Adhesif Bio-Based Tannin-Sukrosa untuk Plywood Bebas Formaldehida

Apa itu adhesif tannin-sukrosa? Adhesif tannin-sukrosa adalah perekat 100 persen berbasis biomassa yang memadukan tannin sebagai kerangka makromolekul pemberi kekuatan kohesif dengan sukrosa yang saat dipanaskan berubah menjadi 5-HMF dan menjembatani ikatan silang, sehingga plywood bisa direkat tanpa resin berbasis formaldehida.

Plywood dunia masih direkat oleh resin formaldehida. Di industri panel kayu, porsi adhesif berbasis formaldehida mencapai 60 sampai 70 persen dari total pemakaian. Keunggulannya jelas: murah, rekat kuat, dan tahan air. Kerugiannya juga jelas: formaldehida lepas saat pembuatan lem, saat pengepresan panel, dan pelan-pelan dari produk jadi, sehingga berisiko bagi lingkungan dan kesehatan. Ketika harga bahan petrokimia naik dan kesadaran lingkungan menguat, pertanyaan yang mengemuka bukan lagi apakah adhesif bio perlu dicari, melainkan biomassa mana yang sanggup memberi kekuatan dan ketahanan air tanpa kembali meminjam formaldehida sebagai penolong.

Formaldehida Mendominasi Panel, Alternatif Bio Masih Cari Keseimbangan

Riset-riset adhesif bio sudah mencoba banyak kandidat: adhesif berbasis tannin, protein kedelai, dan lignin. Dari ketiganya, yang paling dekat dengan penerapan industri adalah tannin. Secara kimia, tannin dibagi menjadi hydrolysable tannin dan condensed tannin. Yang pertama hasilnya sedikit dan kurang reaktif terhadap formaldehida, sehingga kurang cocok sebagai polimer. Yang kedua, condensed tannin, lebih reaktif dan tersedia lebih banyak, sehingga menjadi basis yang dipakai untuk pengembangan resin bio.

Masalah klasik adhesif bio adalah dua hal yang muncul bersamaan: kekuatan rekat rendah dan ketahanan air yang kurang. Sejumlah studi mencoba menambal kelemahan itu dengan memodifikasi adhesif bio memakai resin formaldehida. Kekuatan memang naik, tapi keuntungan lingkungannya gugur karena zat toksik itu kembali masuk ke sistem. Di titik inilah riset Xu dan koleganya (2022) di jurnal Materials mengambil jalur berbeda. Mereka tidak menambahkan formaldehida sama sekali. Mereka memadukan tannin dengan sukrosa, gula sehari-hari yang murah dan terbarukan, lalu menguji apakah pasangan ini bisa berdiri sendiri sebagai adhesif plywood.

Gagasan itu masuk akal dari sisi kimia. Tannin adalah polifenol makromolekul yang asam dan kaya gugus reaktif, sehingga bisa menjadi kerangka yang memberi kekuatan kohesif. Sukrosa di sisi lain bersifat hidrofilik dan saat dipanaskan pada suhu pengepresan akan terkonversi menjadi 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF), senyawa aldehida bio yang kemudian bereaksi dengan tannin dan membentuk jaringan ikatan silang. Sifat hidrofilik sukrosa juga membantu menurunkan viskositas sistem, sehingga lem tetap encer meski kadar padatannya tinggi.

Pasangan Tannin 60 Sukrosa 40 Hasilkan Solid 70 Persen dan Rekat Basah 0,89 MPa

Tim peneliti menyiapkan beberapa formulasi dengan variasi rasio massa tannin terhadap sukrosa, lalu mengukur kadar padatan, viskositas, dan pH mengacu pada GB/T 14074-2017. Hasil yang menonjol adalah kombinasi tannin dan sukrosa mampu mencapai kadar padatan hingga 70 persen dengan viskositas yang tetap rendah. Angka ini penting untuk produksi. Kadar padatan tinggi berarti air yang harus diuapkan saat pengepresan lebih sedikit, konsumsi energi lebih hemat, dan potensi untuk dipakai bukan hanya di plywood tetapi juga di particleboard dan fiberboard terbuka lebar.

Untuk plywood, pengujian dilakukan secara ortogonal dengan empat faktor: suhu kempa panas, waktu kempa, loading adhesif, dan rasio tannin terhadap sukrosa. Analisis FT-IR, termogravimetri (TG), dan difraksi sinar-X (XRD) dipakai untuk melacak apa yang terjadi di tingkat molekul. Temuannya konsisten. Rasio yang tepat antara tannin dan sukrosa menjadi kunci performa. Terlalu banyak sukrosa membuat sistem terlalu hidrofilik dan mengurangi kekuatan, terlalu sedikit membuat jembatan silang lewat 5-HMF tidak cukup terbentuk.

Kondisi optimum yang ditemukan adalah suhu kempa 210 derajat Celsius, waktu kempa 1,2 menit per mm tebal, rasio massa tannin terhadap sukrosa 60 berbanding 40, dan loading adhesif 160 gram per meter persegi. Pada kombinasi ini kekuatan rekat tahan air plywood mencapai 0,89 MPa. Nilai ini memenuhi syarat kekuatan untuk plywood Tipe II menurut GB/T 17657-2013, standar yang menguji ketahanan rekat setelah perendaman. Kutipan yang merangkum capaian ini ditulis para penulis sebagai *"[The] wet bonding strength of the plywood was 0.89 MPa, which met the strength requirements of the Type II standard"*.

Peran masing-masing komponen juga terpetakan. Tannin yang bersifat asam membantu mendorong reaksi silang antara tannin dan produk konversi sukrosa. Sukrosa yang berubah menjadi 5-HMF menjalankan fungsi ikatan silang tidak langsung, sementara gugus hidrofiliknya menjaga viskositas tetap rendah. Hasil TG menunjukkan stabilitas termal adhesif yang baik, dan XRD mengonfirmasi perubahan struktur setelah curing.

Suhu 210 Derajat Jadi Saklar Mutu, Tantangan Berikutnya Turunkan Suhu Curing

Dari empat faktor yang diuji, suhu kempa panas memainkan peran paling menentukan. Performa plywood yang baik hanya terjaga ketika suhu berada pada 210 derajat atau di atasnya. Di bawah ambang itu, konversi sukrosa menjadi 5-HMF tidak optimal dan jaringan silang tidak terbentuk sempurna, sehingga kekuatan dan ketahanan air turun. Waktu kempa 1,2 menit per mm, loading 160 gram per meter persegi, dan rasio 60 berbanding 40 melengkapi jendela proses yang sempit namun reproduksibel.

Ambangnya yang tinggi ini sekaligus memberi pekerjaan rumah. Suhu 210 derajat lebih panas dari banyak lini plywood konvensional yang memakai urea-formaldehida atau fenol-formaldehida. Untuk adopsi luas, riset lanjutan perlu menjawab bagaimana adhesif tannin-sukrosa bisa memberi rekat yang sama baik pada suhu curing yang lebih rendah, tanpa mengorbankan ketahanan air. Para penulis sendiri menutup simpulan dengan agenda itu sebagai langkah berikutnya.

Di luar jendela proses, karakter adhesif ini menawarkan pelajaran yang lebih umum untuk tren adhesif hijau. Kadar padatan tinggi plus viskositas rendah adalah kombinasi yang langka pada adhesif bio, dan justru kombinasi itu yang dibutuhkan agar lem bisa disemprot rata, meresap secukupnya, dan tidak boros energi pengeringan. Jika jendela suhu bisa diturunkan lewat katalis asam yang lebih terkontrol atau modifikasi ringan pada tannin, pasangan tannin dan sukrosa punya peluang masuk ke pabrik panel yang hari ini masih bergantung pada formaldehida.

Kesimpulan

Tiga hal menonjol dari riset ini. Pertama, tannin dan sukrosa bisa dipasangkan menjadi adhesif 100 persen bio tanpa setetes formaldehida, dengan kadar padatan hingga 70 persen dan viskositas rendah yang cocok untuk panel. Kedua, rasio 60 berbanding 40 pada suhu 210 derajat, waktu 1,2 menit per mm, dan loading 160 gram per meter persegi menghasilkan kekuatan rekat tahan air 0,89 MPa yang lolos Tipe II GB/T 17657-2013. Ketiga, suhu adalah saklar mutu yang paling menentukan, sehingga agenda berikutnya adalah menurunkan suhu curing sambil menjaga performa. Bagi industri panel yang mengejar klaim bebas formaldehida tanpa mengorbankan kekuatan, pasangan tannin dan sukrosa memberi satu jalur yang terukur dan bisa diuji ulang di lini produksi.

Pertanyaan Umum (FAQ)

Apa itu adhesif tannin-sukrosa untuk plywood?

Perekat 100 persen berbasis biomassa dari tannin sebagai kerangka polifenol dan sukrosa yang saat dipanaskan menjadi 5-HMF lalu membentuk ikatan silang dengan tannin, sehingga tidak memerlukan resin formaldehida.

Apa itu plywood Tipe II menurut GB/T 17657-2013?

Klasifikasi plywood tahan lembap yang diuji kekuatan rekatnya setelah perendaman air. Pada riset ini ambang yang dipakai adalah kekuatan rekat tahan air minimal untuk Tipe II, dan adhesif tannin-sukrosa mencapai 0,89 MPa sehingga dinyatakan lolos.

Apa itu 5-HMF dan perannya di sini?

5-hydroxymethylfurfural adalah senyawa aldehida yang terbentuk dari konversi sukrosa saat dipanaskan. 5-HMF bereaksi dengan tannin dan menjalankan fungsi ikatan silang tidak langsung yang mengunci jaringan adhesif.

Apa beda condensed tannin dan hydrolysable tannin?

Condensed tannin lebih reaktif dan tersedia lebih banyak sehingga cocok sebagai basis adhesif. Hydrolysable tannin hasilnya lebih sedikit dan kurang reaktif terhadap formaldehida maupun aldehida bio seperti 5-HMF.

Kenapa kadar padatan 70 persen dengan viskositas rendah itu penting?

Kadar padatan tinggi mengurangi air yang harus diuapkan saat kempa panas sehingga hemat energi dan waktu. Viskositas rendah menjaga lem tetap mudah disebar rata pada veneer meski padatannya tinggi.

*Disclaimer: Artikel ini dibuat berdasarkan dokumen riset dan pengalaman workshop, bertujuan menyebarluaskan hasil riset supaya berguna bagi industri furniture.*

Sumber Riset

1. Xu, G., et al. (2022). Fully Bio-Based Adhesive from Tannin and Sucrose for Plywood. Materials, 15(24), 8725. https://www.mdpi.com/1996-1944/15/24/8725