Pengembangan Perekat Urea Formaldehida Termodifikasi Asam Sitrat untuk Aplikasi Kayu Lapis

Abstract

Kayu lapis banyak digunakan karena sifatnya yang serbaguna dan stabil secara dimensi, namun penggunaannya masih menghadapi isu emisi formaldehida dari perekat poli-urea-formaldehida (PUF) yang berdampak terhadap kesehatan dan regulasi lingkungan. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh penambahan asam sitrat terhadap kualitas perekat PUF dan kayu lapis. Penelitian dilakukan dengan metode eksperimental menggunakan perekat PUF berformulasi rasio molar formaldehida terhadap urea (F/U) sebesar 0,8 mol, yang dimodifikasi dengan penambahan asam sitrat dalam tiga formula perekat PUF dengan variasi konsentrasi asam sitrat (0%, 2,5%, dan 5%) serta satu perekat komersial sebagai kontrol dikarakterisasi berdasarkan nilai pH, kadar padatan, waktu gelatinasi, dan viskositas. Selain itu, perekat dianalisis menggunakan Fourier Transform Infrared Spectrometry (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TGA), dan Pyrolysis-Gas Chromatography-Mass Spectrometry (Py-GCMS). Kayu lapis yang dibuat menggunakan tiga jenis finir (sengon, jabon, dan karet) dianalisis sifat fisis dan mekanisnya, meliputi kerapatan, kadar air, daya serap air, pengembangan tebal, dan keteguhan geser. Selain itu, karakterisasi struktur kimia dan tingkat kristalinitas kayu lapis dilakukan menggunakan FTIR dan XRD. Hasil menunjukkan bahwa perekat PUF dengan penambahan asam sitrat 2,5% memberikan performa optimal. Formula ini memiliki pH netral, viskositas rendah, dan waktu gelatinasi tercepat tanpa mengurangi kadar padatan. Kayu lapis yang direkatkan dengan perekat ini menunjukkan penurunan daya serap air dan pengembangan tebal, serta peningkatan keteguhan geser yang signifikan. Karakterisasi FTIR dan XRD menunjukkan adanya indikasi interaksi kimia antara perekat dan substrat kayu melalui pembentukan ikatan ester dan peningkatan keterkristalan lokal. Hasil TGA dan Py-GCMS menunjukkan bahwa penggunaan asam sitrat juga berpengaruh terhadap peningkatan stabilitas termal dan perubahan profil senyawa volatil. Namun demikian, formulasi dengan konsentrasi asam sitrat lebih tinggi (5%) tidak menunjukkan peningkatan lanjutan dalam performa kayu lapis, yang mengindikasikan pentingnya pengendalian konsentrasi bahan aditif dalam sistem perekat. Temuan ini dapat menjadi dasar untuk pengembangan lebih lanjut dengan fokus pada pengoptimalan formulasi dan efisiensi waktu proses. Implikasi dari penelitian ini mencakup kontribusi terhadap upaya pengurangan emisi formaldehida di industri kayu lapis, peningkatan daya saing produk di pasar global, dan mendukung keberlanjutan lingkungan. Selain itu, mengevaluasi kinerja perekat ini dalam jangka waktu lebih panjang dan pada aplikasi yang lebih beragam guna memastikan konsistensi hasil dan keberlanjutan penggunaannya.

Plywood is widely used due to its versatility and dimensional stability; however, its application still faces challenges related to formaldehyde emissions from poly-urea-formaldehyde (PUF) adhesives, which pose health risks and are increasingly regulated by environmental standards. This study aimed to analyze the effect of citric acid addition on the quality of PUF adhesives and the resulting plywood performance. An experimental method was employed using PUF adhesives formulated with a formaldehyde-to-urea (F/U) molar ratio of 0,8 mol, modified with citric acid at three concentration levels (0%, 2,5%, and 5%), along with a commercial adhesive as the control. The adhesives were characterized based on pH, solid content, gelation time, and viscosity. Additional analyses were conducted Fourier Transform Infrared Spectrometry (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TGA), dan Pyrolysis-Gas Chromatography-Mass Spectrometry (Py-GCMS). Plywood was fabricated using three types of veneers (sengon, jabon, and karet) and tested for physical and mechanical properties, including density, moisture content, water absorption, thickness swelling, and shear strength. FTIR and XRD were also used to characterize the chemical structure and crystallinity of the resulting plywood. The results showed that the PUF adhesive modified with 2,5% citric acid exhibited optimal performance. This formulation had a near-neutral pH, low viscosity, and the fastest gelation time without compromising solid content. Plywood bonded with this adhesive demonstrated reduced water absorption and thickness swelling, along with significantly improved shear strength. FTIR and XRD analyses indicated chemical interaction between the adhesive and wood substrate through ester bond formation and localized increases in crystallinity. TGA and Py-GCMS results further revealed enhanced thermal stability and modified volatile compound profiles with citric acid addition. However, increasing the citric acid concentration to 5% did not result in further performance improvement, highlighting the importance of optimizing additive concentration within the adhesive system. These findings provide a basis for further development focused on formulation refinement and processing efficiency. The implications of this study support efforts to reduce formaldehyde emissions in the plywood industry, enhance product competitiveness in global markets, and promote environmental sustainability. Future studies should evaluate the long-term performance and broader application potential of this adhesive system to ensure consistent results and sustainable use.