KETAHANAN KOMPOSIT KAYU PLASTIK-DAUR-ULANG DENGAN PENAMBAHAN UV STABILIZER TERHADAP CUACA
IWAN RISNASARI
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis yang berjudul : Ketahanan Komposit Kayu Plastik-Daur-Ulang dengan Penambahan UV Stabilizer terhadap Cuaca adalah benar hasil karya saya sendiri dengan arahan dari pembimbing, dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Semua sumber data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, Februari 2006
Iwan Risnasari NIM E 051020231
ABSTRAK
IWAN RISNASARI. Ketahanan Komposit Kayu Plastik-Daur-Ulang dengan Penambahan UV Stabilizer terhadap Cuaca. Dibimbing oleh YUSUF SUDO HADI, FAUZI FEBRIANTO dan MYRTHA KARINA. Penggunaan wood polymer composite (WPC) saat ini tidak hanya berkembang untuk produk yang digunakan di dalam ruangan (indoor) seperti lantai dan dinding rumah bagian dalam, perabot rumah tangga, dan lain-lainnya tetapi juga berkembang untuk digunakan di luar ruangan (outdoor) seperti dek kapal, lambung kapal, dan atap rumah. Penggunaan WPC untuk aplikasi outdoor memunculkan permasalahan yang terkait dengan daya tahan WPC seperti stabilitas panas (thermal stability), ketahanan terhadap jamur (fungal resistance), ketahanan terhadap perubahan bentuk karena penyerapan uap air (ketahanan terhadap kelembaban), dan stabilitas terhadap ultraviolet (UV). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan UV stabilizer terhadap ketahanan komposit kayu plastik-daur-ulang yang dipaparkan terhadap cuaca. Dalam penelitian ini terdapat 12 perlakuan yang terdiri dari 2 faktor, yaitu penambahan maleat anhidrida (MAH) dan UV stabilizer dengan 3 kali ulangan. Faktor MAH terdiri dari 2 taraf, yaitu MAH 0 % dan MAH 2,5 % sedangkan faktor UV stabilizer terdiri dari 6 taraf, yaitu konsentrasi UV stabilizer 0, 1, 2, 3, 4, dan 5 %. Lembaran komposit kayu plastik-daur-ulang yang dihasilkan dari penelitian ini kemudian dipaparkan terhadap cuaca selama 6 bulan. Pengujian yang dilakukan terhadap komposit yang telah mengalami pemaparan meliputi perubahan warna dan sifat mekanis (kekuatan tarik/tensile srength, modulus young dan elongasi patah/break elongation). Pengamatan lebih lanjut dilakukan dengan alat Scanning Electron Microscope (SEM) untuk mengetahui perubahan permukaan komposit, dan alat Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) untuk mengetahui perubahan gugus karbonil pada komposit. Hasil penelitian antara lain menunjukkan bahwa penambahan MAH dan UV stabilizer tidak dapat menurunkan tingkat perubahan warna pada komposit, tetapi penambahan MAH berpengaruh nyata terhadap kekuatan tarik dan modulus young dari komposit selama 6 bulan pemaparan, sedangkan penambahan UV stabilizer tidak berpengaruh nyata. Faktor penambahan MAH dan UV stabilizer hanya berpengaruh nyata terhadap elongasi patah pada komposit yang tidak mengalami pemaparan, sedangkan pada komposit yang mengalami pemaparan selama 6 bulan tidak terlihat pengaruhnya. Hasil pengamatan SEM menunjukkan bahwa penambahan MAH dan UV stabilizer mampu meningkatkan ikatan antara serbuk kayu dengan plastik dan mampu mempertahankan struktur komposit yang telah mengalami pemaparan cuaca selama 6 bulan. Hasil pengujian FTIR menunjukkan bahwa penambahan MAH dan UV stabilizer pada komposit dapat mengurangi oksidasi yang terjadi akibat pemaparan, yang ditunjukkan dengan indeks karbonil yang lebih rendah. Kata kunci : komposit, UV stabilizer, plastik daur ulang, weathering
KETAHANAN KOMPOSIT KAYU PLASTIK-DAUR-ULANG DENGAN PENAMBAHAN UV STABILIZER TERHADAP CUACA
IWAN RISNASARI
Tesis Sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Magister Sains pada Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
Judul Tesis
: Ketahanan Komposit Kayu Plastik-Daur-Ulang dengan Penambahan UV Stabilizer terhadap Cuaca
Nama
: Iwan Risnasari
NIM
: E051020231
Disetujui Komisi Pembimbing
Prof.Dr.Ir.H.Yusuf Sudo Hadi, M.Agr
Dr.Ir.Fauzi Febrianto, MS
Dr. Myrtha Karina Diketahui
Ketua Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan Dr.Ir. Dede Hermawan, M.Sc.
Tanggal Lulus :
Dekan Sekolah Pascasarjana
Prof. Dr. Ir. Syafrida Manuwoto, M.Sc.
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga tesis ini berhasil diselesaikan. Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor.
Pada kesempatan ini penulis
mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Prof. Dr. Ir. H. Yusuf Sudo Hadi, M.Agr, Dr. Ir. Fauzi Febrianto, MS serta Dr. Myrtha Karina yang telah memberikan bimbingan, arahan serta saran, dan kritik kepada penulis selama penelitian dan penyusunan tesis ini. 2. Kepala Pusat Penelitian Fisika-Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Bandung beserta staf (Bapak Sudirman, Bapak Anung, Ibu Jimat, dan Ibu Indri) atas ijin, fasilitas, dan bantuan yang diberikan selama penulis melakukan penelitian. 3. Dr. Basuki Sumawinata dari Laboratorium Genesis dan Mineralogi Departemen Tanah Fakultas Pertanian IPB atas ijin dan fasilitas pengujian yang diberikan kepada penulis. 4. Direktorat Pendidikan Tinggi yang telah memberikan beasiswa kepada penulis. 5. Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan
ijin dan bantuan
pendidikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan di Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. 6. Yayasan Toyota Astra yang telah memberikan bantuan dana penelitian kepada penulis. 7. Orang tua dan suami penulis yang telah memberikan semangat dan dorongan kepada penulis untuk menyelesaikan studi S2 ini. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna, sehingga perlu adanya perbaikan-perbaikan.
Semoga tesis ini dapat bermanfaat bagi
penulis dan semua pihak yang memerlukan. Bogor, Februari 2006 Iwan Risnasari
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bondowoso pada tanggal 19 Agustus 1973 sebagai anak kedua dari tiga bersaudara, dengan orang tua Bapak AM Irawan dan Ibu Suristiani. Tahun 1992 penulis lulus dari SMAN 2 Bondowoso dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Tahun 1993 penulis diterima di Jurusan Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan dan lulus tahun 1997. Pada tahun 1999 penulis diterima sebagai staf pengajar di Jurusan Kehutanan Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara (USU). Tahun 2002 penulis diterima di Program Studi Ilmu Pengetahuan Kehutanan (IPK) Sekolah Pascasarjana IPB, dan tahun 2003 mendapatkan beasiswa dari Direktorat Pendidikan Tinggi (DIKTI)
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR ISI .................................................................................................... viii DAFTAR TABEL ...............................................................................................ix DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... x DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xii PENDAHULUAN ............................................................................................... 1 Latar Belakang ............................................................................................ 1 Perumusan Masalah .................................................................................... 3 Tujuan dan Manfaat Penelitian ................................................................... 3 Hipotesis Penelitian .................................................................................... 4 TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................................... 5 Komposit Kayu-Plastik ............................................................................... 5 Limbah Kayu dan Limbah Plastik .............................................................. 6 Pemanfaatan Limbah Plastik.................................................................... 10 Pengaruh Cuaca terhadap Kayu, Plastik, dan Komposit Kayu-Plastik ..... 11 UV Stabilizer ............................................................................................. 12 BAHAN DAN METODE .................................................................................. 16 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................... 16 Bahan dan Alat .......................................................................................... 16 Metode Penelitian ..................................................................................... 17 HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................................... 25 Kondisi Pemaparan ................................................................................... 25 Perubahan Warna (Color Difference) ....................................................... 25 Kekuatan Tarik (Tensile Strength) ............................................................ 29 Modulus Young ........................................................................................ 31 Elongasi Patah (Break Elongation) ........................................................... 33 Hasil Pengamatan Scanning Electron Microscope (SEM) ....................... 35 Hasil Pengamatan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) ..... 37 SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................... 44 Simpulan .................................................................................................. 44 Saran ......................................................................................................... 44 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 45 LAMPIRAN ...................................................................................................... 48
viii
DAFTAR TABEL
Halaman 1. Unit Struktural Polimer Berdasarkan Glass Transition .................................. 7 2. Data Rata-Rata Cuaca Bulanan Stasiun Bandung ........................................ 25 3. Nilai Nilai Rata-Rata Perubahan Parameter Kecerahan (L*) dan Paramater Warna (a* dan b*) pada Komposit Selama Pemaparan ............ 26 4. Nilai Rata-Rata Perubahan Warna (∆E*ab) pada Komposit Selama Pemaparan .................................................................................................... 26 5. Nilai Kekuatan Tarik Komposit Kayu Plastik-Daur-Ulang ......................... 30 6. Nilai Modulus Young Komposit Kayu Plastik-Daur-Ulang ......................... 32 7. Nilai Elongasi Patah Komposit Kayu Plastik-Daur-Ulang........................... 34
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1.
A) Serbuk Kayu 120 Mesh, B) Polipropilen Daur Ulang, C) UV Stabilizer .....................................................................................16
2.
Alat Mixer (Labo Plastomill) .................................................................17
3.
Kempa Dingin dan Kempa Panas...........................................................18
4.
Diagram Alir Proses Pembuatan Komposit Kayu Plastik-Daur-Ulang dengan Penambahan UV Stabilizer ........................19
5.
Bentuk Contoh Uji Sifat Mekanis ISO 527-3 ........................................20
6.
Alat Pembuat Dumbbell .........................................................................20
7.
Alat Penyangga Contoh Uji di Lapangan ...............................................21
8.
Hubungan Antara ∆L*, ∆a*, dan ∆b* pada Pengukuran Perubahan Warna ...................................................................................22
9.
Alat untuk Pengujian Sifat Mekanis.......................................................22
10.
Alat Scanning Electron Microscope (SEM)...........................................23
11.
Pengaruh Pemaparan terhadap Nilai Perubahan Warna pada Kayu Plastik-Daur-Ulang ..............................................................28
12.
Lembaran Komposit Kayu Plastik-Daur-Ulang : A) Sebelum Pemaparan, B) Setelah Pemaparan 3 Bulan .......................29
13.
Pengaruh Waktu Pemaparan terhadap Nilai Kekuatan Tarik .................31
14.
Sampel setelah Pengujian Tarik: A) RPP Murni, B) Komposit Kayu Plastik-Daur-Ulang .................................................32
15.
Pengaruh Waktu Pemaparan terhadap Nilai Modulus Young ................33
16.
Pengaruh Waktu Pemaparan terhadap Nillai Elongasi Patah .................34
17.
Hasil Pengamatan dengan SEM pada Komposit Tanpa MAH dan UV Stabilizer : A) Sebelum dipaparkan, B) Setelah dipaparkan 6 bulan ................................................................................36
18.
Hasil Pengamatan dengan SEM pada Komposit Menggunakan MAH dan UV Stabilizer : A) Sebelum Pemaparan, B) Setelah Pemaparan 6 Bulan ..............................................................36
19.
Mekanisme Fotooksidasi dan Pembentukan Radikal pada polimer (Philip et al, 2004) ....................................................................37
x
20.
Indeks Karbonil dari Komposit Sebelum dan Setelah Pemaparan .........39
21.
Hasil Pengamatan dengan FTIR pada RPP : A) Sebelum Pemaparan, B) Setelah Pemaparan 1 Bulan ...............................................................40
22.
Hasil Pengamatan dengan FTIR pada Komposit Tanpa MAH dan UV Stabilizer : A) Sebelum Pemaparan, B) Setelah Pemaparan 6 Bulan ...............................................................................41
23.
Hasil Pengamatan dengan FTIR pada Komposit Menggunakan MAH dan UV Stabilizer: A) Sebelum Pemaparan, B) Setelah Pemaparan 6 Bulan ...............................................................42
24.
Hasil Pengamatan dengan FTIR pada Komposit yang Hanya Menggunakan UV Stabilizer: A) Sebelum Pemaparan, B) Setelah Pemaparan 6 Bulan ...............................................................43
xi
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Sidik Ragam Perlakuan MAH dan UV Stabilizer terhadap Perubahan Warna ......................................................................................... 48 2. Sidik Ragam Perlakuan MAH dan UV Stabilizer terhadap Kekuatan Tarik ............................................................................................. 50 3. Sidik Ragam Perlakuan MAH dan UV Stabilizer terhadap Modulus Young ........................................................................................... 52 4. Sidik Ragam Perlakuan MAH dan UV Stabilizer terhadap Elongasi Patah .............................................................................................. 54 5. Hasil Pengukuran dan Perhitungan Perubahan Warna Sebelum dan Setelah Pemaparan ................................................................................ 56 6. Hasil Pengukuran Kekuatan Tarik ................................................................ 58 7. Hasil Pengukuran Modulus Young ............................................................... 59 8. Hasil Pengukuran Elongasi Patah ................................................................. 60
xii
