tito Sucipto, S.Hut., M.Si.
NIP. 19790221 200312 1 001
DEPARTEMEN KEHUTANAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2009
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis haturkan kepada Allah SWT atas segala nikmat dan
keajaiban-Nya sehingga dapat menyelesaikan karya tulis mengenai “Teori
Adhesi Mekanikal Perekat“.
Karya tulis ini berisi tentang gambaran umum mengenai teori adhesi
mekanikal 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.
Medan, Desember 2009
Penulis
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ................................................................................................. i
DAFTAR ISI................................................................................................................ ii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... iii
Adhesi Mekanikal ........................................................................................................ 1
Referensi ...................................................................................................................... 5
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
DAFTAR GAMBAR
Halaman
1. Visualisasi adhesi mekanikal antara perekat dengan sirekat.................................... 1
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
TEORI ADHESI MEKANIKAL PEREKAT
Adhesi Mekanikal
Menurut
Pizzi
(1994),
sesuai
dengan
namanya
mechanical
entanglement/interlocking theory, pendekatan ini mengemukakan bahwa aksi
bersikunci perekat yang mengeras, secara mekanik dan fisik ke dalam
ketidakteraturan makro dan mikro permukaan subtrat, merupakan faktor utama
dalam perekatan.
Mekanisme dari aksi bersikunci perekat terjadi ketika permukaan substrat
(tempat dimana perekat dilaburkan) porus (sarang), perekat dapat mengalir ke
dalamnya dan mulai mengeras, sehingga berfungsi sebagai jangkar (anchor)
perekatan (Gent dan Hamed, 1983).
Namun kemampuan perekat untuk
memasuki sirekat dan kekuatan perekatan, akan berkurang pada saat porositas
sirekat tidak cukup dalam (Packham, 2003).
Gambar visualisasi ikatan
mekanikal antara perekat dengan sirekat adalah sebagai berikut.
Sumber: www.specialchem4adhesives.com/resources/adhesionguide/
Gambar 1. Visualisasi adhesi mekanikal antara perekat dengan sirekat
Polimer perekat dan serat kayu yang porus, bersikunci baik secara
mikroskopis maupun molekular, membentuk mechanical interlock, ketika
perekat dilaburkan, masuk ke dalam kayu (penetrates) dan membasahi
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
permukaan kayu (Gollob dan Wellons, 1990).
Namun kontribusi aksi
bersikunci perekat pada kekuatan perekatan, tidak mudah dideteksi dan diukur.
Perekat harus dapat masuk ke dalam kayu, tanpa merusak serat kayu. Agar
terjadi ikatan perekatan yang kuat untuk keperluan struktural, penetrasi perekat
harus mampu masuk ke lapis kedua sampai lapis keenam serat kayu dan
menembus dinding selnya.
Teori adhesi mekanikal menyatakan bahwa perekatan yang baik, hanya
terjadi ketika perekat masuk ke dalam lumen, lubang atau celah dan
ketidakteraturan lainnya dari permukaan substrat sirekat, dan terkunci secara
mekanik pada substrat. Perekat tidak hanya harus membasahi substrat, tapi
juga mempunyai rheologi yang tepat agar dapat masuk ke dalam rongga pada
waktu yang cukup singkat (www. specialchem4adhesives.com).
Permukaan
adherend
perlu
memiliki
kekasaran
tertentu
untuk
meningkatkan kekuatan dan ketahanan perekatan melalui mechanical interlock.
Selain pre-treatment pada permukaan, hal lain yang dapat dilakukan untuk
meningkatkan perekatan melalui mechanical interlock, adalah memperluas
bidang rekat, meningkatkan wetting kinetics, dan meningkatkan plastisitas
perekat (kesesuaian rheologi perekat) (www. specialchem4adhesives.com).
Menurut Packham (http://people.bath.ac.uk/mssdep/dep70yrs.htm), pada
saat perekat tidak dapat membasahi permukaan sirekat secara sempurna (terjadi
karena termodinamika energi permukaan yang tidak serasi antara perekat dan
substrat atau terjadi karena tidak cukup waktu bagi perekat untuk memadat),
maka akan terjadi perekatan yang lemah, karena berkurangnya daerah kontak
atau karena tekanan (stress) terkonsentrasi dengan adanya rongga. Pada saat
perekat dapat membasahi permukaan sirekat dengan sempurna, adsorption
perekat akan terjadi baik pada permukaan kasar maupun permukaan halus.
Namun dapat terjadi perekatan yang lemah karena rendahnya energi
permukaan. Hal tersebut dapat diatasi dengan perlakuan pada permukaan.
Menurut
Packham
(http://people.bath.ac.uk/mssdep/dep70yrs.htm),
kekasar-an permukaan dapat meningkatkan perekatan karena bidang kontak
dengan perekat semakin luas.
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
Perubahan keadaan permukaan akan
mendistribusikan tekanan (stress) ketika ikatan permukaan terbentuk, sehingga
energi yang menyebabkan terjadinya fracture pada permukaan adherend dapat
dihilangkan, yang akhirnya akan meningkatkan perekatan. Cara lain untuk
meningkatkan perekatan pada permukaan mikroporous adalah dengan
menciptakan stress discontinuities pada interface.
Teori adhesi mekanikal (mechanical theory of adhesion) berhubungan
dengan perekatan pada permukaan yang kasar dan berrongga.
Perekatan
tersebut efektif karena energi permukaan yang dimiliki akan meningkatkan
ikatan perekatan.
Pada saat ditekan, permukaan yang kasar akan
mendistribusikan kembali stress, seiring dengan hilangnya energi permukaan,
maka akan terjadi kegagalan perekatan.
Konsep ”tentakel” perekat masuk ke dalam rongga sirekat terjadi pada
tingkat molekul, diadaptasi dari konsep teori difusi pada tingkat yang lebih
tinggi (Wool, 2002).
Jika tentakel sirekat juga memasuki perekat, maka
disebut dengan interdifusi, yang melibatkan terjadinya pertautan antara rantai
perekat dengan rantai sirekat. Hal ini dimungkinkan jika sirekat membentuk
tentakel dan terdapat kesesuaian yang erat antara perekat dengan sirekat,
sehingga terjadi jaringan perekatan yang kuat, yang terbentuk dari kombinasi
antara ikatan kimia dan ikatan mekanik.
Menurut Packham (2003), saat aksi bersikunci bekerja, tentakel atau
bagian dari perekat, harus cukup kuat untuk menahan beban. Sebenarnya aksi
bersikunci perekat tidak melibatkan interaksi kimia antara perekat dengan
substrat. Namun pada kenyataannya, terdapat gaya gesek (friction forces) yang
mencegah pemisahan antara perekat dan substrat, menunjukkan adanya
interaksi antar permukaan. Aksi bersikunci lebih berpengaruh terhadap shear
forces dibandingkan normal forces dan tergantung pada kekasaran permukaan
(roughness).
Walaupun aksi bersikunci, mungkin tidak dapat menjelaskan mekanisme
terjadinya perekatan pada kebanyakan peristiwa perekatan, kekasaran dan
kemampuan penyerapan oleh substrat, serta pengaruh aksi bersikunci terhadap
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
distribusi tekanan pada daerah batas antara perekat dan sirekat, merupakan
faktor yang penting (Zalucha and Wax, 1990).
Perekatan berkenaan dengan interaksi antara permukaan adhesive dengan
permukaan substrate.
Beberapa teori perekatan menekankan pada aspek
mekanik, sedangkan yang lainnya menekankan pada aspek kimia. Namun pada
kenyataannya, struktur kimia dan interaksinya mempengaruhi sifat mekanik,
dan sifat mekanik mempengaruhi kekuatan ikatan kimia. Dengan demikian
aspek mekanik dan aspek kimia tidak bisa dipisahkan, dalam menjelaskan
mengenai teori perekatan (Frihart, 2005).
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009
Referensi
Adhesion Theory. www.specialchem4adhesives.com/resources/adhesionguide/
index.aspx?id=theory4.
Frihart, C.R. 2005. Wood Adhesion and Adhesives. In : Rowell, R.M. (Ed.);
Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites. CRC Press,
Washington, USA. Chap. 9.
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.
Gollob, L. and J.D. Wellons. 1990. Wood Adhesion. In : Skeist, I. (Ed.) ;
Handbook of Adhesives, 3rd edition. Van Nostrand Reinhold. New
York.
Packham, D.E. 2003. The Mechanical Theory of Adhesion. In : Pizzi, A. and
Mittal, K.L. (Eds.) ; Handbook of Adhesive Technology (2nd ed.).
Marcel Dekker, New York. Chap. 21.
Packham, D.E. 2003. A Seventy Year Perspective and Its Current Status.
School of Materials Science. University of Bath. United of Kingdom.
http://people.bath.ac.uk/mssdep/dep70yrs.htm
Pizzi, A. 1994. Advanced Wood Adhesives Technology. Marcel Dekker, Inc.
New York.
Wool, R.P. 2002. Diffusion and Autoadhesion. In : Chaudury, M. and A.V.
Pocius (Eds.); Adhesive Science and Engineering-2: Surfaces, Chemistry
and Applications. Elsevier, Amsterdam. Chap 8. pp. 351-401.
Zalucha, D.J. and S.C.J. Wax.
1990. Adhesive and Adhesion. In : Dostal,
C.A. et al. (Eds.); Adhesives and Sealants, Enginereed Materials
Handbook Vol. 3. ASM International, USA.
Tito Sucipto : Teori Adhesi Mekanikal Perekat, 2009