Risalah Pet1emuan Ilmiah Penelilian dan Pengernbangan Aplikasi Isolop dan RadiaSl; 200 f

KOMBINASI PELAPISAN PERMUKAAN KAYU LAPIS MERANTI(Shorea spp) DENGAN METODE KONVENSIONAL DAN

RADIASI ULTRA VIOLET

Darsono dan Sugiarto DanuPuslitbang Teknologi Isotop dan Radiasi, BATAN, Jakarta

ABSTRAK

KOMBINASI PELAPISAN PERMUKAAN KA YU LAPIS MERANTI (Shorea spp) DENGANMETODE KONVENSIONAL DAN RADIASI ULTRA VIOLET. Telah dilakukan percobaan pelapisanpennukaan kayu lapis dengan carn kombinasi konvensional dan radiasi ultra violet (UV) menggunakan bahanpelapis dengan nama dagang Overlon. Pelapisan dasar dilakukan dengan cara konvensional menggunakanemulsi akrilat dengan pelarut air Overlon-670 W, sedangkan lapisan atas dilakukan dengan cara radiasi ultraviolet meggunakan bahan pelapis epoksi akrilat dengan nama dagang Over10n- 731L. Proses pe1apisandi1akukan menggunakan pelapis tipe ro1. Iradiasi UV di1akukan menggunakan satu 1ampu dengan daya 80Watt/em pada kecepatan konveyor 2, 3, 4 dan 5 meter/menit. Parameter yang diuji meliputi kekerasan, ki1ap,adesi dan ketahanan terhadap bahan kimia, pelarut dan noda. Pengujian lapisan atas seperti fraksi gel,tegangan putus, perpanjang8l1 putus dan fleksibilitasnya juga dievaluasi. Hasi1 yang diperoleh menunjukkanbahwa lapisan pada pennukaan kayu lapis mempunyai kekerasan pendulum antara 21-38 detik, kilap 32-46%, mempunyai adesi yang baik antara lapisan dasar dan lapisan allis, serta tahan terhadap bahan kimia,pe1arut dan noda kecuali terhadap larutan natrium hidroksida 10 %.Kata kunci : Kayu lapis, sistem pelarut air, emulsi akrilat, epoksi akrilat, dan iradiasi UV

ABSTRACT

COMBINATION OF CONVENTIONAL AND ULTRA VIOLET RADIATION FORSURFACE COATING OF MERANTI (Shorea spp) PLYWOOD. Experiment on the combination ofconventional and ultra violet (UV) radiation for surface coating of plywood has been done by using coatingmaterial with the trade name of overlon. Base coating was conducted using water base acrylate emulsionOverlon-670 W through conventional method whereas top coating was conducted using epoxy acrylateOverlon-73 1 L through UV curing method. Coating process was conducted using roll coater. ill case ofUV-curing, the irradiation was carried out using a one lamp of 80 Watt/cm UV-source at conveyor speedof2, 3,4and 5 m/min. Parameters observed were pendulum hardness, glossy, adhesion and chemical, solvent and stainresistances. The separate measurements of top coat film itself e.g. gel fraction, tensile strength, elongation atbreak, and flexibility were also evaluated. Experimental results showed that films on plywood surface havependulum hardness of 21-38 sec, glossy of 32--46 %, good adhesion between base coat and top coat, andresistance to chemical, solvent and stain ~xcept for 10 % sodium hydroxide solution.Key word: Plywood, water base system, emulsion acrylate, epoxy acrylate, UV Irradiation.

PENDAHULUAN kayu atau panel kayu yang lain. Hampir semua produkakhir dati kayu lapis memerlukan pelapisan permukaanuntuk meningkatkan sifat fisik misalnya kekerasan,ketahanan kikis, kilap daD ketahanan terhadap bahankimia serta memperbaiki penampilannya (dekoratif).Formulasi bahan pelapis radiasi terdiri dari beberapakomponen yaitu oligomer akrilat dan monomer reaktifyang mempunyai reaktivitas tinggi terhadap radiasi,pelapisan permukaan menggunakan teknik radiasidengan pembentukan radikal bebas melalui senyawakimia akrilat [3, 4], dan pengembangan formulasi bahanpelapis baru dan cara penggunaan teknik pelapisan sertapengeringannya memegang peranan penting padapelapisan permukaan, serta resin akrilat telall banyakdigunakan pada industri pelapisan dan mempunyai nilaiekonomis hila dibanding dengan produk lain. Selainalasan tersebut diatas, bahan kimia tersebut mempunyaitoksisitas rendah dan aman terlIadap lingkungan [5].Jika dibandingkan, tingkat emisi ballan pelapis denganpelarut air mengandung solveD organik relatif kecildibanding bahan pelapis konvensional. Oleh karena itu,

Sebagian besar wilayah Indonesia dikategorikansebagai hutan-hutan tropis dataran rendah. Sekitar 120jenis kayu keras sangat cocok digunakan secarakomersial. Lebih dari 48 jenis diglU1akan oleh industrikayu lapis yang sudah diketahui sifat-sifatnya maupunpenggunaannya terutarna spesi dari Dipterocarpaceae[1]. Sebagian besar kayu lapis dari Indonesia dibuat darikayu meranti (Shorea spp). Penggunaan kayu lapistelah menembus beberapa bidang pengguna yangbiasanya menggunakan kayu keras alau papan kayuyang lain. Masa depan penggunaan kayu lapis masihcerah meskipun diversifikasi oleh industri kayu lapismenghasilkan berbagai produk panel kayu sertasubstitusi kayu lapis dengan MDF ("Medium DensityFibre board") dan OSB ("Oriented Strand Board") [2]untuk penggunaan tertentu.

Meskipun acta saingan pengganti, kayu lapisselalu mendapat tempat di pasaran. Dalam hal khususkayu lapis tidak dapat digantikan sifat-sifatnya oleh

89

Risalah Pertemuan Ilmiah Penelilian dan Pengembangan Aplikasi IsOlOp dan Radias~ 2001

lapisan dasar diampelas dengan kertas ampelas # 240.Selanjutnya dilapisi dengan resin epoksi akrilat dandiiradiasi menggwlakan sinar ultra violet padakecepatan konveyor 2, 3, 4, dan 5 m/menit. Platalwnunium digwlakan sebagai substrat untukmenentukan fraksi gel, kekuatan tarik dan ketahananputus lapisan atas. Setelah iradiasi UV, lapisan yangterbentuk pada pennukaan plat alumunium diambildengan menggunakan pisau "cutter" dan dipilih lapisanyang rata dan tidak ada gelembung untuk dilakukanpengujian suat fisiknya. Untuk pengukurnn kekerasan,kilap, adesi , ketahanan kikis, dan ketahanan terhadapbahan kimia, pelarut dan noda dilakukan pada lapisandengan substrat kayu lapis. Fraksi gel ditentukandengan cara ekstraksi menggunakan pelarut asetonselama 16 jam, sesuai standar ASTM D 3351 [6].Fleksibilitas ditentukan dengan menggwlakan alat"bend test" sesuai standar BS 3900-El. tegangan putusdaD perpanjangan putus diukur menggunakan alatInstron Universal testing 1122 sesuai standar ASTM D638-82 [7]. Kekerasan pendulum diukur menggunakanalat Pendulum Hardness Rocker (metode Koenig)sesuai standar ISO 1522-1973 (E) [8]. Ketahanan kikislapisan diukur dengan metode kikisan pasirmenggunakan modiflkasi alat sesuai standar ASTM D968-86 [9], dan dihitung menurut rumus :

penggunaan air sebagai pelarot dalam sistem bahanpelapis mernpakan suatu pilihan. Banyak resin larotdalam campuran air dan solveD, sedang yang lainmernpakan resin dispersi resin dalam air dalam bentukemulsi, contohnya alkil yang larot dalam air terdispersidalarn emulsi akrilat. Dalam percobaan ini diharapkandapat dipakai sebagai ballaD pelapis permukaan kayu

lapis sehingga diperoleh kayu berlapis polimer yangmempunyai sifat ketahanan kikis, serta meningkatkansifat kayu lapis tersebut, daD memperbaiki penampilandan ketahanan terhadap bahan kimia, pelarut dan Dada.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui sifatfilm basil kombinasi sistem antara konvensional denganpelarot air (pengeringan tidak menggunakan radiasi)dan radiasi ultra violet untuk pennukaan kayu lapissebagai substrat. Lapisan dasar dengan resinmenggunakan pelarot air (em!llsi akrilat) dan lapisanatas epoksi akrilat basil iradiasi ultra violet. Penelitianini berdasarkan lupotesa sebagai berikut.

Resin dengan pelarot air dalam bentuk emuisisebagai bahan pelapis dasar mempunyai viskositasrendah, sehingga lebih mudah melakukan penetrasikedalam substrat yang berpori seperti kayu akibatnyadapat menghasilkan permukaan yang rata daD tipis.Senyawa epoksi akrilat pada umumnya mempunyaisifat fisik dan mekanik yang tinggi serta tahan terhadapbahan kilnia. Dengan kombinasi lapisan atas bernpasenyawa epoksi akrilat yang dikeringkan denganmenggunakan radiasi UV, akan menghasilkan suatukombinasi lapisan yang mempunyai baik sifat fisik danmekanik maupun kimia tinggi. Disainping itu,penggunaan bahan pelapis radiasi yang tidakmengandung pelarot yang mudah menguapmenghasilkan suatu proses pelapisan yang lebihbersahabat dengan lingkungan.

D -L

DKetahanan kikis, % = x 100 %

Dengan notasi D = diameter dalaIll pipa, cmL = panjang sumbu pendek berben-

tuk elip, cm

Pengujian ketahanan terhadap ballaD kimia,pelarut dan noda dilakukan dengan cara "spot test"sesuai standar ASTM D 1308-79[10]. Beberapa bahankimia uji yang digunakan adalah 5 % asarn asetat, 1 %natrium karbona., 50 % alkohol, 10 % natriumhidroksida dan "thinner". Pengujian terhadap nodadilakukan mengg\makan spidol permanen warna hitam,merah dan him. Adesi diuji mengg\makan pita perekatsesuai dengan standar ASTM D-2571-71 [11]. Kilaplapisan diukur dengan alat Glossmeter buatan Toyoseikipada sudut 600 sesuai standar ASTM D 523 -80 [ 12].

BAHAN DAN METODE

Bahan. Kayu lapis yang terbuat dari kayumeranti (.S'horea, spp) dengan ketebalan 3,6 mmdigunakan sebagai substrat. Emulsi akrilat denganpelarut air yang mempunyai nama dagang Overlon-670W digunakan sebagai lapisan dasar, sedangkan resinepoksi akrilat digunakan sebagai lapisan alas. Keduabahan kimia tersebut diperoleh dari Three RoyalChemical Industry Co. Ltd., Taiwan. PrapolimerOverlon -731 L, dibuat untuk menghasilkan lapisanyang dengan pengeringan menggunakan sinar UV atauberkas elektron (BE).

BASIL DAN PEMBAHASAN

Peralatan. Pelapisan dilakukan menggunakanalat peiapis tipe rol dan smnber radiasi sinar UV dengandaya 80 Watt/cm buatan 1ST Stralllenteclmik Gmbh,

Jerman, yang dilengkapi dengan konveyor.

Uraian sifat teknis bahan pelapis dasar danpelapis atas terdapat pacta Tabel 1. Bahan pelapis dasardengan pelarnt air mempunyai viskositas rendah yaitu18,3 c P.

Viskositas rendah dapat menghasilkan lapisanyang sangat tipis. Ketebalan lapisan dasar yangdiperoleh dengan 3, 4 dan 5 kali pelapisanmenggunakan rol masing-masing adalah 6,3, 11,4, dan15,8 g/cm2 lapisan kering. Walaupun demikian pelapisdengan pelarnt air sangatlah ideal untuk mendapatkanlapisan permukaan yang tipis terutarna pacta substratyang berpori. Sebagai contoh, pacta substrat yang

Metode. Kayulapis berukuran 20 cm x 10 cm x3,6 mm dihaluskan pennukaaImya menggunakan keItasampelas # 240, kemudian dilapisi dengan lapisan dasaremulsi akrilat. Pelapisan dilakukan menggunakan alatpelapis tipe rol dengan variasi pelapisan 3, 4 dan 5 kalikemudian dikeringkc1ll selama 25 menit. Setelah kering

90

Risalah Peltemuan Ilmiah Penelilian dan Pengembangan -'1olikasi IsOlop dan RadiaSl; ZOOI

berpori seperti kayu dan kertas, air dapat langsungterserap oleh substrat. Kurang dari 3 kali pelapisandasar menghasilkan lapisan permukaan yang kurangrata, sehingga menimbulkan dampak penyerapanlapisan atas oleh permukaan kayu lapis karenadensitasnya rendah. Dalam bal ini densitas kayu lapisberkisar antara 0,57 -0,60 gicm3. Pada llasil akhirpelapisan permukaan dapat digolongkan untuk substratberpori atau pada permukaan yang rata. Tabel 2menunjukkan sifat lapisan epoksi akrilat sebagai lapisanatas basil iradiasi UV dengan variasi kecepatankonveyor. Kenaikan kecepatan konveyor dari 2 sampai5 mlmenit menunmkan fraksi gel dari 85,5 menjadi82,4 %. Pada kecepatan konveyor yang lebih rendahatau penyinaran iradiasi ultra violet lebih lama,pembentukan ikatan silang cenderung lebih tinggi.Kenaikan jurnlah ikatan silang yang terbentuk akanmenghasilkan fraksi gel tinggi. Kenaikan jurnlah rantaiikatan silang antara rantai polimer, maka rantai ikatansilang tersebut semakin pendek. Sehingga rantai tidakmudah bergerak. Hal ini akan mengakibatkan teganganputus meningkat sedangkan perpanjangcw putusnyamenurun [13]. Tegangan puliS daD perpanjanganputusnya masing-rnasing adalah 34,4 kgicm2 dan 6,4 %pada kecepatan konveyor 2 mlmenit. Kenaikankecepatan konveyor sampai 5 mlmenit menunmkankekuatan tarik menjadi 25,2 kgicm2 dan meningkatkanperpanjangan putus saInpai 7,1 %. Lapisan epoksiakrilat basil iradiasi sinar UV dengan kecepatankonveyor daTi 2 sampai 5 mlmenit menghasilkanlapisan pennukaan yang fleksibel (Tabel 2). Semuacontoh uji yang diukur dengan menggunakan alat"Bend Test", dengan alat tersebut lapisan dapat dilipatsampai diameter 2 Imn tanpa mengalami keretakan. Halini menunjukkan bahwa lapisan tersebut mempunyaisifat fleksibilitas yang tinggi.

hampir sarna dengan tegangan putus karena keduametode pengukuran tersebut sarna yaitu berdasarkanketahanan terhadap deforrna~i. Kenaikan densitas ikatansilang dapat meningkatkan kekerasan lapisan yangterbentuk, karena kekerasan lapisan dipengaruhi olehlapisan dasar [14]. Menurut SENG bahwa pengukurankekerasan tidak tepat untuk lapisan dengan tebal <dari 30 ~m. Hasil pengukuran tebal lapisan < dari 30~m akan dipengaruhi oleh substrat. Dalam penelitian initebal lapisan alas 16,5 g/cm2 (:!:16 ~m), sedang teballapisan dasar 6,3 g/cm2 (:!: 6 ~m). Kenaikan lapisandasar dapat meningkatkan kekerasan pendulum,misalnya lapiasan dasar dengan tebal 6,3 g/cm2kekerasannya 21 -29 detik, sedang teballapisan dasar15,8 g/cm2 kekerasannya 29 -38 detik. Adesi antaralapisan dasar dan lapisan atas diuji dengan metode"Cross cut" menggunakan pita perekat. Hasil pengujianmenunjukkan bahwa semua contoh uji mempunyai nilaipersen tinggal antara 94 sampai 1000/0, ( > 50 %). Halini berarti bahwa adesi antara substrat (kayu lapis),lapisan dasar (emulsi akrilat) dan lapisan atas (epoksiakrilat) baik sekali, karena persen tinggal > 50 %.Bahan pelapis dengan pelarut air berpengaruh terhadaptimbulnya motif serat pada substrat kayu. Oleh karenaitu, kilap lapisan permukaan yang tinggi pada produkakhir sulit diperoleh. Kilap yang tinggi mungkin dapatdiperoleh dengan cara pelapisan berulang-ulang ataudengan meningkatkan tebal lapisan dasar. Padapenelitian ini, pengarul1 kecepatan konveyor daD jumlahpelapisan tidak narnpak pengaruhnya terhadap kilaplapisan. Hasil pengukuran contoh uji pada sudut 600menghasilkan kilap antara 32 -46 0/0, sehingga dapatdigolongkan ke dalarn lapisan dengan kilap menengah.Ada korelasi antara kekerasan dengan keta1tanan kikisyaitu: secara wnum, semakin tiIlggi kekerasan lapisansemakin tinggi ketahanan kikisnya. Seharusnya,meningkatnya kekerasaIl juga diikuti meningkatnyaketahanan kikis lapisan. Tetapi, tersebarnya dataketahanan kikis pada Tabel 3 menunjukkan bahwa,kecepatan konveyor daD ketebalan lapisan tidak terlihatpengamlmya terhadap ketahanan kikis lapisan. Nilaiketahan kikis lapisan tidak begitu berbeda yaitu antara40 -47 %.

Table Sifat teknis bahan pelapis dasar dan pelapis atas

Tabel 3. Kekerasan Pendulum, adesi, kilap danketahanan kikis lapisan alas pada pennukaankayu lapis

Tabel2. Sifat lapisan alas (epoksi akrilat) basil iradiasisinar uv pada berbagai kecepatan konveyor Lapisan

dasar,jumlah

pela.,isan

Kekeras-an Pen-dulum,detik

Keta-hananKikis,

%

Kec.Konveyor,

rnlmenit

Kilap,%

234523452345

292123213630322838333929

Adesi,%

tinggal

95

98

94

100

100

97

1.00

100

100

100

97

100

454637323744393937363936

424042424046454542474447

l

4

~Sifat lapisan pada kayu lapis yaitu kekerasanpendulum. adesi, kilap, dan ketahanan kikis disajikanpadaTabel3. Kecendenmgan nilai kekerasan pendulum

91

Risa/ah Peltemuan //miah Penelitian dan Pengembangan Ap/ikasi /sotop dan Radiasi, 2(x) 1

Tabel 4. KetaIlanan lapisan epoksi akrilat terlladapbahan kimia, pelarut dan noda

UCAPAN TERIMA KASm

Penulis mengucapkan terima kasih kepada sdr.Sungkono yang telah membantu menyiapkan bahanpenelitian d.w sdr. Sarimin, Rojalih dan Yoga Pramanayang telah memberikan layanan iradiasi UV.

Kec.Kanve-

var

Noda

@Lapisandasar F G IA

234523452345

3 PUS TAKA

1. ANONYMOUS, Direct. of the Plywood Indonesia,Indonesia, (1983) 63.

4

2. ANONYMOUS, Furniture Design & Manufacturing-Solid Wood & Panel technology, FDM ASIA,Singapore, Nov. -Des. (1999) 50.

5

3. SENICH, G.A., FLORIN, RE., Rev-MacromolChenucal. Phys. C. 24.-2, (1984) 277.Keterangan

4. GOLDEN R., RadTech', Europe '89, Florence(1989) 11.

5. BONKOWSKY H.H. BECK E., MADISON JR.Radiation Curing, Nov. (1985) 9.

A = 5 % asam asetat,B = 10 % NaOH.C = 10 % asam sulfatD = 50 % alkoholE = 1 % natriwn karbonatF = "tinner"G = Spidol mernhH = Spidol biruI = Spidol hitam-=tahan+ = tidak tahan

6. ANONYMOUS, Annual Book of ASTM Standardspart 27, ASTM Philadelphia, (1982) 3351.

7. ANONYMOUS, Annual Book of ASTM Standardspart 27, ASTM Philadelphia, (1982) 638.Tabel 4 menWljukkan bahwa semakin tinggi

jmnlall ikatan silang suatu sistem polimer, semakintahan terhadap bahan kimia atau pelarut. Dari hasilpengujian contoh uji menWljukkan bahwa tidak adabekas, perubahan Wama, pelapukan atau kerusakanyang terjadi, kecuali terhadap NaOH 10 %. Natriumhidroksida 10 % menyebabkan bekas pada seluruhcontoh uji.

8. ANONYMOUS, Annual Book of ISO Standards(1973) 1522.

9. ANONYMOUS, Annual Book of ASTM Standardspart 27, ASTM Philadelphia, (1982) 146.

10. ANONYMOUS, Annual Book of ASTM Standardspart 27, ASTM Philadelphia, (1982) 174.

KESIMPULAN11. ANONYMOUS, Annual Book of ASTM Standards

part 27, ASTM Philadelplua, (1982) 189.

12. ANONYMOUS, Annual Book of ASTM Standardspart 27, ASTM Philadelphia, (1982) 970.

13. WALDRON,RW, MC RAE,HF, MADISON,JD,Radiation Curing Nov. 1985,9.

14. SENG, H.P., Beta Gamma Vol. 4, (1989) 4.

Penggunaan emulsi akrilat dengan pelarnt airsebagai bahan lapisan dasar (Overlon-670 W) yangkering oleh udara dan resin epoksi akrilat Overlon- 710L sebagai lapisan atas dengan pengeringanmenggunakan sinar ultra violet pacta permukaan kayulapis, menghasilkan kilap menengah, ketaI1anan kikisdaD kekerasannya rendah, tahan terlmdap bahan kimia,pelarut dan Dada serta mempunyai adesi yang baikantara kayu lapis, lapisan dasar dan lapisan atas. Nilaikekerasan berkisar antara 21-38 detik, kilap 32 -460/0,ketahanan kikis 40 -47 % dan adesi dengan persentinggai antara 94 -100%.

Kombinasi sistem pengeringan menggunakankonvensional daD radisai UV pacta permUkaan kayulapis memberikan harapan, berdasarkan sifat produkpelapis yang dihasilkan baik dari segi toksisitas maupun

segi lingkungan.

92

Risa/ah Pelteiiluan //miah Penelilian dan Pengembangan Ap/ikasi /Solop dan RadiaSl; 200 1

DISKUSI

HER WINARNI DARSONO

1. Mengapa penelitian ini dilakukan dengan kombinasipelapisan permukaan kayu lapis; Wltuk lapisan dasardilakukan dengan cara konvensional, sedangkanlapisan atas dengan cara radiasi ultra violet

2. Apakah sudah pemah dibandingkan dengan prosespelapisan permukaan baik alas maupWl bawahdengan radiasi UV. Mohon penjelasan?

1. Untuk mencari metode barn yang lebih ekonomisdan carn pelapisan dasar dengan carn konvensionalkebanyakan dilakukan dengan menggunakan solveDyang mudah menguap misalnya alkohol,toluen,t11iner sehingga menyebabkan pencemaranudara. Selain carn tersebut pelapisan dengan carakonvensional ada yang menggunakan pelarut air.Dengan pelarut air tersebut dapat mengurangipent:emarnn udarn, sedang lapisan atas denganradiasi sinal ultra violet, untuk mendapatkan sifatlapisan yang mempunyai ketahanan terhadap bahankimia & serta memiliki sifat fisik & mekanik yanglebih baik

2. Belum pemah dibandingkan' dengan proesespelapisan permukaan baik atas maupun dasardengan radiasi UV

93