Papan Untai Berarah Berbasis Bambu Andong Teresterifikasi Silitol dan Asam Malat Berperekat Poliuretan

Abstract

Papan untai berarah (PUB) merupakan produk komposit yang berpotensi dikembangkan sebagai alternatif bahan konstruksi berbasis lignoselulosa. Bambu andong memiliki pertumbuhan cepat, ketersediaan melimpah, dan sifat mekanis yang baik, sehingga berpotensi digunakan sebagai bahan baku PUB. Namun, bambu memiliki sifat yang tidak homogen dan daya serap air yang tinggi sehingga dapat memengaruhi kualitas papan yang dihasilkan. Selain itu, penggunaan perekat sintesis berbasis formaldehida masih menimbulkan permasalahan lingkungan dan kesehatan. Oleh karena itu, diperlukan upaya untuk meningkatkan kualitas bahan baku sekaligus mengembangkan sistem perekat yang lebih ramah lingkungan. Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh modifikasi untaian bambu andong melalui esterifikasi menggunakan campuran silitol dan asam malat (XyMA) terhadap sifat fisis dan mekanis PUB, serta mengevaluasi kinerja perekat poliuretan berbasis biopoliol yang disintesis dari gliserol, anhidrida asam maleat, dan tanin. Untaian bambu diimpregnasi menggunakan larutan XyMA berkadar padatan 15% dan dipolimerisasi pada beberapa suhu pemanasan. Karakterisasi untaian meliputi persentase kenaikan berat, ketercucian, pH, kadar air, kerapatan, keteguhan rekat geser, analisis gugus fungsi, dan analisis kristalinitas. Perlakuan terbaik selanjutnya digunakan untuk pembuatan PUB dengan kerapatan sasaran 0,7 g cm-3 menggunakan perekat poliuretan 6% dan pengempaan panas pada suhu 150 °C selama 10 menit. Karakterisasi PUB yang dihasilkan meliputi sifat fisis, mekanis, dan kimia. Hasil menunjukkan bahwa impregnasi XyMA menghasilkan ketercucian yang lebih rendah dibandingkan perlakuan gliserol-asam sitrat (GlyCA). Analisis gugus fungsi mengonfirmasi terbentuknya ikatan ester antara bahan impregnasi dan komponen lignoselulosa bambu, sedangkan analisis kristalinitas menunjukkan bahwa struktur kristalin selulosa tetap terjaga setelah perlakuan. Impregnasi XyMA pada suhu 103 °C menghasilkan kombinasi karakteristik terbaik berdasarkan hasil skoring beberapa parameter pengujian. Perlakuan tersebut meningkatkan kerapatan dan menurunkan kadar air untaian bambu, sekaligus menghasilkan keteguhan rekat geser yang lebih tinggi. Sintesis biopoliol menyebabkan perubahan sifat kimia dan fisik poliol yang ditandai dengan penurunan pH dan peningkatan viskositas. Perekat poliuretan berbasis biopoliol menunjukkan kadar padatan yang lebih tinggi, stabilitas yang lebih tinggi, serta waktu gelatinasi yang lebih cepat dibandingkan formulasi berbasis gliserol. Pada produk PUB, impregnasi XyMA secara konsisten menurunkan kadar air, pengembangan tebal, dan daya serap air sehingga meningkatkan stabilitas dimensi papan. Peningkatan sifat mekanis juga teramati pada papan yang direkat menggunakan poliuretan komersial dan poliuretan berbasis gliserol, terutama pada nilai modulus elastisitas dan modulus patah. Seluruh papan yang dihasilkan memenuhi persyaratan keteguhan rekat minimum yang ditetapkan dalam standar yang digunakan.

Oriented strand board (OSB) is a composite product that has potential to be developed as an alternative lignocellulosic-based construction material. Andong bamboo has fast growth, abundant availability, and good mechanical properties, making it a potential raw material for OSB. However, bamboo has non-uniform properties and high water absorption, which can affect the quality of the boards produced. In addition, the use of formaldehyde-based synthetic adhesives still raises environmental and health concerns. Therefore, efforts are needed to improve the quality of the raw material while also developing a more environmentally friendly adhesive system. This study aims to analyze the effect of modifying Andong bamboo strands through esterification using a mixture of xylitol and malic acid (XyMA) on the physical and mechanical properties of OSB, as well as to evaluate the performance of a polyurethane adhesive based on biopolyol synthesized from glycerol, maleic acid anhydride, and tannin. The bamboo strands were impregnated with a 15% solid-content XyMA solution and polymerized at several heating temperatures. The characterization of the strands included weight gain percentage, leaching rate, pH, moisture content, density, lap shear strength, functional group analysis, and crystallinity analysis. The best treatment was then used to prepared OSB with a target density of 0,7 g cm-3 using 6% polyurethane adhesive and hot pressing at 150 °C for 10 minutes. The characteristics of produced particleboard was tested including physical, mechanical, and chemical properties. The Results show that XyMA impregnation provides lower leaching rates compared to glycerol-citric acid (GlyCA) treatments. Functional groups analysis confirmed the formation of ester bonds between the impregnation materials and the bamboo lignocellulose components, while crystallinity analysis showed that the crystalline structure of cellulose remained intact after the treatment. XyMA impregnation at 103 °C produced the best combination of characteristics based on scoring from several test parameters. This treatment increased the density and reduced the moisture content of bamboo strands, while also resulting in higher lap shear strength. The synthesis of biopolyol causes changes in the chemical and physical properties of the polyol, marked by a decrease in pH and an increase in viscosity. Biopolyol-based polyurethane adhesives show higher solid content, higher stability, and faster gelation time compared to glycerol-based formulations. In OSB products, XyMA-impregnation consistently reduces moisture content, thickness swelling, and water absorption, thereby improving the dimensional stability of the boards. Improved mechanical properties are also observed in boards bonded with commercial polyurethane and glycerol-based polyurethane, especially in modulus of elasticity and modulus of rupture values. All the boards produced meet the minimum bonding strength requirements set in the applicable standards