IMPREGNASI KAYU KELAPA SAWIT DENGAN MENGGUNAKAN ASAP CAIR TEMPURUNG KELAPA, STIRENA, DAN TOLUENA DIISOSIANAT (TDI)

IMPREGNASI KAYU KELAPA SAWIT DENGAN MENGGUNAKAN ASAP CAIR TEMPURUNG KELAPA, STIRENA, DAN TOLUENA DIISOSIANAT (TDI) TESIS

Oleh

KARTIKA OKTA PURNAMA 077006023/KM

SEKOLAH PASCA SARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

IMPREGNASI KAYU KELAPA SAWIT DENGAN MENGGUNAKAN ASAP CAIR TEMPURUNG KELAPA, STIRENA, DAN TOLUENA DIISOSIANAT (TDI)

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Untuk memperoleh Gelar Master Sains dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh KARTIKA OKTA PURNAMA 077006023/KM

SEKOLAH PASCA SARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009 Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

Judul Tesis

Nama Nomor Pokok Program Studi

: IMPREGNASI KAYU KELAPA SAWIT DENGAN MENGGUNAKAN ASAP CAIR TEMPURUNG KELAPA, STIRENA, DAN TOLUENA DIISOSIANAT (TDI) : Kartika Okta Purnama : 077006023 : Ilmu Kimia

Menyetujui Komisi Pembimbing

Ketua

(Dr. Minto Supeno, MS)

Anggota

(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD)

Ketua Program Studi,

Direktur,

(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD)

(Prof. DR. Ir. T. Chairun Nisa B, MSc)

Tanggal lulus : 22 Juni 2009


Telah diuji pada Tanggal 22 Juni 2009

PANITIA PENGUJI TESIS Ketua

: Dr. Minto Supeno, MS

Anggota

: 1. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 2. Prof. Dr. Harry Agusnar, MSc, M.Phil 3. Dr. Pina Barus, MS 4. Dr. Marpongahtun, MSc


PERNYATAAN

IMPREGNASI KAYU KELAPA SAWIT DENGAN MENGGUNAKAN ASAP CAIR TEMPURUNG KELAPA, STIRENA, DAN TOLUENA DIISOSIANAT (TDI)

TESIS

Dengan ini Saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi dan sepanjang pengetahuan Saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan sumbernya dalam daftar pustaka.

Medan, 12 Juni 2009 Penulis,

Kartika Okta Purnama


RINGKASAN Kayu kelapa sawit (KKS) telah diimpregnasi menggunakan asap cair tempurung kelapa ‘cocos nucifera’, stirena, dan toluena diisosianat (TDI) dengan metode perendaman. Sifat fisik dan mekanik KKS mengalami perubahan yang dilihat dari hasil uji karakteristik SEM, DTA, FT-IR serta uji patah (MOR) dan uji tarik (MOE). Analisa SEM menunjukkan terjadinya perubahan pada permukaan KKS dengan bertambah meratanya daerah terang pada permukaan KKS setelah proses impregnasi. Analisa DTA memperlihatkan terjadinya peningkatan sifat termal KKS awal sebesar 280oC menjadi 310oC setelah impregnasi. Analisa FT-IR memperlihatkan adanya perubahan yang cukup berarti pada gugus fungsi KKS sebelum dan setelah impregnasi. Serapan pada bilangan gelombang 3423,66 cm-1 (merupakan gugus –OH dari sellulosa KKS), serapan pada 1699,79; 1640,11; dan 1604,17 cm-1 (merupakan gugus C=O) serta serapan pada 3787,60 cm-1 (merupakan gugus –NH). Banyaknya serapan yang menunjukkan gugus C=O dan –NH memperlihatkan ciri khas dari keberadaan senyawa poliuretana didalam KKS. Serapan pada 1559,35; 1542,03; dan 1537,29 cm-1 (merupakan cincin aromatik) dan serapan pada 2948,24 cm-1 (merupakan –CH alifatik). Banyaknya serapan pada cincin aromatik dan CH alifatik diprediksikan sebagai terbentuknya senyawa polistirena didalam KKS terimpregnasi. Rata-rata nilai MOE dan MOR menjadi 94.959,223 kg/cm2 dan 520,91 kg/cm2 termasuk kedalam klasifikasi kayu kelas-III sesuai SNI kayu no. 03-3527-1994. Kata kunci : kayu kelapa sawit (kks), impregnasi, sifat fisik dan mekanik.


ABSTRACT The palm wood is impregnated by using liquid smoke of coconut shell, styrene, dan toluene diisocyanate (TDI) to see the change of mechanical and physical properties. The test is done by SEM, DTA, FT-IR, and MOE-MOR. The SEM is done to analize the palm wood’s sample surface. Where in the test result before and after in the surface, there is a concrete difference, so that it can be said that the impregnation material has been suck in and difused into the palm wood. The DTA test is done to see the thermal defension of the material used. In the pre test result it has 280oC of thermal defension while in the post test increased to 310oC. The FT-IR test is done to see the change of function coloni of palm wood before and after the test, which are : 3423,66 cm-1(the –OH coloni of palm wood sellulose), 1699,79; 1640,11; dan 1604,17 cm-1 (C=O coloni) and 3787,60 cm-1 (–NH coloni). The C=O and –NH coloni showed the specific character of poliuretane in the palm wood. The point of 1559,35; 1542,03; dan 1537,29 cm-1 (aromatics ring) and 2948,24 cm-1 ( – CH alifatic). Aromatics ring and aliphatic -CH was predicted as polystyrene in the KKS. The sample before and after the test is absolutely seen that there is the difference of function colony which tell that the three materials have been sucked in and difused into the palm wood. The point of tensile test (MOE) and compressed test (MOR) is increased to 94.959,223 kg/cm2 dan 520,91 kg/cm2. It can be seen that there is a development of mechanical properties before and after the test to be classIII as the wood SNI no. 03-3527-1994. Key words : palm wood, impregnated, mechanical and physical properties.


UCAPAN TERIMAKASIH

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan karuniaNya sehingga penulisan tesis ini dapat terselesaikan tepat pada waktunya. Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Pemerintah Provinsi Sumatera Utara c.q. BAPPEDA Provinsi Sumatera Utara yang telah memberikan bantuan finansial selama perkuliahan, sehingga meringankan beban penulis dalam menyelesaikan tesis ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Chairuddin P. Lubis, DTM&H., Sp.A (K) atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program Magister. Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, MSc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. Wakil Kepala Biro Keuangan Pemerintah Provinsi Sumatera Utara, H.M. Ilyas Hasibuan atas perhatian dan bantuan yang diberikan kepada penulis dalam mempertahankan bantuan finansial dari Pemerintah Provinsi Sumatera Utara. Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya penulis ucapkan kepada :


1. Dr. Minto Supeno, MS dan Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD selaku ketua dan anggota komisi pembimbing serta Dr. Thamrin, MSc selaku pengarah lapangan yang telah banyak memberikan saran, bimbingan dan dorongan kepada penulis hingga akhir penulisan tesis ini. 2. Prof. Dr. Harry Agusnar, MSc, M.Phil dan Dr. Pina Barus, MS serta Dr. Marpongahtun, MSc selaku dosen pembanding atas segala saran dan masukan yang diberikan guna penyempurnaan tesis ini. 3. Ketua dan Sekretaris Program Studi Ilmu Kimia beserta seluruh Staf dosen dan tata usaha pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara atas segala perhatian dan bantuan yang diberikan kepada penulis hingga akhir penulisan tesis ini. 4. Kepala Laboratorium Kimia Polimer FMIPA USU beserta Staf yang telah memberikan bantuan fasilitas dalam melakukan penelitian. 5. Bapak/Ibu rekan-rekan guru angkatan ’07 pada Program Studi Ilmu Kimia Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara atas perhatian, dukungan, bantuan dan motivasi selama mengikuti perkuliahan. 6. Ketua Yayasan Hajjah Rachmah Nasution, Abdul Manan Muis dan Kepala Sekolah Swasta Al Azhar Medan, Drs. Syafrudin Lubis atas izin yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti ujian masuk Sekolah Pascasarjana Universits Sumatera Utara. 7. Rekan-rekan Guru SMA Swasta Al Azhar Medan, khususnya Unit Reguler


atas doa dan dukungannya kepada penulis. 8. Walikota Tanjungbalai, Dr. Sutrisno Hadi, SpOG dan Kepala BKD Kota Tanjungbalai, Hj. Darwati, SH serta Kepala bidang Diklat BKD Kota Tanjungbalai, Syahrul Effendi, SH beserta seluruh staf dan pegawai BKD Kota Tanjungbalai. Kepala Dinas Pendidikan dan Kebudayaan Kota Tanjungbalai, Drs. H.Hamlet Sinambela, MPd, dan Kepala SMA Negeri-7 Tanjungbalai, Drs. Wahiddin Hasibuan atas perhatian dan izin mengikuti perkuliahan yang diberikan kepada penulis. 9. Rekan-rekan guru SMA Negeri-7 Tanjungbalai beserta Staf tata usaha atas doa dan dukungannya kepada penulis hingga selesainya tesis ini. 10. Orangtua tercinta : Ayahanda Drs. Asmuni Manurung dan Ibunda Nurhijjah Siregar, S.Ag yang telah dengan sabar dan telaten dalam mengasuh dan membesarkan penulis, terima kasih yang tak terhingga atas segala doa, dukungan, bantuan, bimbingan yang penulis terima selama ini. Semoga Allah SWT membalas jasa Ayah dan Ibu dan melimpahkan rahmat dan karuniaNya kepada kita. 11. Kakanda Eka Dharmayanti Manurung, S.Si/suami, Hamzah Harahap, ST dan Abanganda Dharmansyah, SP. Kakanda Noni Anita Putri, AMKeb/suami, M.Taher Sinaga, SH dan Abanganda Hasrul Abdi Hasibuan, S.Si atas doa dan dukungannya kepada penulis. 12. Keponakan-keponakan tersayang : M. Faiz Fadillah Harahap, M. Farhat


Sinaga, Nadya Hafiza Harahap, dan Naila Fijri Aisha Sinaga atas kelucuan dan hiburan yang diberikan, semoga menjadi anak yang soleh dan solehah.

Penulis menyadari bahwa tesis ini masih banyak kekurangan dan kesalahan, oleh karenanya penulis mengharapkan masukan dan saran yang sifatnya membangun dari pembaca demi kesempurnaan tesis ini. Akhir kata penulis berharap semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan. Amin.

Hormat Penulis,

Kartika Okta Purnama


RIWAYAT HIDUP Biodata Nama : Kartika Okta Purnama Tempat/Tangga Lahir : Medan, 17 Oktober 1983 Jenis Kelamin : Perempuan Alamat : Jln. Rawa Gg. Hidayah/Danau Poso No.5 Medan Telp. : 061 7344878 HP : 081533104151 Riwayat Pendidikan 1989-1995 1995-1998 1998-2001 2001-2005 2007-2009

: SD Negeri No.060795 Medan : SLTP Negeri 3 Medan : SMA Negeri 5 Medan : S-1 Universitas Negeri Medan Jurusan Kimia Program Studi Pendidikan Kimia : S-2 Universitas Sumatera Utara Program Studi Imu Kimia

Pengalaman Kerja 2002-2006 : Asisten Pembimbing Praktikum pada Laboratorium Kimia FMIPA Universitas Negeri Medan 2006-2008 : Guru Bidang Studi Kimia pada SMA Swasta Al Azhar Medan 2008- saat ini : Guru Bidang Studi Kimia pada SMA Negeri 7 Tanjungbalai Keluarga Nama Ibu : Nurhijjah Siregar, S.Ag Nama Ayah : Drs. Asmuni Manurung Saudara Kandung : • Eka Dharmayanti Manurung, S.Si • Dharmansyah, SP • Noni Anita Putri, AmKeb.


DAFTAR ISTILAH

kks

= kayu kelapa sawit

sellulosa

= stuktur dasar sel tanaman yang tersusun oleh unit selebiosa

hemisellulosa

= polimer heteropolisakarida yang disusun oleh sekitar 200 monomer

lignin

= senyawa polimer aromatik yang sebagian besar larut dalam kebanyakan pelarut organik

asap cair

= produk olahan dari pirolisis bahan kayu

fenol

= C6H5OH. Digunakan sebagai antiseptik, bahan untuk membuat resin bahan peledak dan zat celup

inisiator

= zat penumbuh radikal dalam proses polimerisasi

TDI

= toluena diisosianat

elastomer

= istilah bagi benda yang memiliki sifat karet asli, karet vulkanisasi, karet olahan ulang atau karet tiruan, yang meregang bila dalam tegangan


sifat fisik kayu

= sifat yang berkaitan dengan keadaan kayu dalam kondisi udara normal, di Indonesia pada suhu 27,5oC dan kelembaban 60%

sifat mekanik kayu

= sifat yang berkaitan dengan kekuatan kayu untuk menahan gaya atau beban yang dikenakan dari berbagai arah

DAFTAR ISI Halaman RINGKASAN……………………………………………………………….

i

ABSTRACT....................................................................................................

ii

UCAPAN TERIMA KASIH……………………………………………….

iii

RIWAYAT HIDUP………………………………………………………...

vii

DAFTAR ISTILAH...................................................................................... viii DAFTAR ISI………………………………………………………………..

ix

DAFTAR TABEL…………………………………………………………..

xii

DAFTAR GAMBAR………………………………………………………. xiii DAFTAR LAMPIRAN…………………………………………………….

xv

BAB I. PENDAHULUAN………………………………………………….

1

1.1. Latar Belakang…………………………………………………

1


1.2. Permasalahan…………………………………………………..

5

1.3. Tujuan Penelitian………………………………………………

6

1.4. Manfaat Penelitian……………………………………………..

6

1.5. Metodologi Penelitian………………………………… ………

7

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA................................................................

8

2.1. Kayu Kelapa Sawit (KKS)……………………………………..

8

2.2. Modifikasi Sifat KKS…………………………………………..

15

2.3. Polimer........................................................................................

17

2.3.1. Pelarutan Polimer……………………………………..

17

2.3.2. Polimerisasi Polimer………………………………….

17

2.4. Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena dan Toluena Diisosianat

18

2.4.1. Asap Cair Tempurung Kelapa.………………………..

18

2.4.2. Stirena…………………………………………………

20

2.4.3. Toluena Diisosianat (TDI)...………………………….

24

BAB III. METODOLOGI PENELITIAN.................................................

28

3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian……………………….…………..

28

3.2. Bahan…………………………………………………..……….

28

3.3. Peralatan…………………………………………………..…….

28

3.4. Prosedur Kerja………………………………………………….

29

3.4.1. Penyediaan Spesimen KKS…………………………..

29


3.4.2. Penyediaan Asap Cair…………………………………

30

3.4.3. Impregnasi Stirena kedalam KKS….…………………

31

3.4.4. Impregnasi Asap Cair dan TDI kedalam KKS……….

31

3.4.5. Impregnasi Asap Cair, Stirena, dan TDI kedalam KKS

31

3.5. Karakterisasi Spesimen KKS………………………………….. .

32

3.5.1. Modulus of Rupture (MOR) & Modulus of Elasticity (MOE)…………………………

32

3.5.2. DTA (Differential Thermal Analysis)………………..

33

3.5.3. FT-IR (Fourier Transform-Infra Red)…………………

34

3.5.4. SEM (Scanning Electron Microscopy)..………………

35

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN....................................................

36

4.1. Karakterisasi Awal KKS.............................................................

36

4.1.1. Sifat Mekanik KKS…………………………………..

36

4.1.2. Sifat Termal…………………………………………

37

4.1.3. Hasil Uji FT-IR………………………………………

38

4.1.4. Hasil Uji SEM KKS…………………………………

39

4.2. Karakterisasi KKS Terimpregnasi Asap Cair, Stirena, dan TDI

40

4.2.1. Sifat Mekanik KKS Terimpregnasi…………………..

40

4.2.2. Sifat Termal KKS Terimpregnasi ..…………………..

43

4.2.3. Hasil Uji FT-IR KKS Terimpregnasi …………………

44

4.2.4. Hasil Uji SEM KKS Terimpregnasi ..…………………

47


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN........................................................

49

5.1. Kesimpulan……………………………………………………...

49

5.2. Saran……………………………………………………………

50

DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………

51

Lampiran.......................................................................................................

54

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

2.1. Jumlah serat rata-rata pada batang KKS…………………………..........

10

2.2. Komposisi serat pada tiga ketinggian batang KKS….. ……………......

11

2.3. Sifat kimia KKS pada tiga ketinggian batang………………………......

13

2.4. Tabel sifat fisik dan mekanik KKS…………………………………......

14

2.5. Perbandingan komposisi kimia tempurung kelapa dan cangkang kelapa sawit………………………………………..........

20

2.6. Sifat-sifat fisika dan kimia dari Stirena…………………………...........

21

4.1. Data karakterisasi sifat mekanik KKS kering..........................................

36


4.2. Data karakterisasi sifat mekanik KKS terimpregnasi..............................

40

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

2.1. Penampang melintang KKS………………………………………….....

10

2.2. Struktur molekul selulosa……………………………………………....

11

2.3. Struktur lignin………………………………………………………......

12

2.4. SEM KKS……………………………………………………………....

15

2.5. Reaksi polimerisasi stirena ………………………………………….....

23

2.6. Mekanisme reaksi polimerisasi stirena………………………………....

24

2.7. Rumus struktur TDI………………………………………………….....

25


2.8. Reaksi polimerisasi isosianat……………………………………….......

25

2.9. Reaksi isosianat dengan poliol……………………………………….....

26

2.10. Reaksi isosianat dengan air…………………………………………....

27

3.1. Pemotongan melintang dan pembagian spesimen KKS……………......

29

3.2. Spesimen karakterisasi KKS berdasarkan ASTM 1324-60……….........

30

4.1. Diagram batang nilai MOR dan MOE Vs bagian KKS............................

37

4.2. Thermogram KKS...................................................................................

38

4.3. Spektrum IR KKS....................................................................................

39

4.4. Foto SEM KKS........................................................................................

40

4.5. Diagram batang nilai MOR dan MOE Vs bagian KKS terimpregnasi....

42

4.6. Thermogram KKS terimpregnasi.............................................................

43

4.7. Spektrum IR KKS terimpregnasi stirena + inisiator benzoil peroksida......................................................................................

45

4.8. Spektrum IR KKS terimpregnasi AC + TDI............................................

46

4.9. Spektrum IR KKS terimpregnasi AC, stirena dan TDI............................

47

4.10. Foto SEM KKS terimpregnasi................................................................

48


DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

Judul

Halaman

1. Pembuatan asap cair tempurung kelapa………………………..........

54

2. Impregnasi stirena……………………………………………….......

55

3. Impregnasi asap cair dan TDI…………………………………….....

56

4. Impregnasi asap cair, stirena, dan TDI………………………….......

57

5. Daftar nilai SNI kayu……………………………………………......

58

6. Tabel nilai MOR dan MOE KKS kering …………………………...

59


7. Tabel nilai MOR dan MOE KKS terimpregnasi …………………....

60

8. Contoh perhitungan MOR dan MOE ……………………………….

61

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kayu merupakan salah satu material yang banyak digunakan dalam kehidupan manusia. Sedangkan untuk mengurangi berlanjutnya kerusakan hutan, pemerintah membatasi pasokan kayu dari hutan alam secara legal dan lestari melalui sistem Jatah Produksi Tahunan (JPT) yang ditetapkan hanya sebesar 8.152.250 m3. Angka tersebut masih jauh di bawah kebutuhan kayu nasional dan kapasitas terpasang industri perkayuan nasional yang diperkirakan sekitar 80 juta m3, sehingga terjadi defisit kayu hutan sekitar 71,85 juta m3. Karena itu, diperlukan usaha untuk mencari alternatif pemasok kayu. www.mediadata.co.id Kayu berkwalitas tinggi semakin sulit untuk didapat, keadaan ini cenderung meningkatkan pemakaian kayu berkwalitas rendah. Kayu berkwalitas rendah memiliki kekurangan, antara lain stabilitas dimensinya yang rendah, yaitu kayu Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

mudah menggembung dan menyusut bila berada dalam lingkungan dengan perubahan kelembaban yang besar. Hasil penelitian Pusat Penelitian Hasil Hutan menunjukkan bahwa Indonesia baru memanfaatkan sekitar 20% potensi kayu dari hutan rakyat dan sekitar 5% dari areal perkebunan. Padahal, menurut data tahun 2006 diketahui bahwa potensi kayu dari areal hutan rakyat seluas 1,28 juta hektar mencapai 42,97 juta m3. Jika ditambah dengan potensi kayu yang tinggi dari peremajaan perkebunan seperti karet, kelapa, kelapa sawit dan tanaman keras lainnya milik rakyat, kebutuhan industri kayu dan masyarakat umum dapat terpenuhi. Perkebunan kelapa sawit di Indonesia menghasilkan kayu kelapa sawit (KKS) yang cukup banyak tapi pemanfaatannya masih terbatas secara ekonomis karena kwalitasnya yang rendah dan mudah rusak akibat pengaruh cuaca dan serangga. Perkiraan pertambahan luas perkebunan kelapa sawit di Indonesia untuk tahun 2000 adalah 3.045.790 Ha, tahun 2002 bertambah menjadi 3.294.252 Ha, tahun 2005 seluas 3.813.508 Ha, dan menjadi 4.867.110 Ha pada tahun 2010. Mengingat perkiraan pertambahan luas perkebunan kelapa sawit tersebut, sehingga KKS dapat dijadikan sebagai kayu alternatif untuk memenuhi kebutuhan kayu nasional. KKS adalah kayu dengan kwalitas rendah sehingga harus diolah sebelum digunakan baik untuk keperluan bangunan maupun keperluan lainnya. Struktur KKS Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

tidak memiliki serat untuk fungsi mekanis sehingga sangat rapuh dan tidak stabil Komponen kandungan KKS adalah selulosa, hemiselulosa, lignin, serat, parenkim, air, abu, dan pati. Kandungan air dan parenkim semakin tinggi sesuai dengan ketinggian batang KKS. Tingginya kadar air menyebabkan kestabilan dimensi KKS rendah. Parenkim bagian atas pohon mengandung pati hingga 40%, ini menyebabkan sifat fisik dan mekanik KKS rendah (mudah patah/retak) dan mudah diserang rayap. (Tomimura, 1992) Suwartono, 2001 menyatakan bahwa batang kelapa sawit memiliki sifat yang sangat beragam dari bagian luar ke pusat bagian batang dan sedikit bervariasi dari bagian pangkal ke bagian ujung batang.

Kayu kelapa sawit memiliki empat

kelemahan, yaitu : stabilitas dimensi yang rendah, kekuatan rendah, keawetan rendah, dan sifat permesinan yang rendah, sehingga tidak dapat digunakan dalam bentuk alami. Untuk menjadi bahan yang potensial kayu kelapa sawit perlu dilakukan pengawetan dengan perlakuan kimia untuk meningkatkan kekuatan dimensinya. Untuk mengolah KKS menjadi kayu yang berkwalitas baik telah dilakukan beberapa peneliti diantaranya : Thamrin, 2007 menggunakan asap cair cangkang kelapa sawit sebagai pengawet dan jaringan semi interpenetrasi polimer pada KKS. Asap cair cangkang kelapa sawit dapat mengawetkan KKS terutama terhadap jamur pembusuk putih seperti jamur Ganoderma sp dan Paliporus alcularis.


Asap cair diperoleh dari hasil kondensasi asap pada proses pirolisis konstituen kayu seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin. Kelompok senyawa kimia terpenting yang dihasilkan dalam pengasapan adalah fenol, karbonil, asam, furan, alkohol, ester, lakton dan hidrokarbon aromatik polisiklik. Dua senyawa dominan yang berperan sebagai bakteriostatik adalah fenol dan asam-asam organik yang mampu mengontrol pertumbuhan bakteri. Fenol diperoleh dari hasil pirolisis lignin, sedangkan asam-asam organik dari hasil pirolisis selulosa dan hemiselulosa. Cangkang kelapa sawit memiliki komponen-komponen yang hampir sama dengan tempurung kelapa. Perbedaan terdapat dalam hal persentasi kadar komponen yang dikandung, terutama lignin sebesar 21% pada cangkang kelapa sawit dan 36,51% pada tempurung kelapa. Dengan semakin tingginya kadar lignin, diharapkan akan semakin besar kadar fenol yang diperoleh. Dilain hal, isosianat merupakan monomer aktif yang dapat dengan mudah bereaksi dengan gugus hidroksil seperti : fenol, air, alkohol dan juga gugus amina primer maupun sekunder, gugus asam karboksilat dan gugus hidrogen. Pada dasarnya senyawa yang kaya akan gugus hidroksil seperti glikol, poliester, polieter dan poliol dapat mudah bereaksi dengan isosianat walaupun pada temperatur ruang menghasilkan jaringan uretan yang dikenal sebagai poliuretan. Dengan dasar pemikiran bahwa asap cair banyak mengandung senyawasenyawa yang begitu mudah bereaksi dengan monomer isosianat seperti fenol, air, Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

dan asam, yang pada prinsipnya kaya akan gugus hidroksil (-OH) dan gugus hidrogen, maka isosianat dapat digunakan sebagai monomer aktif. Asap cair diharapkan dapat berfungsi sebagai pengganti poliol dalam pembentukan rantai uretan membentuk polimerisasi poliuretan pada KKS. Modifikasi KKS dengan cara impregnasi asap destilat dari limbah cangkang kelapa sawit dan stirena mengatakan hasil impregnasi dengan asap destilat dapat meningkatkan keawetan sedangkan dengan stirena dapat meningkatkan sifat fisik dan mekanis KKS. (Siregar, M.S, 2001) Berbagai literatur menyatakan bahwa perpaduan dua atau lebih polimer dapat meningkatkan sifat-sifat tertentu dari bahan yang dibuat. Penambahan stirena yang dilarutkan dalam etanol (untuk mempermudah masuk dan terdifusinya stirena kedalam KKS) dengan penambahan inisiator benzoil peroksida (sebagai penumbuh radikal untuk proses polimerisasi stirena) diharapkan kedua bahan ini mengalami polimerisasi sehingga menghasilkan jaringan yang permanen serta memperkuat struktur KKS. Berdasarkan penjelasan di atas, maka peneliti berkeinginan untuk melakukan studi modifikasi KKS dengan teknik impregnasi perendaman dengan judul “Impregnasi kayu kelapa sawit dengan menggunakan asap cair tempurung kelapa, stirena dan toluena diisosianat”.

1.2. Permasalahan Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

1. Apakah asap cair tempurung kelapa, stirena,

dan TDI dengan metode

perendaman dapat diimpregnasikan kedalam KKS ? 2. Bagaimana sifat fisik dan mekanik KKS terimpregnasi asap cair tempurung kelapa, stirena dan TDI? 3. Bagaimana karakteristik KKS hasil impregnasi dibandingkan dengan SNI kayu no. 03-3527-1994?

1.3. Tujuan Penelitian Berdasarkan permasalahan diatas, maka peneliti bertujuan untuk : 1. Mengetahui apakah asap cair tempurung kelapa, stirena, dan TDI melalui metode perendaman dapat diimpregnasikan kedalam KKS. 2. Mengetahui sifat fisik dan mekanik KKS terimpregnasi asap cair tempurung kelapa, stirena, dan TDI. 3. Membandingkan karakteristik KKS hasil impregnasi terhadap SNI kayu no. 03-3527-1994.

1.4. Manfaat Penelitian Adapun penelitian ini bertujuan untuk : 1. Sebagai alternatif pengolahan dan pemanfaatan limbah padat perkebunan kelapa sawit guna memenuhi defisit kebutuhan kayu nasional.


2. Memenuhi kebutuhan kayu untuk berbagai keperluan sesuai dengan SNI kayu no. 03-3527-1994.

1.5. Metodologi Penelitian Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen laboratorium, dimana bahan yang digunakan berupa

asap cair tempurung kelapa yang diprediksikan akan

bereaksi dengan toluena diisosianat (TDI) membentuk rantai uretan, dimana asap cair mengandung gugus hidroksil (-OH) senyawa-senyawa fenolat sebagai pengganti poliol dalam pembentukan rantai uretan. Sedangkan stirena dengan penambahan benzoil peroksida sebagai inisiator akan membentuk polimerisasi stirena secara insitu pada KKS. Kedua bahan ini diharapkan dapat terimpregnasi dan membentuk jaringan yang permanen pada KKS sehingga menghasilkan kayu yang memiliki sifat-sifat yang diinginkan. Untuk mengoptimalkan hasil yang diharapkan, penelitian ini memvariasikan beberapa variabel, yaitu : suhu dan tekanan sebagai variabel tetap dan KKS sebagai variabel terikat. Untuk mengetahui sifat mekanik, sifat termal, perubahan gugus fungsi dan perubahan pori-pori KKS hasil impregnasi dilakukan dengan uji mekanik (yaitu : uji patah/MOR dan uji tarik/MOE), uji DTA, FT-IR dan SEM.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kayu Kelapa Sawit (KKS) Salah satu material yang sangat banyak dibutuhkan untuk kehidupan manusia adalah kayu. (Dumanau J.F, 2003) Adanya program konservasi dan konversi hutan dapat meningkatkan pemakaian kayu berkualitas rendah yang mempunyai dimensi tidak stabil dan mudah terdegradasi oleh pengaruh kadar air atau uap air, mikroba, dan sinar ultraviolet. Ketidakstabilan dimensi kayu ini umumnya disebabkan oleh senyawa-senyawa penyusunnya (selulosa, hemiselulosa, dan lignin) yang memiliki gugus hidroksil dan dapat mengikat air disamping struktur kayu yang memungkinkan penyerapan air. (Fengel D and Wagener G, 1995) Pohon kelapa sawit (Elaeis guineesis jacq) merupakan tumbuhan dari orde : Palmales, family : Palmaceae, sub-family : Cocoideae. Tumbuhan ini termasuk tumbuhan monokotil dengan ciri-ciri : tidak berkambium, tidak adanya pertumbuhan


sekunder, lingkaran tahun, sel jari-jari tahun, kayu awal, kayu akhir, cabang, mata kayu, dan batang terdiri dari serat parenkim. (Fauzi Y, 2008) Pohon kelapa sawit produktif sampai umur 25 tahun, ketinggiannya 9-12 m dan diameter 45-65 cm diukur 1,5 m dari permukaan tanah. Komponen kandungan KKS adalah selulosa, lignin, serat, parenkim, air, abu, dan pati. Kandungan parenkim dan air meningkat sesuai dengan ketinggiannya. Tingginya kadar air menyebabkan kestabilan dimensi KKS rendah. Parenkim bagian atas pohon mengandung pati hingga 40%, hal ini menyebabkan sifat fisik dan mekanik KKS rendah (mudah patah, retak) serta mudah diserang rayap. (Tomimura, 1992) Karakteristik kayu kelapa sawit : • Tanaman kelapa sawit hanya memiliki sedikit bagian kayu yang cukup keras • Batang kelapa sawit memiliki komponen struktural dengan banyak poros yang menjadikan rapuh • Hasil analisa kayu kelapa sawit yang dipotong-potong: - memiliki rapat massa 0,38 g/cm - modulus elastisitas 12.469,46 kg/cm2 - modulus patah 117,00 kg/cm2. Struktur dan anatomi KKS terdiri dari bagian inti kayu yang didominasi oleh jaringan dasar parenkim, sehingga memiliki rapat massa rendah. Pada daerah pinggir dekat kulit didominasi oleh berkas pengangkut yang terselimuti oleh serabut berdinding tebal mengakibatkan rapat massanya lebih tinggi. Demikian juga dengan


kadar air, dimana bagian kayu yang terdiri dari jaringan parenkim memiliki kadar air lebih tinggi dan menurun bila prosentase berkas pengangkut naik. KKS mempunyai sifat khusus seperti kandungan selulosa dan lignin rendah, kandungan air dan NaOH yang dapat larut lebih tinggi dibandingkan kayu karet dan ampas tebu. KKS dari arah penampang melintang dapat dibagi atas tiga bagian, yaitu : pinggir (P), tengah (T), dan inti (I).

Gambar 2.1. Penampang melintang KKS

Jumlah dan komposisi serat yang tinggi baik digunakan sebagai bahan baku pembuatan pulp dan kertas. Jumlah serat KKS semakin berkurang dari bagian luar (P) ke bagian dalam (I), yang ditunjukkan oleh tabel berikut.. Tabel 2.1. Jumlah serat rata-rata pada batang KKS Bagian batang KKS

Kedalaman (cm)

Jumlah serat rata-rata

P

≥ 12

≥ 25,5 (50%)

T

6-12

22-25,5 (25%)


I

0-6

0-22 (25%)

Sumber : Manurung, E.D., 2001

Panjang dan diameter serat KKS semakin berkurang dari bagian bawah ke bagian atas pohon.

Tabel 2.2. Komposisi serat pada 3 ketinggian batang KKS

Tinggi batang (m)

Panjang serat (mm)

Diameter serat (μm)

2

2,08

29,19

6

2,09

26,58

10

1,96

22,48


Sifat kimia KKS mengandung komponen-komponen sebagai berikut : holoselulosa, α-selulosa, lignin, pentosan, abu, silika, sari, serta larut dalam air dan NaOH. (Fengel D and Wagener G, 1995)


Gambar 2.2. Struktur molekul selulosa

Selulosa merupakan suatu polisakarida yang tersusun dari unit perulangan Dglukosa yang mempunyai tiga gugus hidroksil yang dapat disubstitusi, tidak larut dalam air, mempunyai sifat kristalinitas yang tinggi (terdiri dari satuan berulang Dglukosa yang mencapai 4000 buah per molekul). Substitusi gugus hidroksil seperti dengan etil akan menurunkan sifat kristalinitasnya. Molekul-molekul selulosa seluruhnya berbentuk linier dan mempunyai kecenderungan kuat membentuk ikatan hidrogen intra dan inter molekul, sekitar 65% dari selulosa dalam kayu adalah kristalin sehingga tidak dapat dimasuki air atau pelarut lainnya. Sisa selulosa lainnya terdiri dari rantai kurang terorientasi sehingga dapat dimasuki air dan pelarut lainnya, sebagian lagi tidak dapat dimasuki karena diliputi hemiselulosa dan lignin. Hemiselulosa merupakan polimer heteropolisakarida yang disusun oleh sekitar 200 monomer. Mudah larut dalam air dan dihidrolisis oleh asam menjadi komponen monomernya antara lain kelompok gula pentosan seperti D-xilosa dan Larabinosa serta gula heksosa seperti D-glukosa, D-galaktosa, dan D-manosa. Hemiselulosa tidak kristalin, tetapi sangat bercabang dengan derajat polimerisasi


yang lebih rendah daripada selulosa. Pada kayu, hemiselulosa berfungsi sebagai bahan pendukung dalam dinding sel.

Gambar 2.3. Struktur lignin

Lignin merupakan molekul polifenol yang berstruktur tiga dimensi dan bercabang banyak. Struktur kompleks dan bobot molekulnya tinggi. Lignin sering dijuluki bahan penggerak mengingat distribusinya terutama pada jaringan kayu yang sudah dewasa. Lignin terdapat didalam dinding sel maupun didaerah antarsel/lamela tengah dan menyebabkan kayu menjadi keras dan kaku sehingga mampu menahan tekanan mekanis yang besar. Daerah lamella tengah mengandung 70-80% lignin (berdasar bobot) dan membantu merekat semua sel kayu menjadi satu. Walaupun daerah lamella tengah berkadar lignin tinggi, tetapi dinding sel yang volumenya besar juga mengandung lignin. Sekitar 70% dari total lignin berada dalam dinding sel ini. (Fengel D and Wagener G, 1995) Tabel 2.3. Sifat kimia KKS pada 3 ketinggian batang Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

Tinggi batang

Kadar (%) Holoselulosa α-selulosa

Lignin

(m)

Kelarutan dalam Air panas

Air

NaOH

dingin

1%

2

76,62

38,77

20,19

2,40

2,79

21,32

6

73,56

39,20

18,10

3,21

4,26

24,65

10

71,77

38,40

19,38

4,84

6,06

27,49


Sifat fisik KKS yang heterogen tergantung arah vertikal-horizontal dimana semakin keatas dan kedalam, kadar air dan parenkim makin tinggi dan kerapatannya semakin kecil. Kadar air KKS basah ± 40%, kerapatannya berkisar dari 0,2-0,6 g/ml dengan kecepatan rata-rata 0,37 g/ml. Batang kelapa sawit mempunyai sifat sangat beragam dari bagian luar ke bagian pusat batang dan sedikit bervariasi dari bagian pangkal ke ujung batang.(3) Beberapa sifat dasar batang kelapa sawit diperlihatkan pada tabel berikut : Tabel 2.4. Sifat fisik dan mekanik KKS

Sifat-sifat dasar

Bagian dalam batang Pinggir

Tengah

Inti

Berat Jenis

0,35

0,28

0,20

Kadar Air (%)

15,6

25,7

36,5


Kekuatan Lentur (kg/cm2)

29996

11421

6980

Keteguhan Lentur (kg/cm2)

295

129

67

Susut Volume (%)

26

39

48

Kelas Awet

V

V

V

Kelas Kuat

III-V

V

V

Sumber : Bakar, 2003

2.2. Modifikasi Sifat KKS Salah satu sifat kayu adalah ketidakstabilannya terhadap air atau kelembaban. Hal ini disebabkan oleh adanya gugus hidroksil dan gugus yang mengandung oksigen lainnya pada polimer kayu yang dapat mengikat air melalui ikatan hidrogen dan menyebabkan pengembangan sel. Kayu monokotil seperti KKS, mempunyai jaringan parenkim diantara bundel-bundel seratnya, dimana mula-mula dalam kayu segar masih mengandung air. Setelah pengeringan jaringan ini membentuk pori yang cenderung menyerap cairan polar sejenis air. Oleh karena itu perlu dilakukan modifikasi melalui pengisian pori kayu dengan polimer agar mampu meningkatkan stabilitas kayu dengan semakin banyaknya rongga-rongga sel kayu yang terisi oleh bahan polimer.


Gambar 2.4. SEM KKS

Prinsip dasar modifikasi KKS menjadi kayu untuk keperluan pertukangan adalah membentuk KKS menjadi kayu yang memiliki sifat kuat serta kerapatan tinggi dengan memanfaatkan komponen-komponen yang terkandung dalam KKS dan penambahan resin kedalam KKS tersebut guna memperoleh kayu yang sesuai untuk kebutuhan pertukangan sesuai dengan SNI mutu kayu bangunan. Impregnasi yang baik merupakan prasyarat keberhasilan pemasukan resin kedalam bahan. Penggunaan konsentrasi resin dan suhu yang terlalu rendah, menyebabkan bahan yang diimpregnasi tidak akan terproses dengan sempurna tetapi jika terlalu tinggi juga harus mempertimbangkan bahan yang diimpregnasi. Demikian juga tekanan harus memperhitungkan efek langsung terhadap luas pori bahan yang diimpregnasi serta gaya kapilernya. Sehingga dalam pemilihan kondisi Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

impregnasi baik lamanya tekanan dan suhu impregnasi serta konsentrasi resin harus mempertimbangkan kondisi kayu yang digunakan. Selulosa dapat dimodifikasi dengan ikatan silang atau dengan pembuatan yang disebut kopolimer cangkokan. Ikatan silang memperbaiki sifat-sifat tertentu, seperti kusut dan ketahanan kusut, tetapi karena jaringan tiga dimensi yang dibentuk maka struktur selulosa menjadi lebih kaku dan rapuh. Pencangkokan polimer kedalam bahan selulosa dapat mengubah sifat permukaan bahan dan meningkatkan ketahanan kimianya. Dengan pencangkokan selulosa dapat dimodifikasi dan dihasilkan perilaku-perilaku dan sifat-sifat baru yang lebih baik.

2.3. Polimer 2.3.1. Pelarutan Polimer Terjadi dalam 2 tahap, yaitu : 1. Molekul pelarut berdifusi melewati matriks polimer untuk membentuk suatu massa menggembung dan tersolvasi yang disebut gel. 2. Gel tersebut pecah (bercerai-berai) dan molekul-molekulnya terdispersi kedalam larutan sejati.

Beberapa jenis polimer biasa larut dengan cepat dalam pelarut-pelarut tertentu. Polimer lain memerlukan pemanasan yang lama mendekati titik lebur polimer tersebut. Polimer-polimer jaringan tidak dapat larut, tetapi biasanya


membengkak (menggelembung) dengan kehadiran pelarut. Beberapa polimer linier bahkan tidak dapat dilarutkan dengan cara bagaimanapun. (Sopyan I, 2001)

2.3.2. Polimerisasi Polimer 1. Polimerisasi reaksi tahap, ada dua pendekatan, yaitu : •

Mempunyai dua gugus reaktif dalam satu molekul : A-B → -A-B-

•

Mempunyai dua monomer difungsional : A-A + B-B → -A-A-B-B-

2. Polimerisasi reaksi rantai, melibatkan dua tahap kinetik, yaitu : •

Inisiasi (butuh inisiator untuk memulai reaksi, seperti radikal R. R. + CH2=CH2 → RCH2=CH2.

•

Propagasi RCH2CH2. + CH2=CH2 → RCH2-CH2-CH2-CH2.

Kemungkinan lain bisa berupa anion (B:-) untuk menginisiasi polimerisasi buka cincin dari suatu monomer siklik seperti etilena oksida. •

Inisiasi O B:- + CH2-CH2 → BCH2CH2O-

•

Propagasi


O BCH2CH2O- + CH2-CH2 → BCH2CH2O-CH2CH2OTipe-tipe inisiator lainnya meliputi senyawa-senyawa kation dan koordinasi kompleks. (Wirjosentono, B, 1994)

2.4. Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena dan Toluena Diisosianat (TDI) 2.4.1. Asap Cair Tempurung Kelapa Asap cair mengandung sejumlah besar senyawa yang terbentuk oleh pirolisis konstituen kayu seperti selulosa, hemiselulosa dan lignin. Kelompok-kelompok terpenting dari senyawa tersebut meliputi fenol, karbonil, asam, furan, ester, lakton dan hidrokarbon aromatik polisiklik. Fenol mempunyai sifat antibakteri dan antioksidan. www.csmls.org/eng/safety/eng/spotlight/phenolic Dua senyawa utama dalam asap cair yang diketahui mempunyai efek bakterisida/bakteriostatik adalah fenol dan asam-asam organik, yang dalam kombinasinya keduanya bekerjasama secara efektif mengontrol pertumbuhan mikroba. Adanya fenol dalam asap cair merupakan salah satu hasil prolisis dari komponen lignin, sedangkan asam asetat merupakan hasil pirolisis dari selulosa dan hemiselulosa. Kandungan fenol dalam asap cair berbagai bahan berbeda-beda. Hasil penelitian terhadap asap cair kayu jati, lamtorogung, tempurung kelapa, mahoni, kamper, bangkirai, kruing dan glugu (pohon kelapa) menunjukkan bahwa kandungan fenolnya berkisar antara 2,0-5,13 % atau sama dengan 21000-51300 ppm.


Hasil pirolisis asap cair secara garis besar ada dua jenis, yaitu : • Pirolisis selulosa : asam asetat, asam formiat, maltol, metilsiklopentenolon, etilsiklopentenolon, dietilsiklopentenolon, furfural, 5-hidroksimetilfurfural. • Pirolisis lignin : fenol, meta dan para kresol, guaiakol, 4-metil guaiakol, etil guaiakol, 4-propil guaiakol, pirokatekol, trimetilfenol, vanillin, 4-(2-propio)vanillon, 4-(1-propio)-vanillon, acetovanillon, 2,4,5-trimetilbenzaldehid, 4hidroksiasetofenon, eugenol, cis dan trans-isoeugenol, 2,6-dimetoksifenol (siringol), 4-metilsiringol, 4-etilsiringol, 4-propisiringol, 4-asetosiringol, 4(2-propio)-siringol,

4-(1-propio)-siringol,

cis

dan

trans-4-(1-propenil)-

siringol, 4-(2-propenil)-siringol, siringaldehid. Menurut Info Ristek, 2005 tempurung kelapa dan cangkang kelapa sawit memiliki komposisi kimia yang banyak kemiripannya. Senyawa yang utama dalam asap cair adalah fenol, yang diperoleh dari hasil pirolisis (pemanasan pada suhu tinggi) komponen lignin. Sedangkan pirolisis komponen selulosa dan hemiselulosa akan menghasilkan senyawa-senyawa asam. Tabel 2.5. Komposisi kimia tempurung kelapa dan cangkang kelapa sawit

Jenis Kandungan

Tempurung Kelapa

Cangkang Kelapa Sawit

(%)

(%)

Abu

10,16

15

Selulosa

33,61

40


Lignin

36,51

21

Hemiselulosa

19,27

24

Sumber : Info Ristek, 2005

Kuantitas maupun sifat senyawa fenol yang terdapat dalam asap langsung berhubungan dengan suhu pirolisis kayu. Jadi suhu pembuatan asap akan mempengaruhi komposisi asap yang dihasilkan. (Siregar S, 2001)

2.4.2. Stirena Stirena, disebut juga dengan vinyl benzena. Merupakan senyawa organik yang bersifat aromatik, dan mempunyai rumus molekul C8H8. Pada suhu dan tekanan kamar berbentuk cair, tidak berwarna. Struktur molekulnya memiliki gugus vinyl dengan ikatan rangkap mengakibatkan senyawa ini mudah terpolimerisasi. Stirena banyak digunakan untuk membuat polimer termoplastik, seperti plastik polistiren (PS). Larut dengan baik dalam pelarut organik, tetapi dalam air sedikit larut. Stirena merupakan monomer yang membentuk homopolimer maupun kopolimer. Mempunyai berat molekul 104,153; titik beku -30,6oC; titik didih 145,15 o

C; densitas kritik 0,247 g/ml; kelarutan dalam air 320 ppm (pada 25 oC ) dan indeks

refraksi 1,54395 (pada 25 oC); viskositas 0,705 mpa.s (pada 25 oC). Asam kuat dan peroksida dapat mengoksidasi stirena, tidak dapat bereaksi dengan basa tetapi bereaksi dengan halogen. Tabel 2.6. Sifat Fisik dan Mekanik Stirena Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

Synonyms:

Cinnamene,

cinnamenol,

cinnamol,ethenylbenzene, monotryrene,phenthylene, phenlethene,phylethylene, styrolene,styron,

styrole, styropol,

styropor, vinylbenzene, vinylbenzol Chemical Abstracts Registry Number:

100-42-5

Molecular Formula:

C6H5CH=CH2

Molecular Weight:

104.16

Ambient State:

Colorless volatile liquid

Boiling Point:

145.2°C (293.4°F)

(760 mm Hg) Freezing Point:

-30.6°C (-23.1°F)

Density:

0.9018 g/cm3 (25°C)

Solubility:

Soluble in ethyl ether, benzene, methanol, toluene, ethanol, acetone, n-heptane, carbon tetrachloride, carbon disulfide; slightly soluble in water (about 25 mg/100 g water at 25°C)

Flammable (explosive) Limits:

1.1-6.1% by volume in air

Flashpoint:

34.4°C (94°F) Tag closed cup

Autoignition Temperature :

36.7°C (98°F) Tag open cup


Vapor Pressure:

490°C (914°F) °F (°C)

mm Hg (kPa)

50 (10)

2.34 (0.31)

68 (20)

4.50 (0.60)

77 (25)

6.45 (0.86)

86 (30)

8.21 (1.09)

104 (40)

14.30 (1.91)

Concentration in Saturated Air:

8,500 ppm (25°C)

Odor Threshold:

0.05 - 0.15 ppm

Conversion Factors:

1 ppm = 4.26 mg/m3

(25°C, 760 mm Hg)

1 mg/m3 = 0.235 ppm

Sumber : Chemical Product Synopsis of Polystyrene, 1988

Polimerisasi stirena menjadi polistirena dapat dilakukan dengan teknik tuang/casting, teknik bath ruah larutan, suspensi dan emulsi dengan mekanisme propagasi anionik, kationik dan koordinasi. Polistirena digunakan secara luas disegala bidang seperti pengemas alat-alat rumah tangga dan alat-alat optik. Mekanisme polimerisasi stirena menjadi polistirena digambarkan sebagai berikut :


Gambar 2.5. Reaksi polimerisasi stirena menjadi polistirena

Mekanisme polimerisasi reaksi rantai untuk pertumbuhan cabang polistirena dengan penambahan kepala keekor (head to tail) :

Gambar 2.6. Mekanisme reaksi polimerisasi stirena

Inisiator dapat berupa senyawa peroksida atau hiperoksida atau dari senyawa azo dan diazo. Polimerisasi ionik dengan keberadaan katalis alkyl Sec-Bu-Li, logam alkoksi seperti tert-Bu-Ok, amina seperti Me2NCH2 dan agen transfer rantai menghasilkan oligomer dengan derajat polimerisasi 5-40.

2.4.3. TDI (Toluena diisosianat) TDI merupakan campuran dengan perbandingan 80% 2,4-TDI dan 20% 2,6TDI. Berwujud cairan tak berwarna, mempunyai titik didih 120oC (pada 10 mmHg).Digunakan dalam pabrik pembuatan busa polyurethane, elastomer, dan lapisan. TDI juga digunakan dalam pabrik pembuatan lantai dan akhir pengolahan Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

kayu, pernis, plastik busa, busa polyurethane penyusun lapisan, dan material penyekat. Sifat kimia TDI memiliki rumus molekul C9H6N2O2, berat molekul 174,15 g/mol, titik didih 2,4-TDI 251oC, titik beku 2,4-TDI : 20,5oC dan 2,6-TDI : 18,3oC, tekanan vapor 2,4-TDI 0,008 torr @20oC. Dapat dicampur dengan eter, aseton, benzena, karbon tetraklorida, klorobenzena, diglikol monometil eter, kerosin, minyak zaitun, alcohol, dan dapat larut dalam etil asetat.

CH3

CH3 NCO

OCN

NCO

NCO 2,4- TDI

2,6-TDI Gambar 2.7. Rumus Struktur TDI

Gugus NCO pada posisi empat lebih reaktif 8-10 kali pada temperatur 25oC. Naiknya temperatur sampai dengan 100oC mengakibatkan kereaktifan pada gugus orto-NCO menjadi lebih cepat daripada gugus para-NCO. Perbedaan kereaktifan pada temperatur lebih rendah, memberi keuntungan untuk pengolahan isosianat pada terminasi prepolimer dan untuk sintesis polimer yang mempunyai urutan penyusunan (ordered arrangement). Polimerisasi isosianat dapat terjadi dengan sesamanya, dengan reaksi sebagai berikut : Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

R–N–C=O↔R–N=C–O↔R–N=C=O Isosianat Gambar 2.8. Reaksi Polimerisasi Isosianat

Polimerisasi isosianat merupakan resin yang sangat menarik karena monomernya, isosianat berperan sebagai pengikat kayu, yang awalnya berorientasi pada penggunaan papan partikel dan kayu komposit. Isosianat juga mampu dimatangkan (curet) pada suhu rendah maupun tinggi untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik dan tahan terhadap goresan serta tidak mengandung emisi seperti formaldehid. Isosianat dapat bereaksi dengan hidroksil kayu membentuk urethane linkage. (Hepburn C, 199) Kayu yang terdiri dari tiga perbedaan polimer yang terdiri dari primer, sekunder alifatis dan aromatis hidroksil, dan juga isosianat dapat berpenetrasi kedalam pori-pori kayu yang paling dalam, sehingga ikatan kimia yang terbentuk mampu menghasilkan aplikasi yang potensial. Mekanisme reaksi isosianat dengan kumpulan hidroksil ataupun hidroksil dari kayu ditentukan menurut reaktifitas kumpulan hidroksil tersebut. Secara umum reaksi dengan isosianat adalah : H

O

R – NCO + R’ – OH → R – N – C – O – R’ Isosianat

Poliol

Uretan

R dan R’ = grup alifatik atau aromatik


Gambar 2.9. Reaksi Isosianat dengan Poliol

Isosianat sangat reaktif terhadap uap, reksi isosianat dengan air menghasilkan asam karbamat yang tidak stabil dan kemudian membentuk amina primer dan karbon dioksida. H

O

R – NCO + H2O → R – N – C – O – OH → RNH2 + CO2 Isosianat

Air

Asam Karbamat

Amina Karbon Dioksida

Gambar 2.10. Reaksi Isosianat dengan Air


BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara pada bulan Nopember 2008 sampai dengan April 2009.

3.2. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : •

Stirena

•

Asap cair tempurung kelapa

•

TDI (Toluena diisosianat)

3.3. Peralatan Asap cair telah dilakukan dengan menggunakan peralatan destilasi lengkap yang tersedia di Laboratorium Kimia Polimer FMIPA USU Medan. Penentuan sifat mekanik (yaitu uji patah/MOR dan uji tarik/MOE) menggunakan peralatan yang terdapat di Laboratorium Penelitian FMIPA USU Medan. Uji FT-IR untuk melihat perubahan gugus fungsi yang terjadi setelah KKS diimpregnasi dengan asap cair, stirena, dan TDI dilakukan di Belawan Medan; uji SEM untuk melihat pori-pori Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

kayu yang dihasilkan setelah impregnasi; dan sifat termal menggunakan DTA untuk melihat tingkat ketahanan termal dari KKS hasil impregnasi diakukan di PTKI Medan.

3.4. Prosedur Kerja 3.4.1. Penyediaan Spesimen KKS KKS diambil dari kelapa sawit berumur 25 tahun dipotong pada ketinggian 9 meter diukur dari permukaan tanah @ sepanjang 1 meter. Potongan sawit dikupas kulitnya dan dibelah membentuk papan dengan tebal 5 cm, kemudian dikeringkan di udara terbuka selama 8 jam untuk menghilangkan kadar air. Spesimen dibentuk membujur dengan ukuran 15x2x2,5 cm sesuai ASTM D 1324-60. Sebelum perlakuan semua spesimen dibersihkan dan dikeringkan terlebih dahulu dalam oven vakum pada suhu 40oC sampai diperoleh massa yang konstan. (Thamrin, 2007)

Gambar 3.1. Pemotongan melintang dan pembagian spesimen KKS Keterangan : a. 1,2,3,4

: spesimen bagian pinggir (P)


b. 5,6,7,8

: spesimen bagian tengah (T)

c. 9,10,11,12

: spesimen bagian inti (I)

Gambar 3.2. Spesimen KKS berdasarkan ASTM D 1324-60

3.4.2. Penyediaan Asap Cair Penyediaan asap cair telah dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer FMIPA USU hasil pemanasan tempurung kelapa dengan sistem destilasi diperoleh sampai dengan suhu 500oC. Langkah-langkah penyediaan asap cair : a. Sebanyak 10 kg tempurung kelapa dimasukkan kedalam tungku pengarangan yang dilengkapi dengan termometer. b. Tungku pengarangan yang dihubungkan dengan tabung gas dihidupkan, lalu asap yang dihasilkan dialirkan ke kolom pendingin melalui pipa penghubung. c. Pengasapan menghasilkan asap cair dilakukan penampungan sampai dengan suhu 500oC, asap destilatnya ditampung. d. Asap destilat di sentrifugasi pada 2000 rpm selama 20 menit untuk memisahkan senyawaan fenol dengan ter.


3.4.3. Impregnasi Stirena ke dalam KKS Spesimen KKS pada prosedur 3.4.1. lalu dikeringkan kembali di oven pada suhu 70oC sampai diperoleh massa konstan, dan direndam dalam gelas ukur 1000 ml yang berisi larutan stirena 20% (pelarut etanol dengan inisiator benzoil peroksida) selama 5 hari. Kemudian KKS yang telah diimpregnasi ini dipanaskan pada suhu 120oC selama 30 menit sehingga polimerisasi stirena terjadi, dilakukan uji FT-IR untuk melihat gugus fungsi kayu setelah impregnasi.

3.4.4. Impregnasi Asap Cair dan TDI ke dalam KKS Spesimen KKS pada prosedur 3.4.1. dikeringkan dalam oven pada suhu 70oC sampai diperoleh massa konstan, kemudian direndam dalam gelas ukur 1000 ml yang berisi asap cair tempurung kelapa selama 4 hari, dikering oven kan pada suhu 70oC sampai massa konstan. Kemudian direndam dalam larutan TDI selama 30 menit, dilakukan uji FT-IR untuk melihat gugus fungsi setelah impregnasi yang diprediksikan akan terbentuk rantai poliuretan.

3.4.5. Impregnasi Asap cair, Stirena, dan TDI ke dalam KKS Spesimen KKS pada prosedur 3.4.1. dikeringkan dalam oven pada suhu 70oC sampai diperoleh massa konstan, direndam dalam gelas ukur 1000 ml yang berisi asap cair tempurung kelapa selama 4 hari, dikeringkan pada suhu 70oC. Kemudian


direndam dalam gelas ukur 1000 ml yang berisi larutan stirena 20% (dengan pelarut etanol, inisiator benzoil peroksida) selama 5 hari, dipanaskan pada suhu 120oC sehingga terjadi polimerisasi secara insitu, dan dilanjutkan dengan perendaman larutan TDI selama 30 menit. Selanjutnya spesimen KKS hasil impregnasi dikarakterisasi sifat mekanik (MOE dan MOR), DTA, FT-IR dan SEM.

3.5. Karakterisasi Spesimen KKS Spesimen KKS sebelum dan sesudah perlakuan impregnasi dikarakterisasi untuk dibandingkan dengan standar kayu, yang meliputi parameter :

uji patah

/MOR, uji tarik/MOE, analisis DTA, FT-IR dn SEM.

3.5.1. Modulus of Rupture (MOR) & Modulus of Elasticity (MOE) Sifat keteguhan lentur patah dan sifat keelastisitasan KKS setelah diimpregnasi dilakukan dengan uji patah/MOR dan uji tarik/MOE. Pengujian dilakukan dengan alat uji tekan terhadap spesimen. Spesimen diletakkan didua titik dari masing-masing kedua bagian ujung spesimen sebagai penyanggah pada alat uji tekan kemudian dikenakan penekanan pada beban 1000 kg tepat ditengah-tengah spesimen dengan kecepatan tekanan 50 mm/menit kemudian dicatat beban maksimum (Fmax) dan regangan pada saat spesimen patah. Rumus yang digunakan untuk menghitung MOR dan MOE adalah :


...............

(1.1)

...............

(1.2)

dimana : MOR = modulus patah (kg/cm2) MOE = modulus elastisitas (kg/cm2) P

= beban patah (kg)

P’

= beban pada yield/beban lentur (kg)

L

= jarak sanggah (cm)

l

= lebar spesimen (cm)

t

= tebal spesimen (cm)

y

= jarak defleksi (cm)

3.5.2. Differential Thermal Analisys (DTA) DTA merupakan teknik analisis yang banyak digunakan untuk mendeteksi efek termal yang disertai dengan perubahan kimia maupun fisika dari bahan sebagai fungsi dari temperatur dengan kecepatan pemanasan konstan. Sistem ordinat DTA menggambarkan perbedaan antara temperatur bahan dengan temperatur pembanding. Dalam analisis DTA, sampel dipanaskan (menggunakan pemanas yang sama) bersama senyawa pembanding, yakni senyawa yang tidak mengalami perubahan selama pemanasan. Perbedaan antara suhu sampel (Ts) dengan suhu pembanding Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

(Tr) diamati dan diplot terhadap suhu sampel yang menghasilkan kurva termogram DTA. Karena perubahan suhu nerhubungan langsung dengan kapasitas, maka termogram DTA akan menggambarkan perubahan kalor proses dalam sampel, yaitu bila prosesnya eksotermis, ∆T = (+) dan bila prosesnya endotermis, maka ∆T = (-). ∆T = Tr – Ts Perubahan temperatur ∆T ini dicatat dan ditransmisikan pada chart recorder (pencatat) dimana perubahan seperti pelelehan (melting) atau kristalisasi dicatat sebagai puncak penunjuk temperatur pada thermogram. (Sopyan I, 2001)

3.5.3. Fourier Transform Infra Red (FT-IR) FT-IR merupakan metode spektroskopi yang digunakan untuk karakterisasi struktur molekul primer karena memberi informasi tentang gugus fungsi. Perbandingan posisi absorpsi dalam FT-IR suatu sampel polimer dengan daerah absorpsi karakteristik menunjukkan identifikasi keberadaan ikatan dan gugus fungsi dalam polimer. Metode ini didasarkan pada interaksi antara radiasi IR dengan materi (interaksi atom atau molekul dengan radiasi elektromagnetik), yaitu berupa absorpsi pada frekuensi tertentu yang berhubungan dengan energi transisi antara berbagai keadaan energi vibrasi, rotasi dan molekul. Radiasi IR yang penting dalam penetuan struktur atau gugus fungsi terletak pada 1/λ 4000-650cm-1. (Sopyan I, 2001)


3.5.4. Scanning Electron Microscopy (SEM) SEM merupakan alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen secara mikroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada spesimen. Interaksi berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapa fenomena yaitu hamburan balik berkas elektron, sinar-X, elektron sekunder, elektron auger dan absorbsi elektron. Teknik SEM pada dasarnya merupakan pemeriksaan dan analisa permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau lapisan dengan ketebalan 20 μm dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan topografi dengan segala tonjolan, lekukan dan lubang pada permukaan. Gambar topografi diperoleh dari penangkapan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkan ditangkap detektor, diteruskan ke monitor. Pada monitor akan tampil gambar khas yang memperlihatkan struktur permukaan spesimen. Gambar pada ini dapat dipotret dengan menggunakan film hitam putih atau dapat pula direkam kedalam suatu disket. Sampel yang dianalisa menggunakan teknik ini harus memiliki permukaan dengan konduktivitas tinggi, karena polimer mempunyai konduktivitas yang rendah, maka bahan perlu dilapisi dengan bahan konduktor (bahan penghantar) yang tipis. Bahan yang umum digunakan adalah perak. Tetapi jika dianalisa dalam waktu yang lama lebih baik menggunakan emas atau campuran emas dengan palladium. (Sopyan I, 2001)


BAB IV PEMBAHASAN

4.1. Karakterisasi Awal Kayu Kelapa Sawit (KKS) Spesimen KKS, setelah dikeringkan di dalam oven suhu 70oC sampai diperoleh massa konstan dilakukan karakterisasi awal yang meliputi sifat mekanik (MOR dan MOE), DTA, FT-IR dan SEM.

4.1.1. Sifat Mekanik KKS KKS awal (sebelum perlakuan) terlebih dahulu dilakukan uji sifat mekaniknya, meliputi nilai MOR dan MOE. Tabel 4.1. Data karakterisasi sifat mekanik KKS kering Spesimen

MOR (kg/cm2)

MOE (kg/cm2)

P1

162,63

53.954,66

P2

163,02

53.661,73

P3

164,78

53.716,65

T1

153,46

49.707,13

T2

155,61

49.816,98

T3

153,27

49.780,36

I1

147,22

48.657,39

I2

146,06

48.565,85

I3

144,69

48.437,69


Dari tabel 4.1. dapat dilihat bahwa sifat mekanik KKS pada ketiga bagian batang dengan masing-masing tiga kali perulangan, yaitu pinggir, tengah, dan inti diperoleh sifat mekanik terbaik pada kayu bagian pinggir, yaitu dengan nilai MOR rata-rata sebesar 163,48 kg/cm2 dan MOE rata-rata sebesar 53.777,68 kg/cm2. Dari data tersebut KKS awal (tanpa perlakuan) termasuk kedalam klasifikasi kayu kelas V menurut Standar Nasional Indonesia (SNI) kayu no. 03-3527-1994.

165

P; 163,48

160 T; 154,11

155 M O 150 R 145

I; 145,99

140 135 P

T

I

P; 54.00053.777,6 53.000 8 52.000 51.000 T; M 50.000 49.768,1 I; O 5 49.000 48.547,6 E 48.000 0 47.000 46.000 45.000 P T I Bagian KKS

Bagian KKS

Gambar 4.1. Diagram batang nilai MOR dan MOE KKS Vs bagian KKS

4.1.2. Sifat Termal Hasil analisis sifat termal KKS diperlihatkan pada gambar 4.2. Gambar ini memperlihatkan bahwa KKS awal (tanpa perlakuan) terdekomposisi pada suhu 280oC.


Gambar 4.2. Thermogram KKS

4.1.3. Hasil Uji FT-IR Hasil analisa FT-IR terhadap spesimen KKS kering diperlihatkan pada gambar 4.3. Pada spektra tersebut terlihat bahwa spektra serapan pada bilangan gelombang 3435,67 cm-1 yang menandakan adanya gugus –OH dari sellulosa KKS. Serapan didekat daerah 11244,55; 1160,40; dan 1054,46 cm-1 menunjukkan adanya gugus C-O. Serta serapan pada bilangan gelombang 1338,5-1458,1 cm-1 menunjukkan adanya gugus –CH.


Gambar 4.3. Spektrum IR KKS

4.1.4. Hasil Uji SEM KKS Foto SEM KKS terlihat pada gambar 4.4. yang memperlihatkan permukaan KKS. Hasil SEM terhadap permukaan KKS memperlihatkan bahwa kayu tampak dalam dua bagian, yaitu bagian gelap (parenchim) dan bagian terang (yang terdiri dari serat/fiber dan vasculer bundle) yang mengelilingi parenchim. Parenchim memiliki rongga berpori banyak dan besar. Rongga ini mulanya merupakan bagian KKS yang mengandung air, tetapi setelah pengeringan terbentuklah rongga ini, yang nantinya akan diisi oleh matriks/bahan pengimpregnasi.


Gambar 4.4. Foto SEM KKS

4.2. Karakterisasi KKS Terimpregnasi Asap cair, Stirena, dan TDI Spesimen KKS setelah terimpregnasi kemudian di karakterisasi yang meliputi sifat mekanik (MOR dan MOE), FT-IR, DTA, dan SEM.

4.2.1. Sifat Mekanik KKS Terimpregnasi KKS setelah impregnasi dilakukan uji sifat mekaniknya, meliputi nilai MOR dan MOE untuk melihat pengaruh perlakuan terhadap sifat mekanik KKS. Tabel 4.2. Data karakterisasi sifat mekanik KKS terimpregnasi

Spesimen

MOR (kg/cm2)

MOE (kg/cm2)

P1

524,94

94.959,223

P2

533,325

97.455,258

P3

504,465

92.621,858


T1

453,375

83.962,017

T2

412,035

81.252,383

T3

439,14

80.794,675

I1

406,575

77.023,158

I2

384,54

75.759,883

I3

391,755

73.617,808

Dari tabel 4.2. dapat dilihat bahwa sifat mekanik KKS pada ketiga bagian batang dengan masing-masing tiga kali perulangan, yaitu pinggir, tengah, dan inti diperoleh sifat mekanik terbaik pada kayu bagian pinggir, yaitu dengan nilai MOR rata-rata sebesar 520,91 kg/cm2 dan MOE rata-rata sebesar 94.959,223 kg/cm2. Dari data tersebut KKS setelah impregnasi termasuk kedalam klasifikasi kayu kelas III menurut Standar Nasional Indonesia (SNI) kayu no. 03-3527-1994. Nilai MOR dan MOE KKS terimpregnasi mengalami peningkatan bila dibandingkan dengan KKS awal. Hal ini dimungkinkan terjadi karena telah terbentuknya rantai uretan melalui penambahan asap cair tempurung kelapa yang mengandung gugus –OH dengan TDI yang mengandung gugus –NCO didalam KKS. Rantai uretan yang terbentuk ini lebih bersifat elastomer sehingga memungkinkan sifat mekanik, terutama MOE meningkat lebih tajam. Rantai uretan yang bersifat elastomer dapat meningkatkan sifat elastisitas dan kekuatan patah (Hepburn C, 1992) Kekuatan patah sangat erat kaitannya dengan


pembentukan jaringan (crosslink) didalam specimen KKS. Jaringan ini kemungkinan merupakan ikatan antara selulosa dari KKS dengan poliuretan dimana jaringan yang terbentuk banyak dan bias jadi membentuk kristalin sehingga dapat meningkatkan sifat mekanik bahan yang diuji.

600 500

P; 520,91

400 M O 300 R 200

T; 434,85 I; 394,2

100 0 P

T

I

P; 100.00094.959,2 T; 90.000 2 I; 82.003,0 80.000 75.466,9 3 70.000 5 M 60.000 O 50.000 E 40.000 30.000 20.000 10.000 0 P T I

Bagian KKS

Bagian KKS

Gambar 4.5. Diagram batang nilai MOR dan MOE Vs bagian KKS terimpregnasi AC, stirena dan TDI Vs bagian KKS

Jika dilihat dari bagian pinggir (P), ke tengah (T) dan ke inti (I), nilai MOR dan MOE semakin menurun. Hal ini disebabkan oleh berkurangnya kandungan selulosa dan lignin, dimana lignin mempunyai peranan yang sangat penting dalam meningkatkan sifat mekanik KKS. Hal ini juga berkaitan dengan kandungan serat, air dan pati, dimana semakin ke dalam (bagian inti) kandungan serat semakin sedikit sedangkan kandungan air dan pati semakin banyak.


4.2.2. Sifat Termal KKS Terimpregnasi Hasil analisis KKS setelah diimpregnasi dengan asap cair, stirena, dan TDI terjadi perubahan suhu termal menjadi 310oC. Ini membutikan bahwa telah terjadi reaksi antara komponen KKS terutama pada gugus CH2OH dari seluosa dan CH2OH dari lignin dengan bahan asap air dan TDI yang membentuk rantai poliuretan dan berinteraksi fisik membentuk jaringan yang permanent (crosslink) dengan polistirena.

Gambar 4.6. Thermogram KKS terimpregnasi AC, stirena, dan TDI

Menurut Dey J, 2008 semakin banyak polimer yang dicampurkan akan membentuk ikatan dengan rantai karbon yang lebih panjang yang menyebabkan sifat termal menjadi lebih tinggi. Frisch K, 1973 mengungkapkan bahwa tingginya rantai karbon dalam suatu matriks polimer akan meningkatkan berat molekul secara signifikan yang selanjutnya meningkatkan sifat termal yang tajam. Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

4.2.3. Hasil Uji FT-IR KKS Terimpregnasi Setelah impregnasi, dilakukan uji FT-IR untuk melihat perubahan gugus fungsi pada KKS. Uji FT-IR dilakukan sebanyak tiga kali untuk melihat apakah ketiga matriks/ bahan pengimpregnasi dapat masuk dan berpolimerisasi kedalam KKS. Pertama, FT-IR untuk impregnasi stirena dengan penambahan inisiator benzoil peroksida (melihat apakah terbentuk polistirena didalam KKS); Kedua, FT-IR untuk impregnasi asap cair dan TDI (melihat apakah terbentuk uretan di dalam KKS); Ketiga, FT-IR untuk impregnasi ketiga matriks/bahan pengimpregnasi, yaitu asap cair, stirena, dan TDI (melihat apakah terjadi interaksi fisik antara polistirena dengan poliuretan didalam KKS terimpregnasi).

4.2.3.1. Impregnasi Stirena ( Menggunakan Inisiator benzoil peroksida) Serapan pada bilangan gelombang 3434,95cm-1 yang menunjukkan gugus -OH dari KKS. Serapan pada bilangan gelombang 11268,00; 1247,81; 1155,82 dan 1052,82 cm-1 menunjukkan gugus C-O. Serapan medium pada 1629,85 menunjukkan adanya cincin aromatik. Adanya C-H aromatik dan vinil pada 3025,88; 3060,01; dan 3083,31 cm-1. Adanya C-H alifatik pada bilangan gelombang 2926,26 cm-1. Adanya gugus C-O dan –OH merupakan gugus fungsi dari selulosa kayu. Gugus vinil, -CH aromatik, -CH alifatik dan cincin aromatik memprediksikan terbentuknya polistirena didalam KKS.


Gambar 4.7. Spektrum IR KKS terimpregnasi stirena + inisiator benzoil peroksida

4.2.3.2. Impregnasi Asap Cair dan TDI Serapan melebar pada 3434,40 cm-1 menunjukkan adanya gugus –OH dari sellulosa KKS. Adanya serapan kuat dengan lebar medium pada 1639,00 cm-1 menunjukkan adanya gugus C=O. Serapan medium pada 3787,98 cm-1 menunjukkan adanya gugus –NH. Serapan pada 1228,01 cm-1 menunjukkan gugus C-O dari NCO. Gugus –OH berasal dari selulosa KKS. Keberadaan gugus C=O, -NH dan C-O menunjukkan ciri khas dari senyawa poliuretan.


Gambar 4.8. Spektrum IR KKS terimpregnasi AC dan TDI

4.2.3.3. Impregnasi Asap Cair, stirena, dan TDI Serapan melebar pada bilangan gelombang 3413,66 cm-1 menunjukkan adanya gugus –OH dari sellulosa KKS. Serapan pada 1699,79; 1640,11; dan 1604,17 cm-1 menunjukkan adanya gugus C=O. Serapan pada bilangan 3787,60 cm-1 menunjukkan gugus -NH. Serapan medium pada 1559,35; 1542,03; dan 1537,29cm-1 menunjukkan adanya cincin aromatik. Serta serapan pada 2948,24 cm-1 menunjukkan adanya -CH alifatik.


Gambar 4.9. Spektrum IR KKS terimpregnasi AC, stirena, dan TDI

4.2.4. Hasil Uji SEM KKS Terimpregnasi Hasil SEM terhadap permukaan KKS terimpregnasi asap cair, stirena, dan TDI memperlihatkan bahwa pada permukaan KKS telah terjadi reaksi secara insitu dengan terbentuknya rantai poliuretan dan polistirena. Dimana ketiga matriks/ bahan ini telah mengubah permukaan KKS bila dibandingkan dengan KKS sebelum impregnasi. Perubahan ini terlihat dari gambar pada bagian permukaan KKS sebelum dan sesudah impregnasi, dimana sesudah impregnasi daerah terang semakin banyak dan merata menutupi bagian gelap KKS. Ini menunjukkan bahwa pori-pori KKS telah terisi dan menjadi lebih rapat sehingga meningkatkan sifat mekanik KKS.


Gambar 4.10. Foto SEM KKS terimpregnasi AC, stirena, dan TDI

Menurut Dey, J, 2008 semakin rapat pori-pori suatu bahan maka bahan tersebut akan semakin kuat. Meningkatnya kerapatan pori-pori KKS terimpregnasi asap cair, stirena, dan TDI menunjukkan bahwa matriks ketiga komponen telah bersimetri dan mencapai homogenitas sehingga menghasilkan sifat mekanik dan termal cukup tajam.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 1. Asap cair tempurung kelapa, stirena, dan TDI dengan metode perendaman dapat diimpregnasikan kedalam KKS. 2. Sifat fisik dan mekanik KKS terimpregnasi asap cair, stirena, dan TDI mengalami peningkatan yang dilihat dari hasil uji karakteristik, yaitu : SEM, DTA, FT-IR serta MOR dan MOE. •

Analisa SEM menunjukkan perubahan pada permukaan KKS sebelum dan setelah impregnasi.

•

Analisa DTA memperlihatkan adanya peningkatan sifat termal KKS sebelum dan setelah impregnasi, dari 280oC menjadi 310oC.

•

Analisa FT-IR memberikan gambaran terbentuknya polimer poliuretan dan polistirena didalam KKS terimpregnasi. Serapan pada bilangan gelombang 3423,66 cm-1 (merupakan gugus –OH dari sellulosa KKS), serapan pada 1699,79; 1640,11; dan 1604,17 cm-1 (merupakan gugus C=O) serta serapan pada 3787,60 cm-1 (merupakan gugus –NH). Gugus C=O dan –NH memperlihatkan ciri khas dari senyawa poliuretan. Serapan pada 1559,35; 1542,03; dan 1537,29 cm-1 (merupakan cincin aromatik) dan serapan pada 2948,24 cm-1 (merupakan –CH alifatik).


Cincin aromatik dan CH alifatik diprediksikan sebagai senyawa polistirena. •

Analisa MOR dan MOE juga memperlihatkan terjadinya peningkatan nilai dari 163,48 kg/cm2 menjadi 520,91 kg/cm2 (untuk MOR) dan 53.777,68 kg/cm2 menjadi 94.959,223 kg/cm2 (untuk MOE).

3. KKS hasil impregnasi jika dibandingkan terhadap SNI kayu no. 03-35271994 termasuk kedalam klasifikasi kelas III.

5.2. Saran 1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut guna meningkatkan sifat fisik dan mekanik KKS dengan menggunakan matriks/bahan pengimpregnasi berupa polifenol sintetik dari proses pirolisis kayu, seperti tempurung kelapa dengan memperhatikan fraksi dan temperatur asap cair yang digunakan guna memastikan

kandungan

kadar

polifenol

didalam

asap

cair,

dan

memvariasikan pelarut untuk senyawa TDI guna memperlambat reaksi reaktif gugus NCO dari senyawa TDI agar dapat masuk dan terdifusi kedalam pori-pori KKS membentuk poliuretan. 2. Perlu dilakukan analisa lebih lanjut terutama uji difraksi sinar X (DSX) dan pengujian reaksi dengan NMR.


DAFTAR PUSTAKA

Alekseeva, T.T., Lipatov, Yu.S., Babkina, N.V., Grishchuk, S.I., Yarovaya, N.V., 2005, Reaction Compatibilization in Interpenetrating Polymer Networks II. Polyurethane-Polystyrene-Oligourethane Dimethacrylate System, Journal Science Direct, Polymer 46, 419-428 Anonim, 2008, Prospek Hutan Rakyat Untuk Industri Perkayuan Nasional, www.mediadata.co.id Anonim, 2005, Phenolic, www.csmls.org/eng/safety/eng/spotlight/phenolic Anonim, 1988, Chemical Product Synopsis. Polystyrene, Bakar, E.S., 2003, Kayu Sawit Sebagai Substitusi Kayu dari Hutan Alam. Forum Komunikasi Teknologi dan Industri Kayu Jurusan Teknologi HasilHutan Fakutas Kehutanan IPB, Vol. 2/1 Juli, Bogor Chen, S. and Hsu J.S., 1993, Polyurethane anionomers, I. Structure-property relationships, Journal of Polymer Science, vol. 34 no. 13 Desai, S.D., Patel J.V., Sinha, V.K., 2003, Polyurethane adhesive from biomaterial-based polyol for bonding wood, International Journal of Adhesive 23, 393-399. Dey., J, 2008, Development of Biodegradable Crosslinked Urethane-Doped Polyester Elastomer, Journal Biomaterials, 29 : 4637-4649 Dumanauw, J.F., 2003, Mengenal Kayu, Kanisius, Yogyakarta Dwianto, W. dan Marsoem, S.N., 2008, Tinjauan Hasil-hasil Penelitian Faktorfaktor Alam yang Mempengaruhi Sifat Fisik dan Mekanik Kayu Indonesia, J.Tropical Wood Science 7 Technology, vol. 6 No.2 Fauzi Y., 2008, Kelapa Sawit, Penebar Swadaya, Jakarta Fengel, D. and Wagener, G., 1995, Kimia Kayu Ultrastruktur Reaksi-reaksi, Alih bahasa oleh Sasrohamidjojo, edisi pertama, Gajah mada University Press, Yogyakarta


Frisch., K, 1973, Advance in Urethane, Sci and Tech, vol 1, Tecnomick Publishing Co Gent, A.N., UU G.L., Mazurex, M., 1994, Experimental Study of Molecular Entanglement in Polymer Networks, Journal of Polymer Science Part. B Polymer Physics, vol. 32 no.2, 271-279 Grelier, S., Castellan, A., Podgorski, L., 2007, Use of Low Molecular Weight Modified Polystyrene to Prevent Potodegradation of Clear Softwoods for Outdoor Use, Journal Science Direct, Polymer Degradation and Stability 92, 1520-1527 Hasbullah, 2002, Pengolahan Pangan Daging Asap (Daging Sale) Cair, Teknologi Tepat Guna, Sumatera Barat Hepburn C., 1992, Polyurethane Elastomers, 2nd edition, Elsevier Science Publishers LTD, England Info Ristek, 2005, Tempurung Kelapa Sawit, Vol.3 No.1, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, Jakarta Jaffrennou, B., Portal J., Mechin, F., Pascault P.J., 2008, Nanostructured Poly(urethane)s and Poly(urethane-urea)s from Reactive Solutions of Poly[styrene-b-butadiene-b-(methyl methacrylate)]-triblock Copolymers, European Polymer Journal 44, 3439-3455 Manurung, E.D., 2001, Karakteristik Anatomi dan Sifat Kimia Kayu Kelapa Sawit, Skripsi, FMIPA Kimia USU, Medan Mustafa I., 2001, Impregnasi Kayu Kelapa Sawit dengan Menggunakan Polistirena, Tesis, Jurusan Kimia Program Pasca sarjana USU, Medan Nasution, D.Y., dan Thamrin, 2001, Pembuatan Kayu Termoplastik dari Batang Kelapa Sawit Menggunakan Teknik Impregnasi Reaktif dengan Poliolefin Daur Ulang, Laporan Akhir Penelitian Domestic Colaboratif Research Grant, Proyek Penelitian untuk Pengembangan Pascasarjana/URGE, Direktorat Jenderal Penddidikan Tinggi, Departemen Pendidikan Nasional, Medan Thamrin, 2007, Asap Cair Cangkang Kelapa Sawit Sebagai Pengawet dan Jaringan Semi Interpenetrasi Polimer Pada Kayu Kelapa Sawit, Disertasi, FMIPA Kimia USU, Medan Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

Siregar, M.S., 2001 , Impregnasi Kayu Kelapa Sawit dengan Menggunakan Monomer Stirena dan Asap Cair Cangkang Kelapa Sawit, Tesis, Jurusan Kimia Program Pasca sarjana USU, Medan Siregar S., 2001, Analisis Kadar Keasaman, Kadar Senyawa Turunan Fenol dan Indeks Pencoklatan dalam Pembuatan Asap Cair dari Cangkang Kelapa Sawit, Skripsi, FMIPA Kimia USU, Medan Song K., Jung H., Lee K., Choe S., 2008 ,Nano-sized Polystyrene Prepared Using Bifunctional Vinyl Urethane Macromonomer in Emultion Polymerization, Journal Science Direct, Curent Applied Physics 8 : 742-745 Sopyan I, 2001, Kimia Polimer, Pradnya Paramita, Jakarta Syakir, N., 2001, Impregnasi Kayu Kelapa Sawit dengan Menggunakan Asap Cair Cangkang Kelapa Sawit, Tesis, Jurusan Kimia Program Pasca sarjana USU, Medan Suwartono, 2001, Karakterisasi Sifat Fisik dan Sifat Mekanik Kayu Kelapa Sawit, Skripsi, FMIPA Kimia USU, Medan U. S. Environmental Protection Agency, 1985 Polymer Manufacturing Industry – Background Information for Proposed Standards. Draft EIS. EPA-450/383-019a. U. S.Environmental Protection Agency. pp. 3-40 to 3-53 Wirjosentono, B., 1994, Kinetika dan Mekanisme Polimerisasi, USU Press, Medan

Lampiran-1 Pembuatan Asap Cair Tempurung Kelapa

10 kg Tempurung Kelapa

Arang

Dihaluskan, di oven untuk menghilangkan kadar air, dimasukkan ke dalam tungku pengarangan, dipirolisis

Gas


Diairkan melalui kolom pendingin Asap cair dan ter Di sentrifugasi pada 2000 rpm selama 20 menit Asap cair 5000C

Lampiran-2 Impregnasi Stirena Batang KKS Dibuat spesimen sesuai ASTM D 1324-60

Spesimen 15x2x2,5 cm Di oven pada suhu 700C Kartika Okta Purnama : Impregnasi Kayu Kelapa Sawit Dengan Menggunakan Asap Cair Tempurung Kelapa, Stirena, Dan Toluena Diisosianat (TDI), 2009 USU Repository © 2008

Impregnasi stirena 20% (pelarut etanol, inisiator benzoil peroksida) selama 5 hari Di oven pada suhu 1200C

Uji FT-IR

Lampiran-3 Impregnasi Asap cair dan TDI Batang KKS Dibuat spesimen sesuai ASTM D 1324-60


Impregnasi asap cair selama 4 hari Di oven pada suhu 700C

Impregnasi TDI selama 30 menit

Uji FT-IR

Lampiran-4 Impregnasi Asap cair, Stirena, dan TDI Batang KKS Dibuat spesimen sesuai ASTM D 1324-60


Impregnasi asap cair selama 4 hari Di oven pada suhu 700C

Impregnasi Stirena (pelarut etanol, inisiator benzoil peroksida) selama 5 hari Di oven pada suhu 1200C

Impregnasi TDI selama 30 menit

Uji MOE & MOR

Uji DTA

Uji FT-IR

Uji SEM

Lampiran-5 Tabel kekuatan kayu berdasarkan SNI 03-3527-1994 Kelas Kuat

Berat Jenis (g/cm3)

MOE

MOR

(Kg/cm2)

(Kg/cm2)

( x 103) I

> 0,9

> 161

> 1221


II

0,6 – 0,9

112

795

III

0,4 – 0,6

75

437

IV

0,3 – 0,4

56

278

V

< 0,3

< 56

< 278

Lampiran-6 Tabel Nilai MOR KKS Kering Bagian

Tekanan (kgf)

Tebal (cm)

Lebar (cm)

Jarak Sanggah (cm)

MOR (kg/cm2)

P1 P2 P3 T1

83,4 83,6 84,5 78,7

2 2 2 2

2,5 2,5 2,5 2,5

13 13 13 13

162,63 163,02 164,78 153,46

Ratarata MOR (kg/cm2) 163,48


T2 T3 I1 I2 I3

79,8 78,6 75,5 74,9 74,2

2 2 2 2 2

2,5 2,5 2,5 2,5 2,5

13 13 13 13 13

155,61 153,27 147,22 146,06 144,69

154,11

MOE (kg/cm2)

Rata-rata MOE (kg/cm2)

145,99

Tabel Nilai MOE KKS Kering Bagian Tekanan (kgf) P1 P2 P3 T1 T2 T3 I1 I2 I3

73,67 73,27 73,35 67,87 68,02 67,97 66,41 66,32 66,14

Tebal (cm)

Jarak Defleksi (cm) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

1 1 1 1 1 1 1 1 1

Lebar (cm) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5

Jarak Sanggah (cm) 13 13 13 13 13 13 13 13 13

53.954,66 53.661,73 53.716,65 49.707,13 49.816,98 49.780,36 48.657,39 48.565,85 48.437,69

53.777,68 49.768,15 48.547,60

Lampiran-7 Tabel Nilai MOR KKS Terimpregnasi Asap Cair, Stirena, dan TDI Bagian

Tekanan (kgf)

Tebal (cm)

Lebar (cm)

Jarak Sanggah (cm)

MOR (kg/cm2)

P1 P2 P3 T1

269,2 273,5 258,7 232,5

2 2 2 2

2,5 2,5 2,5 2,5

13 13 13 13

524,94 533,325 504,465 453,375

Ratarata MOR (kg/cm2) 520,91


T2 T3 I1 I2 I3

211,3 225,2 208,5 197,2 200,9

2 2 2 2 2

2,5 2,5 2,5 2,5 2,5

13 13 13 13 13

412,035 439,14 406,575 384,54 391,755

434,85 394,29

Tabel Nilai MOE KKS Terimpregnasi Asap Cair, Stirena, dan TDI Bagian Tekanan (kgf) P1 P2 P3 T1 T2 T3 I1 I2 I3

129,45 133,07 126,47 114,65 110,95 110,32 105,17 103,45 100,52

Tebal (cm) 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Jarak Defleksi (cm) 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

Lebar (cm) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5

Jarak Sanggah (cm) 13 13 13 13 13 13 13 13 13

MOE (kg/cm2)

Rata-rata MOE (kg/cm2)

94.800,55 97.455,26 94.959,2 92.621,86 83.962,02 81.252,38 82.003,0 80.794,68 77.023,16 75.759,88 75.466,9 73.617,81

Lampiran-8

Contoh Perhitungan MOR dan MOE


1. Hasil uji patah sampel KKS dengan ukuran tebal = 2 cm, lebar = 2,5 cm, jarak sanggah 13 cm diperoleh tekanan sebesar 269,2 kgf. Maka nilai MOR sampel diperoleh dengan menggunakan rumus :

MOR =

3PL 3x 269,2 x13 = = 520,91 kg/cm2 2 2 2lt 2 x 2,5 x 2

2. Hasil uji tarik sampel KKS dengan ukuran tebal 1 cm, jarak defleksi = 0,3 cm, lebar = 2,5 cm, jarak sanggah = 13 cm, diperoleh tekanan sbesar129,45 kgf. Maka nilai MOE sampel diperoleh dengan menggunakan rumus :

MOE =

129,45 x133 P' L3 = 94.800,55 kg/cm2 = 3 3 4 x0,3 x 2,5 x1 4 ylt



IMPREGNASI KAYU KELAPA SAWIT DENGAN MENGGUNAKAN ASAP CAIR TEMPURUNG KELAPA, STIRENA, DAN TOLUENA DIISOSIANAT (TDI)

Recommend Documents