BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 GIPSUM Gipsum adalah batu putih yang terbentuk karena pengendapan air laut. Gipsum merupakan mineral terbanyak dalam batuan sedimen, lunak bila murni. Merupakan bahan baku yang dapat diolah menjadi kapur tulis. Dalam dunia perdagangan biasanya gipsum mengandung 90% CaSO4.2H2O (Habson, 1987). Menurut Sanusi (1986) gipsum adalah suatu senyawa kimia yang mengandung dua molekul hablur dan dikenal dengan rumus kimia CaSO4.2H2O. Dalam bentuk murni gipsum berupa kristal berwarna putih dan berwarna abu-abu, kuning, jingga atau hitam bila kurang murni. Gipsum ada di mana-mana. Gipsum adalah mineral sulfat yang paling umum diatas bumi. Secara teknik, gipsum dikenal sebagai zat kapur sulfate. Dengan perlakuan panas, tekanan, percampuran dengan unsur-unsur yang lain dapat menghasilkan berbagai jenis gipsum. Gipsum adalah zat kapur sulfate (CaSO4). Alam menyediakan dua macam gipsum yaitu anhidrit dan dehydrate. Gipsum yang disuling disebut dengan anhidrit dibentuk dari 29,4 % zat kapur (Ca) dan 23,5 % belerang (S). Secara kimiawi, satu-satunya perbedaan antara kedua jenis gipsum ini adalah dua molekul air yang ada dalam senyawanya. Dehydrate (CaSO4 + 2H2O) berisi dua molekul dan air sedangkan anhidrit (CaSO4) tidak berisi molekul air. Pada umumnya, gipsum mempunyai air yang dihubungkan dalam struktur molekular (CaSO4.2H2O) dan kira-kira 23,3 % Ca dan 18,5 % S. Gipsum adalah garam yang netral dari suatu cuka yang kuat dan tidak meningkatkan atau mengurangi kadar keasaman.
Universitas Sumatera Utara
Gipsum digunakan untuk pembuatan bangunan plester, papan dinding, ubin, sebagai penyerap untuk bahan-kimia, sebagai pigmen cat dan perluasan, dan untuk pelapisan kertas. Gypsum california alami, berisi 15% - 20% belerang, digunakan
untuk
memproduksi
ammonium
sulfate
untuk
pupuk.
Gipsum juga digunakan untuk membuat asam belerang dengan pemanasan sampai 2000o F (1093oC) dalam permukaan tertentu. Resultan calsium sulfida bereaksi untuk menghasilkan kapur perekat dan sulfuricacid. Gipsum mentah juga digunakan untuk campuran portland semen. Warna sebenarnya adalah putih, tetapi mungkin saja diwarnai kelabu, warna coklat, atau merah. Berat jenisnya adalah 2.28 - 2.33 dan kekerasan Mohs 1,5 - 2. Gipsum menjadi kering ketika dipanaskan sekitar 374oF (190o C), membentuk hermihydrate 2CaSO4.H2O, yang merupakan dasar dari
kebanyakan plester
gipsum. Disebut sebagai gypsum calcined, pada saat digunakan untuk pembuatan hiasan, bahan gypsum calcined dicampur dengan air, membentuk sulfate hydrated yang akan mengeraskan. Palestic adalah gipsum yang dicampur dengan ureaformalidehyde damar dan suatu katalisator. Calcium sulfate tanpa air kristalisasi digunakan untuk pengisi kertas dengan nama pearl filler. Terra alba adalah nama asal untuk gipsum sebagai pengisi cat. Zat kapur (sulfate) yang tak berair di dalam bubuk atau format berisi butiran kecil akan menyerap 12-14% berat airnya, dan digunakan untuk mengeringkan bahan kimia dan gas. Gipsum bisa digunakan kembali dengan pemanasan. Anhidrit adalah zat kapur tak berair (sulfate). Anhidrit digunakan untuk memproduksi belerang, dioksida belerang, dan ammonium sulfate. Banyak gypsum calcined, digunakan sebagai gipsum untuk memplester dinding. Untuk penggunaan seperti itu, dicampur dengan kapur perekat air atau lem air dan pasir. Papan dinding gipsum atau eternit berupa papan atau lembaran, campuran dari gypsummixed lebih dari 15% serabut, biasanya dipasang pada langit-langit rumah. Butir yang terdapat di dalamnya tahan terhadap api karena menggunakan suatu tiruan wood-grain untuk permukaan dinding. Scott’s semen adalah suatu plester untuk perekat dengan gypsum calcined dan dapat merekat dengan cepat.
Universitas Sumatera Utara
Gipsum dapat berubah secara perlahan-lahan menjadi hemihidrat (CaSO4. 0.5H2O) pada suhu 900C. Bila dipanaskan atau dibakar pada suhu 1900C – 2000C akan menghasilkan kapur gipsum atau stucco yang dikenal dalam perdagangan sebagai plester paris. Pada suhu yang cukup tinggi yaitu lebih kurang 5340C akan dihasilkan anhydrite (CaSO4) yang tidak dapat larut dalam air dan dikenal sebagai gipsum mati. Sanusi (1986) menyebutkan bahwa dalam penggunaan gipsum dapat digolongkan menjadi dua macam seperti dipaparkan dibawah ini : 1. Yang belum mengalami kalsinasi. Dipergunakan dalam pembuatan semen portland dan sebagai pupuk. Jenis ini meliputi 28% dari seluruh volume perdagangan. 2. Yang mengalami proses kalsinasi. Sebagian besar digunakan sebagai bahan bangunan, plester paris, Bahan dasar untuk pembuatan kapur, bedak, untuk cetakan alat keramik, tuangan logam, gigi dan sebagainya. Jumlah tersebut meliputi 72% dari seluruh volume perdagangan. Gipsum sebagai perekat mineral mempunyai sifat yang lebih baik dibandingkan dengan perekat organik karena tidak menimbulkan pencemaran udara, murah, tahan api, tahan deteriorasi oleh faktor biologis dan tahan terhadap zat kimia (Purwadi, 1993). Gipsum mempunyai sifat yang cepat mengeras yaitu sekitar 10 menit. Maka dalam pembuatan papan gipsum harus digunakan bahan kimia untuk memperlambat proses pengerasan tanpa mengubah sifat gipsum sebagai perekat (Simatupang, 1985). Perlambatan tersebut dimaksudkan agar cukup waktu dari tahap pencampuran bahan sampai tahap pengempaan. Waktu pengerasan gipsum bervariasi tergantung pada kandungan bahan dan airnya. Dalam proses pengerasan gipsum setelah dicampur dengan air maka terjadi hidratasi yang menyebabkan kenaikan suhu. Kenaikan suhu tersebut tidak boleh melebihi suhu 400 C ( Simatupang, 1985). Suhu yang lebih tinggi lagi akan mengakibatkan pengeringan gipsum dalam bentuk CaSO4.2H2O sehingga
Universitas Sumatera Utara
mengurangi bobot air hidratasi. Pengurangan tersebut akan menyebabkan berkurangnya keteguhan papan gipsum. Beberapa kegunaan gipsum yaitu : 1. Dry wall, bahan perekat dan campuran pembuatan lapangan tenis. 2. Penyaring dan sebagai pupuk tanah, diakhir abad 18 dan awal abad 19, gipsum Nova Scotia atau yang lebih dikenal dengan plester digunakan dalam jumlah besar sebagai pupuk di ladang-ladang gandum AS. 3. Sebagai pengganti kayu pada zaman kerajaan-kerajaan ketika kayu menjadi langka di zaman perunggu, gipsum ini digunakan sebagai bahan bangunan. 4. Sebagai pengental tofu, karena memiliki kadar kalsium yang tinggi khususnya di benua Asia diproses secara tradisional. 5. Untuk bahan baku kapur tulis, sebagai indikator pada tanah dan air. 6. Sebagai salah satu bahan pembuat portland semen.
Saat ini gipsum sebagai bahan bangunan digunakan untuk membuat papan gipsum dan profil pengganti eternit asbes. Papan gipsum profil adalah salah satu produk jadi setelah material gipsum diolah melalui proses pabrikasi menjadi tepung. Papan gipsum profil digunakan sebagai salah satu elemen dari dinding partisi dan plafon.
2.2 KELAPA SAWIT (ELAEIS GUINEENSIS JACQ) Kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq) adalah tumbuhan industri penting penghasil minyak masak, minyak industri, maupun bahan bakar (biodisel). Perkebunan menghasilkan keuntungan besar sehingga banyak hutan dan perkebunan lama dikonversi menjadi perkebunan kelapa sawit. Di Indonesia penyebarannya di daerah Aceh, pantai timur Sumatera, Jawa, dan Sulawesi. Kelapa sawit sangat besar potensinya di Indonesia dengan luas tanaman lebih dari 2,9 juta ha sehingga Indonesia merupakan negara produsen kelapa sawit terbesar di dunia setelah Malaysia. Dengan laju pertumbuhan sekitar 8,5% per tahun, diperkirakan Indonesia akan melewati Malaysia pada tahun 2014 nanti. Namun, pemanfaatan biomassa kelapa sawit masih belum efisien, terbatas hanya pada buah untuk memproduksi minyak, serta sampai pada tingkat tertentu, pada
Universitas Sumatera Utara
sabut, tandan, dan pelepah untuk memproduksi serat. Biomassa batang dari hasil regenerasi tanaman tua setelah berumur 25-30 tahun yang merupakan massa terbesar belum dimanfaatkan, melainkan hanya dibakar atau dibiarkan jadi tumpukan limbah yang menimbulkan berbagai dampak lingkungan dan gangguan. Salah satu limbah kelapa sawit yang mengandung lignoselulosa adalah batang. Batang sawit pada dasarnya merupakan bahan berkayu yang memiliki struktur relatif tidak seragam dan memiliki kesan struktur seperti kayu kelapa dengan konfigurasi serat lebih pendek. Pemanfaatan batang kelapa sawit sebagai subsitusi kayu tropis memiliki aspek lingkungan yang baik dalam kaitannya dengan upaya nasional dan internasional dalam penyelamatan hutan tropis. Secara umum terdapat beberapa hal yang kurang menguntungkan dari batang kelapa sawit dibandingkan dengan kayu biasa, yaitu kandungan air pada kayu segar kelapa sawit sangat tinggi (dapat mencapai 500%), kandungan zat pati sangat tinggi (pada jaringan parenkim dapat mencapai 45%), keawetan alami sangat rendah, kadar air keseimbangan relatif lebih tinggi. Selain itu, batang kelapa sawit juga memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan kayu lainnya, yaitu warna kayu lebih cerah dan seragam, tidak mengandung mata kayu, relatif tidak mempunyai sifat anisotropis, mudah dikeringkan dan mudah diberi perlakuan kimia (Balfas, 2003). 2.2.1 Komponen-komponen batang kelapa sawit Kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq) yaitu merupakan tumbuhan dari ordo : Palmales, family : Palmaceae, sub family : Cocoideae. Tumbuhan ini termasuk tumbuhan monokotil dengan ciri-ciri tidak memiliki kambium, pertumbuhan sekunder, lingkaran tahun, sel jari-jari, kayu awal, kayu akhir, cabang, mata kayu. Pertumbuhan dan pertambahan diameter batang berasal dari pembelahan secara keseluruhan dan pembebasan sel pada jaringan dasar parenkim serta pembesaran serat dari berkas pembuluh (Choon et al., 1991).
Universitas Sumatera Utara
Batang terdiri dari serat dan parenkim. Pohon kelapa sawit produktif sampai umur 25 tahun, ketinggian 9-12 meter dan diameter 45-65 cm yang di ukur pada ketinggian 1,5 meter dari permukaan tanah. Jika tanaman telah mencapai dari 12 meter sudah sulit untuk dipanen, maka pada umumnya tanaman di atas 25 tahun sudah diremajakan. Batang kelapa sawit memiliki jaringan parenkim dan serat (gambar 2.1).
Gambar 2.1. Penampang Melintang Batang Kelapa Sawit Komponen-komponen yang terkandung dalam kayu kelapa sawit adalah selulosa, lignin, parenkim, air, dan abu dan pati (Tomimura, 1992). Kandungan parenkim dan air meningkat sesuai dengan ketinggiannya. Tingginya kadar air menyebabkan kestabilan dimensi batang kelapa sawit rendah. Parenkim pada bagian atas pohon mengandung pati hingga 40 % ini menyebabkan sifat fisik dan mekanik batang kelapa sawit juga rendah, yaitu mudah patah, retak dan mudah diserang rayap (Tomimura, 1992). Kerapatan kayu batang kelapa sawit berkisar dari 0,2 g/ml sampai 0,6 g/ml dengan kerapatan rata-rata 0,37 g/ml (Lubis, A. U., 1994). Persentase kandungan dari kayu kelapa sawit dapat dilihat pada tabel 2.1.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.1. Persentase Komponen-Komponen Kayu Kelapa Sawit (Nasution, D. Y., 2001) Komponen
Kandungan %
Air
12,5
Abu
2,25
SiO2
0,48
Lignin
17,22
Hemiselulosa
16,81
á-selulosa
30,77
Pentosa
20,05
2.2.2 Sifat fisik kayu kelapa sawit Sifat fisik batang kelapa sawit meliputi kerapatan dan kadar air. 2.2.2.1 Kadar Air kayu kelapa sawit Kadar air batang kelapa sawit bervariasi antara 100-500%. Kenaikan kadar air yang bertahap ini di indikasikan terhadap ketinggian dan kedalaman posisi batang, yang bagian terendah dan luar batang memiliki nilai yang sangat jauh dengan 2 bagian batang lainnya. Kecenderungan kenaikan kadar air ini dapat dijelaskan dengan mempertimbangkan distribusi jaringan parenkim yang berfungsi menyimpan atau menahan lebih banyak air daripada jaringan pembuluh. Ketersediaan jaringan parenkim ini akan semakin berlimpah dari bagian luar batang ke bagian dalam/pusat batang (Choon, et al, 1991). Apabila kayu dikeringkan selama pengolahannya, semua cairan dalam rongga sel dikeluarkan. Tetapi rongga sel selalu berisi sejumlah uap air.
Universitas Sumatera Utara
2.2.2.2 Kerapatan batang kelapa sawit Karena sifat dasarnya yang merupakan jenis monokotil, kerapatan batang kelapa sawit memiliki nilai yang sangat bervariasi pada bagian yang berbeda dari batang kelapa sawit. Nilai kerapatan tersebut berkisar antara 200-600 kg/m3 3
dengan rata-rata 370 kg/m . Kerapatan batang kelapa sawit menurun terhadap ketinggian dan kedalaman bagian batang (Choon, et al, 1991). 2.2.3 Sifat mekanik batang kelapa sawit Sifat mekanik kayu kelapa sawit menggambarkan kerapatan batang baik pada arah radial maupun vertical, keteguhan lentur (MOE) dan keteguhan patah (MOR), tekan
sejajar
serat dan
kekerasan. Dari penelitian Bakar (2003)
diketahui bahwa batang kelapa sawit mempunyai sifat sangat beragam dari bagian luar ke bagian pusat batang dan sedikit bervariasi dari bagian pangkal ke ujung batang. Beberapa sifat penting dari batang kelapa sawit untuk setiap batang mulai tepi, tengah, pusat memiliki nilai berat jenis semakin menurun, bagian tepi berat jenis 350 kg/m3 , bagian tengah berat jenis 280 kg/m3 dan bagian pusat berat 3
jenisnya bernilai 200 kg/m . Sama halnya dengan nilai keteguhan lentur (MOE) dan keteguhan patah (MOR) semakin ke bagian pusat nilainya menunjukkan penurunan, tetapi sebaliknya dengan kadar air nilainya semakin bertambah. Batang kelapa sawit memiliki beberapa hal yang sangat menguntungkan di bandingkan dengan dengan kayu biasa, diantaranya harga kayu atau eksploitasi sangat rendah, warna kayu cerah dan lebih seragam, tidak mengandung mata kayu, relatif tidak memiliki sifat anisotropis, mudah diberi perlakuan kimia, mudah dikeringkan, pada bagian yang cukup padat (kerapatan, gr/cm3 ) tidak dijumpai perubahan
atau
kerusakan
fisik
yang
berarti. Tabel 2.2
membandingkan beberapa sifat mekanik kayu kelapa sawit dengan beberapa spesies kayu dan jenis monokotil.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2. Perbandingan sifat kayu kelapa sawit dengan beberapa jenis kayu (Bakar, 2003)
Kerapatan Spesies
(kering
MOE
oven) kg/m
3
(MPa)
MOR
Tekan
Kekerasan
(MPa)
(MPa)
(N)
Kayu kelapa 220-550
800-8000
8-45
5-25
350-2450
250-850
3100-114400
26-105
19-49
520-4400
Cegal
820
19600
149
75
9480
Kapur
690
13200
73
39
5560
Kayu Karet
530
530
58
26
4320
sawit (30 tahun) Kayu kelapa (60 tahun)
2.3
SEJARAH POLIURETAN Polimerisasi isosianat telah dipakai dalam industri terutama foam poliuretan
dan pengikat. Secara komersial isosianat pertama kali diproduksi awal tahun 1960-an dan berkembang kegunaannya pada industri : foam rigid dan lentur, elastomer, coating, dan adhesif. Di tahun 1991, rata-rata 2,6 juta pon isosianat diproduksi di dunia (Galbarait C.J dan Newman, 1992).
Universitas Sumatera Utara
Usaha menciptakan polimer poliuretan pertama kali dirintis oleh Otto Bayer dan rekan-rekannya pada tahun 1973 di labolatorium I.G. Farben di Leverkusen, Jerman. Mereka menggunakan prinsip polimerisasi adisi untuk menghasilkan poliuretan dari diisosianat cair dan polieter cair atau diol poliester seperti menunjuk ke berbagai kesempatan spesial, khususnya saat dibandingkan dengan berbagai plastik yang dihasilkan dari olefin, atau dengan polikondensasi. Awalnya, usaha difokuskan pada produksi serat dan busa yang fleksibel. Kendati pengembangan terintangi oleh Perang Dunia II (saat itu poliuretan digunakan dalam skala terbatas sebagai pelapisan pesawat), poliisosianat telah menjadi tersedia secara komersial sebelum tahun 1952. Produksi komersialnya busa poliuretan yang fleksibel dimulai pada 1954, didasarkan pada toluena diisosianat (TDI) dan poliol poliester. Penemuan busa ini (yang awalnya dijuluki keju Swiss imitasi oleh beberapa penemu) adalah berkat jasa air yang tak sengaja dicampurkan ke dalam campuran reaksi. Bahan-bahan ini digunakan pula untuk memproduksi busa kaku, karet gom, dan elastomer. Cara simultan interpenetrasi jaringan polimer menggabungkan antara isosianat dan lignin (Sperling, 1994). Peneliti menggunakan isosianat dalam pembentukan interpenetrasi jaringan polimer sehingga menghasilkan bahan polimer baru yang kaya akan sifat fisik dan mekanik.
2.3.1 Polimerisasi isosianat sebagai pengikat kayu Perekat merupakan salah satu faktor yang mempunyai keberhasilan dalam pembuatan papan partikel. Pemilihan jenis dan banyaknya perekat yang dibutuhkan sangat penting untuk diperhatikan. Suatu bahan perekat tergantung pada jenis papan partikel yang akan dibuat. Beberapa istilah lain dari perekat yang memiliki kekhususan meliputi glue, mucilage, pasta, dan cement. Glue merupakan perekat yang terbuat dari protein hewani, seperti kulit, kuku, urat, otot dan tulang yang secara luas digunakan dalam industri pengerjaan kayu. Mucilage merupakan perekat yang dipersiapkan dari getah dan air dan diperuntukkan terutama untuk merekat kertas.
Universitas Sumatera Utara
Paste merupakan perekat pati (strach) yang dibuat melalui pemanasan campuran pati dan air dan dipertahankan berbentuk pasta. Cement merupakan istilah yang digunakan untuk perekat yang bahan dasarnya karet dan mengeras melalui pelepasan pelarut (Ruhedi, 1997). Isosianat merupakan salah satu perekat yang dapat digunakan dalam pembuatan papan biokomposit. Perekat ini tergolong dalam kategori perekat termosetting, karena tidak dapat kembali kebentuk semula apabila diaplikasikan kebahan yang digunakan (Vick, C. B. 1999). Isosianat adalah perekat yang memiliki kekuatan yang lebih tinggi daripada perekat lainnya. Isosianat bereaksi bukan hanya dengan aquarous tetapi juga dengan kayu yang menghasilkan ikatan kimia yang kuat sekali (chemical bonding). Isosianat juga memiliki gugus kimia yang sangat reaktif, yaitu R-N=C=O. Keunikan perekat isosianat adalah dapat digunakan pada variasi suhu yang luas, tahan air, panas, cepat kering, Ph netral dan kedap terhadap pelarut organik (Ruhedi S.,2007).
2.3.2 Keunggulan dan masalah dari pemakaian isosianat PF telah mendominasi penjualan resin untuk aplikasi eksterior, kini isosianat telah mulai menggantikan kedudukan resin PF. Inovasi dan kreasi baru telah membuat kompetisi pemakaian kedua resin ini. Hampir 20 tahun belakangan ini, penyelidikan kayu komposit secara intensif telah dapat meningkatkan sifat-sifat mekanik dan fisik dari kayu secara signifikan, di samping itu dari segi penampilan juga bertambah menarik dan bagus kelihatannya. Telah dibuktikan isosianat dapat dimatangkan pada suhu yang lebih rendah. Galbarait C.J dan Newman (1992) telah membandingkan kecepatan pematangan antara PF dan isosianat, menunjukkan isosianat jauh lebih cepat matang, ini karena reaksi isosianat jauh lebih reaktif. Sementara itu PF dapat dimatangkan melalui reaksi kondensasi walaupun resin ini masih mengandung air, berbeda dengan isosianat kondisi reaksi polimerisasi diharapkan tidak mengandung air.
Universitas Sumatera Utara
Galbarait C.J (1992) telah mempelajari reaksi kenetika dengan menggunakan Differential Scanning Calorimetri (DSC), mereka menggunakan kayu fiber dengan pola membandingkan menggunakan isosianat dan PF. Hasil menunjukkan PF memerlukan energi yang lebih tinggi untuk terjadinya pematangan. Isosianat dapat mulai bereaksi pada temperatur yang rendah, jika dibandingkan dengan UF yang telah diketahui cepat matang ternyata lebih lamban daripada isosianat. Galbarait C.J (1992) menyatakan reaksi yang dapat dilakukan pada suhu rendah adalah salah satu keunggulan dari pemakaian isosianat. Suhu transisi gelas (Tg) dari lignin kira-kira 110°C dan PF membuktikan pematangan pada suhu 177°C. Sementara itu isosianat dapat dimatangkan pada suhu jauh lebih rendah (suhu kamar) dengan waktu yang lebih cepat dan sifat ini tidak dimiliki oleh resin konvensional lain. Dalam bentuk kayu komposit isosianat memberikan sifat-sifat mekanik jauh lebih baik dibandingkan resin PF. Dengan pemakaian isosianat 3% menunjukkan sifat mekanik yang lebih baik dibandingkan pemakaian PF 10%. 2.3.3 Polimerisasi isosianat Polimerisasi isosianat telah dipakai dalam industri terutama foam poliuretan dan pengikat. Secara komersil isosianat pertama kali diproduksi awal tahun 1960an dan berkembang penggunaannya pada industry : foam rigit dan lentur, elastomer, coating dan adhesive. Di tahun 1991 rata-rata 2,6 juta ton isosianat di produksi di dunia (Galbarait C.J dan Newman, 1992). Isosianat yang umum digunakan dan telah dipasarkan adalah Toluena Diisosianat (TDI), Difenilmetana Diisosianat (DMI) dan Naptalena–1,5–diisosianat (NDI). Isosianat merupakan monomer yang utama dalam pembentukan poliuretan, mempunyai reaktivitas yang sangat tinggi, khususnya dengan reaktan nukleofil. Reaktivitas gugus –N=C=O ditentukan oleh sifat positif dari atom karbon dalam ikatan rangkap kumulatif yang terdiri dari N, C, dan O.
Universitas Sumatera Utara
Dalam pembentukan polimerisasi isosianat juga dapat bereaksi sesamanya (Hepburn, C., 1991) seperti :
R-N-C=O
R-N=C-O
R-N=C=O
Isosianat
Gambar 2.2. Reaksi Polimerisasi Isosianat
Pada dasarnya kumpulan R–N=C=O mempunyai kemampuan untuk bereaksi dengan berbagai senyawa khususnya yang mengandung gugus hidrogen seperti air, amina, alkohol, dan asam. Isosianat memiliki dua sisi reaktif pada atom karbon dan pada atom nitrogen, sehingga monomer ini sangat reaktif dengan senyawa yang mengandung gugus hidroksil baik yang bersifat alifatis, siklik maupun gugus aromatik. Polimerisasi isosianat adalah resin yang sangat menarik dalam penelitian ini, isosianat menjadi lebih penting akhir-akhir ini karena kegunaannya sebagai pengikat kayu, awalnya pengikatan berorientasi pada penggunaan papan partikel dan kayu komposit. Kelebihan lain dari isosianat adalah mampu dimatangkan (curet) pada suhu rendah maupun tinggi untuk terjadinya peningkatan sifat fisis dan mekanik sekaligus tahan terhadap goresan dan tidak mengandung emisi seperti formaldehid (Galbarait C.J, 1992). Isoasianat dapat bereaksi dengan hidroksil kayu membentuk uretan linkage, secara pasti mekanisme ikatan kimia dipengaruhi oleh kondisi pematangan. Di samping itu kayu terdiri dari tiga perbedaan polimer yang terdiri primer, sekunder alifatis, dan aromatis hidroksil, dan juga isosianat dapat berpenetrasi ke dalam pori-pori kayu yang paling dalam (Frazier, 1998), sehingga ikatan kimia yang terbentuk mampu menghasilkan aplikasi yang potensial dalam kegunaannya.
Universitas Sumatera Utara
Mekanisme reaksi isosianat dengan kumpulan hidroksil atau hidroksil dari kayu ditentukan menurut reaktivitas kumpulan hidroksil itu sendiri, walaupun reaktivitas kumpulan hidroksil itu bermacam-macam, akan tetapi secara umum reaksi dengan isosianat adalah :
R dan R' = grup alipatik atau aromatik Gambar 2.3. Reaksi Isosianat dengan Poliol 2.3.4 Poliol Poliol merupakan senyawa organik yang memiliki gugus hidroksil lebih dari satu dan dalam industri material sangat luas digunakan baik sebagai bahan pereaksi maupun additive. Senyawa poliol dapat diperoleh langsung di alam seperti amilum, selulosa, sukrosa dan lignin ataupun olahan industri. Gugus hidroksi pada senyawa organik dapat meningkatkan sifat hidrofil karena disamping gugus fungsi yang aktif bereaksi dengan berbagai pereaksi untuk menghasilkan senyawa baru juga dapat berinteraksi baik melalui dipoldipol yang terbentuk maupun melalui ikatan hidrogen dengan gugus hidrofil dari senyawa lain. Gugus hidroksil yang tidak terikat memberikan sifat hidrofil sedangkan gugus hidroksil yang terikat baik sebagai ester, eter dapat mengubah senyawa tersebut menjadi lipofil. Adanya sifat hidrofil dan lipofil menyebabkan senyawa poliol banyak digunakan sebagai surfaktan dalam makanan, kosmetik maupun keperluan farmasi seperti obat-obatan (Jung, S., dkk, 1998). Di samping isosianat, senyawa dengan berbagai fungsi hidroksil merupakan komponen penting dalam pembentukan poliuretan. Senyawa dengan berat molekul rendah seperti etilen glikol, butandiol, trimetil propana lazim digunakan sebagai agen pemanjang rantai atau jaringan. Poliol dengan berat molekul tinggi
Universitas Sumatera Utara
Poliol dengan berat molekul tinggi seperti polieter dan poliester dengan berat molekul rata-rata 8 x 103 (Helen, 1970) merupakan poliol yang umum digunakan dalam polimerisasi uretan. Salah satu jenis polieter yang telah dipasarkan oleh Bayer (Schadete, 1985) adalah
polipropilen
glikol
dengan
berat
molekul
rata-rata
2000.
Apabila digunakan berat molekul poliol yang lebih tinggi maka akan didapati kekuatan
regangan
dan
modulus
yang
tinggi
(Frisch,
1969).
Untuk polietilen glikol (PEG) memiliki berat molekul yang bervariasi di antaranya PEG 400, 1000, 3000 dan 6000.
2.3.5 Poliuretan Poliuretan terbentuk dari polimerisasi dengan memilih isosianat yang sesuai untuk dapat bereaksi dengan poliol atau gugus hidroksil karena akan dapat menentukan hasil akhir, seperti terbentuknya rangkaian biuret, urea, uretan dan alopanat. Para peneliti terdahulu (Ngayen, 1986) telah mencoba berbagai isosianat yang berbeda untuk mendapatkan hasil akhir poliuretan yang diinginkan. Isosianat yang umum digunakan dan telah dipasarkan adalah Toluena Diisosianat (TDI), Difenilmetan Diisosianat (DMI), Naptalena–1,5–diisosianat (NDI) dan lain-lain. Toluena memiliki senyawa dasar toluena, terdiri dari dua jenis isomer 2,4 (80%) dan isomer 2,6 ( 20%), yang merupakan isosianat biasa untuk pembuatan poliuretan busa tahan lentur. Jenis kedua adalah TDI dengan campuran 65% isomer 2,4 dan 35% isomer 2,6. TDI ini memiliki reaktivitas berbeda yang mana kedudukan 4-isosianat adalah lebih reaktif daripada 2 atau 6 isosianat, atau dapat dinyatakan gugus NCO pada kedudukan 4 adalah sepuluh kali lebih reaktif dari letak 2 atau 6 pada suhu kamar (Frisch, 1974). TDI dapat bereaksi dengan gugus fungsi dalam resin poliester dan juga mampu bereaksi dengan air membentuk karbon dioksida yang merupakan hasil sampingan dalam pembentukan ikatan urea (Thomas, 1982).
Universitas Sumatera Utara
2.4 PENGUJIAN FISIK Perlakuan fisik mengubah struktur dan sifat permukaan dari serat dan mempengaruhi ikatan mekanis dengan polimernya, yang termasuk sifat fisik adalah pengujian densitas dan daya serap air. 2.4.1 Densitas Densitas merupakan ukuran kepadatan dari suatu material. Ada dua macam densitas yaitu : Bulk Density dan true density. Bulk density adalah densitas dari suatu sampel yang berdasarkan volume bulk atau volume sampel yang termasuk dengan pori-pori atau rongga yang ada pada sampel tersebut. Pengukuran bulk density untuk bentuk yang tidak beraturan ditentukan dengan Metode Archimedes yaitu dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (JIS A 5908-2003) :
ñbenda
=
MK x ñ H2O ……………… MK M kp ) (Msg -
(2.1)
Dengan : Mk
= Massa kering benda
Msg
= Massa sampel gantung
Mkp
= Massa kawat penggantung
2.4.2 Daya serap air Daya serap air suatu papan partikel dipengaruhi oleh jenis partikelnya. Menurut Siagian (1983), semakin besar tekanan kempa, suhu kempa dan kombinasi keduanya maka makin kecil daya serap air papan serat. Perbedaan daya serap papan serat terhadap air berhubungan dengan kerapatan papan yang berbanding terbalik dengan daya serap terhadap air. Semakin besar kerapatan papan maka makin kecil daya serapnya terhadap air. Daya serap air papan serat berkisar antara 14% - 67% dan nilai rataan daya serap air terbesar terdapat pada kombinasi suhu 150 oC dengan tekanan kempa 2
0 kg/cm yaitu 65,6%, sedangkan daya serap air terkecil terdapat pada kombinasi suhu 190 oC dengan tekanan kempa 60 kg/cm2 yaitu 14,8% (Siagian, 1983).
Universitas Sumatera Utara
Pengukuran daya serap air dilakukan dengan mengukur massa awal (B1 ), kemudian direndam dalam air selama 24 jam. Setelah dilakukan perendaman selama 24 jam, kemudian diukur kembali massanya (B2 ). Nilai daya serap air papan partikel dapat dihitung berdasarkan rumus ( JIS A 5908-2003) : B B1 x 100 % B1
2 Daya Serap Air (%) =
Dengan : B1
= Massa awal (gr)
B2
= Massa Akhir (gr)
…………………...
(2.2)
2. 5 PENGUJIAN MEKANIK Pengujian mekanik berhubungan dengan ukuran kemampuan papan untuk menahan gaya luar yang bekerja padanya, yang termasuk ke dalam sifat mekanis papan partikel adalah kekuatan impak, kekuatan tarik, kuat lentur (Modulus of Elasticity/MOE) dan keteguhan patah. 2.5.1 Kekuatan impak Kekuatan material terhadap beban kejut dapat diketahui dengan cara melakukan uji impak. Dari hasil pengujian akan dapat diperoleh tingkat kegetasan material tersebut. Kekuatan impak komposit rata-rata masih dibawah kekuatan impak logam. Kekuatan impak komposit sangat tergantung pada ikatan antar molekulnya semakin kuat ikatan antar molekulnya maka akan semakin tinggi pula kekuatan impaknya. Skala Pemukul
Skala
Pemukul
Sampel Sampel
(a) Gambar 2.4. (a) Alat Uji Impak
(b) (b) Simulasi Alat Uji Impak
Universitas Sumatera Utara
Pengujian impak komposit dapat dilakukan dengan dua metode, yaitu flat impact method (impak depan) dan edge impact method (impact samping). Pengujian impak dari samping akan menghasilkan kekuatan impak yang lebih rendah dibandingkan dengan pengujian dari depan. Pada penelitian ini menggunakan metode flat impact method, hal ini dilakukan karena pertimbangan aplikasinya sebagai dinding panel interior. Untuk pengujian impak core kayu Sengon Laut mengacu pada standar ASTM uji impak material plastik. Hal ini dikarenakan belum ditemukannya standar uji impak izod untuk material kayu. Pada pengujian impak, energi yang diserap oleh benda uji saat diberi beban kejut oleh pendulum dapat diketahui dengan persamaan 2.3 (Instruction Manual Toyo Seiki Izod impact tester ). a b + é ù æ ö ' WR 0,098067ê cos b cos a cos a cos a E ( ) ( ) … (2.3) ç '÷ serap = ú a a + è ø ë û Eserap = energi serap, (J) W
= berat pendulum, (N)
R
= jarak pendulum terhadap titik poros, (cm)
á
= sudut pendulum pada posisi pengujian, (º)
â
= sudut ayun pendulum pada sisi sebelah setelah menghantam spesimen, (º)
á’
= sudut ayun pendulum dari posisi sudut á, tanpa spesimen, (º)
Dengan mengetahui besarnya energi yang diserap oleh material maka kekuatan impak benda uji dapat dihitung sesuai persamaan 2.4 (Instruction Manual Toyo Seiki Izod impact tester). E serap Kekuatan Impak (ó) = …….………………… A Dimana : (ó)
= Kekuatan Impak ( J/mm2 )
A
= luas (mm2 )
(2.4)
Universitas Sumatera Utara
2.5.2 Kekuatan tarik Kekuatan tarik banyak dilakukan untuk melengkapi informasi rancangan dasar kekuatan suatu bahan dan sebagai data pendukung bagi spesifikasi bahan. Pada uji tarik benda uji diberi beban gaya tarik sesumbu yang bertambah secara kontinu, bersamaan dengan itu dilakukan pengamatan mengenai perpanjang yang dialami benda uji dengan extensometer (pengukuran regangan), terlihat pada Gambar 2.5. beban sel Blok stabil
Blok bergerak
Gambar 2.5. Skema pengujian tarik dengan UTM Tegangan yang didapatkan dari kurva tegangan teoritik adalah tegangan yang membujur rata-rata dari pengujian tarik. Tegangan tersebut diperoleh dengan cara membagi beban dengan luas awal penampang lintang benda uji itu. s = P / Ao
................................
(2.5)
Regangan yang didapatkan adalah regangan linear rata-rata, yang diperoleh dengan cara membagi perpanjangan (gage length) benda uji (d atau D L), dengan panjang awal. e= d / Lo = D L/ Lo = ( L - Lo ) / Lo
..................... (2.6)
Karena tegangan dan regangan diperoleh dengan cara membagi beban dan perpanjangan dengan faktor yang konstan, kurva beban – perpanjangan akan mempunyai bentuk yang sama seperti pada gambar 2.6 kedua kurva sering dipergunakan.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.6. Kurva Tegangan Regangan teknik (s -e ) Bentuk dan besaran pada kurva tegangan-regangan suatu logam tergantung pada komposisi, perlakukan panas, deformasi plastis yang pernah dialami, laju regangan, temperatur, dan keadaan tegangan yang menentukan selama pengujian. Parameter-parameter yang digunakan untuk menggambarkan kurva teganganregangan logam adalah kekuatan tarik, kekuatan luluh atau titik luluh, persen perpanjangan, dan pengurangan luas. Parameter pertama adalah parameter kekuatan, sedangkan yang kedua menyatakan keuletan bahan.
Universitas Sumatera Utara
2.5.3 Kuat lentur (Modulus of Elasticity/MOE) Pengujian Modulus of Elasticity (MOE) dilakukan bersama-sama dengan pengujian keteguhan patah dengan memakai contoh uji yang sama. Besarnya defleksi yang terjadi pada saat pengujian dicatat pada setiap selang beban tertentu. Contoh uji yang digunakan berukuran (12 x 2 x 0,6) cm pada kondisi kering udara dengan pola pembentukan seperti gambar berikut :
S
(a)
(b)
Gambar 2.7 (a) Pembebanan Pengujian MOR dan MOE (b) Defleksi yang terjadi pada saat pengujian Hasil pengujian kuat lentur pada papan partikel dapat diperoleh sesuai dengan persamaan ( JIS A 5908-2003) : MOE
S3 . B = 4 l t3 D
………………………….
(2.7)
Dengan : MOE = Modulus of Elasticity (Modulus Lentur) (kg/cm2 ) B
= Beban sebelum batas proporsi (kg)
S
= Jarak sangga (cm)
D
= Lenturan pada beban (cm)
l
= Lebar sampel uji (cm)
t
= Tebal sampel uji (cm)
Universitas Sumatera Utara
2.5.4 Keteguhan patah (Modulus Of Rupture/MOR) Pengujian Modulus Of Rupture (MOR) dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Mechine. Nilai MOR dapat dihitung dengan rumus ( JIS A 5908-2003) : 3. B . S MOR = 2 l t2
……………………………..
(2.8)
Dengan : MOR = Modulus of Rupture (Modulus patah) (kg/cm2 ) B
= Beban maksimum (kg)
S
= Jarak sangga (cm)
l
= Lebar sampel uji (cm)
t
= Tebal sampel uji (cm) Penekan
Sampel yang di uji
Penyangga
Gambar 2.8 Uji MOE dan uji MOR 2.6 Prinsip Alat Thermal Analyzer (DTA) Menurut International Conferenderation for Thermal Analisys, bahwa analisis termal adalah metode untuk menganalisis suatu material apabila diberikan perlakuan temperatur. Prinsip dari Differential Thermal Analyzer (DTA) adalah mengukur perubahan temperatur (? T) antara temperatur acuan/pembanding
sampel dengan temperatur
(referensi) dan sebagai bahan acuan/pembanding
(referensi)
adalah material yang stabil (inert) terhadap perubahan temperatur dan lingkungan atmosfer (Speyer, 1994), oleh karena itu DTA mendeteksi perubahan panas yang terjadi.
Pada DTA panas yang diabsorbsi dan dipancarkan oleh sistem dapat
diselidiki dengan mengukur perbedaan temperatur antara keduanya.
Universitas Sumatera Utara
Prinsip dasar dari thermal analyzer atau DTA adalah apabila dua buah krusibel dimasukkan kedalam tungku DTA secara bersamaan, krusibel yang berisi Sampel ditempatkan disebelah kiri dan krusibel Referensi/acuan (pembanding) disebelah kanan, kemudian kedua krusibel tersebut dipanaskan dengan aliran panas yang sama besar seperti yang terlihat pada Gambar 2.9, akan terjadi penyerapan panas yang berbeda oleh kedua krusibel tersebut.
V
Gambar 2.9. Sistem Pemanasan dalam Tungku DTA Keterangan : S
: Krusibel yang berisi sampel (gram)
R
: Krusibel referensi/pembanding (gram)
V : Aliran panas Besarnya perbedaan penyerapan panas yang terjadi disebabkan oleh perbedaan temperatur yang menyebabkan terjadinya suatu reaksi endotermik. Apabila temperatur Sampel (TS) lebih besar dari temperatur pembanding (TR) maka yang terjadi adalah reaksi eksotermik tetapi apabila temperatur Sampel (TS) lebih kecil dari pada temperatur pembanding (TR) maka reaksi perubahan yang terjadi adalah reaksi endotermik. Hal tersebut dapat dijelaskan bahwa terjadinya reaksi eksotermik disebabkan oleh suatu bahan mengalami perubahan fisika atau kimia dengan mengeluarkan sejumlah panas yang mengakibatkan kenaikan (T S) lebih besar dari (TR).
Universitas Sumatera Utara
Sedangkan terjadinya reaksi endotermik disebabkan oleh terjadinya perubahan fisika atau kimia yang dialami oleh suatu bahan dengan menyerap sejumlah panas yang mengakibatkan
(TS)
lebih
kecil
dari
(TR)
seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2.10.
Eksotermik
Endotermik
-
Gambar 2.10. Kurva Ideal Differential Thermal Analysis (DTA) Keterangan : Eksotermik
: Bila dalam pengamatan ternyata temperatur bahan acuan/ Referensi/pembanding (TR) lebih rendah daripada temperatur sampel (TS) maka diperoleh perubahan temperatur (? T) positif. atau reaksi eksotermik disebabkan oleh suatu bahan mengalami perubahan fisika atau kimia dengan mengeluarkan sejumlah panas yang mengakibatkan kenaikan (TS) lebih besar dari (TR).
Endotermik
: Bila dalam pengamatan ternyata temperatur bahan acuan/ Referensi/pembanding (TR) lebih tinggi daripada temperatur sampel (TS) maka diperoleh perubahan temperatur (? T) negatif. atau reaksi endotermik disebabkan oleh terjadinya perubahan fisika atau kimia bahan mengalami yang dialami oleh suatu bahan dengan menyerap sejumlah panas yang mengakibatkan (TS) lebih kecil dari (TR )
Universitas Sumatera Utara