Daftar isi
Pemanfaatan
Lignin dan Tanin Sebagai Alternatif Substitusi Bahan Perekat Kayu Komposit (Adi Santoso)
PEMANFAATAN LIGNIN DAN TANIN SEBAGAI ALTERNATIF SUBS TITUS I BAHAN PEREKAT KAYU KOMPOSIT Adi Santoso
Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Jl. Gunung Batu, Bogor
ABSTRAK PEMANFAATAN
LIGNIN DAN TANIN SEBAGAI ALTERNATIF SUBSTITUSI BAHAN PEREKAT
KAYU KOMPOSIT. Kayu komposit adalah suatu produk yang berasal dari potongan-potongan kayu atau bahan yang berlignoselulosa lainnya dalam berbagai bentuk yang disusun kembali sedemikian rupa dengan bantuan suatu bahan pengikat seperti perekat, sehingga diperoleh suatu produk kayu dalam bentuk baru yang berbeda dengan asalnya. Contoh produk kayu komposit yang dewasa ini banyak dikenal di antaranya kayu lapis, papan partikel, venir lamina, balok lamina dan papan sambung. Selain olehjenis kayunya, kualitas produk kayu komposit sangat dipengaruhi oleh perekat yang digunakan, di mana untuk memproduksi kayu olahan itu sebagian besar masih menggunakan perekat sintetis seperti urea formaldehida (UF), melamin formaldehida (MF), fenol formaldehida (FF) dan resorsinol formaldehida (RF). Jenis perekat tersebut diolah secara kimia dari hasil minyak bumi, dan merupakarl-sumber daya yang tidak dapat pulih. Oleh karena itu perlu dicari alternatif pengganti bahan baku perekat tersebut, di antaranya adalah lignin dan tanin. Tulisan ini merangkum beberapa hasil penelitian pemanfaatan lignin dan tanin sebagai alternatif substitusi bahan baku perekat dalam upaya peningkatan kualitas dan diversifikasi produk industri pengolahan kayu melalui produk perekatan yang ramah lingkungan. Kata kunci : Lignin, tan in, kayu komposit, perekat
ABSTRACT UTILIZATION
OF LIGNIN AND TANNIN AS SUBSTITUTE
ALTERNATIVE
OF GLUE RAW
MATERIAL FOR WOOD COMPOSITE. Wood composite is a product made from substance or wood cutting witch other lignocellulosic material in so many form reorganized in such a manner constructively lik
so that obtained different wood product in a new form jts origin. For the examples of composite
Besides woo<:f"product by wood are plywood, type, theparticle qualityboard, of wood laminated composite veneer/glue "Product laminated very influenced lumber, fingerbyjoint usedboard, glue, etc. to produce the wood composite most still use synthetic glue like urea formaldehyde (RF). The Glue type processed chemicallyfrom petroleum result, and represent resource which cannot be reneweble. Therefore require to be searched about substitute alternative raw material of glue, like tannin and lignin. This article embrace some tannin and lignin exploiting research result as raw materials alternative substitution of glue in the effort industrial product diversification ang wood processing quality improvement trough adhesion product. Key words: Lignin, tan in, wood composite, glue
PENDAHULUAN Sumber perekat yang dapat diperbaharui terdiri atas senyawa-senyawa polimer alami yang berasal dari tumbuh-turnbuhan, yang diadaptasi untuk kegunaan yang sarna sebagai kelornpok perekat sintetis rnumi. Ada dua kelornpok utama sumber perekat tersebut, yaitu: Lignin dan Tanin. Pernanfaatan kedua kelornpok polirner alami ini
ditujukan sebagai pengganti resin-resin sintetis fenolik, dengan pertirnbangan bahwa performance bahan tersebut arnat rnenyerupai perekat sintetis fenolik rneskipun dalam beberapa hal reaksinya mungkin sangat berbeda, selain itu. dikaitkan dengan upaya mengurangi kebergantungan pada perekat sintetis sebagai hasil 155
Prosiding Simposium Nasional Polimer V
olahan asal minyakbumi yang merupakan sumber dayatidakterbanWkan,mengurangipeneemar.an lingkungan, dan usaha untuk menekan biaya perekat. Lignin merupakan salah satu komponen utama penyusun kayu selain selulosa dan hemiselulosa.Menurut FAO [1]dari pertumbuhan hutan dunia per tahun yang berkisar 7 milyar sampai dengan 9 milyar meter kubik biomassa, dihasilkan 140juta ton selulosa dan pulp dengan 50juta ton lignin diperoleh dalam bentuk residu. Sebahagian besar (95%) residu lignin ini dikonsumsi sebagai sumber energi pada proses pulping dan diperoleh kembali sebagai senyawa kimia anorganik atau dibiarkan sebagai limbah [2,3]. Hanya 1% dari seluruh lignin yang dihasilkan di dunia telah diisolasi dan dijual, yang anta?ilain dikenal sebagai indulin AT, Lignosol SD-60, Diwatex XP-9 dan sebagainya [4]. Salah satu sumber lignin yang potensial adalah lamtan sisa pemasak serpih kayu dari pabrik pulp dengan proses kimia sui fat, yang seeara teknis disebut sebagai lindi hitam kraft (kraft black liquor). Komposisi komponen kimia lignin ini beragam bergantung pada spesies kayu dan kondisi pemasakannya. Untuk mendapatkan lignin antara lain bisa dengan earn pengendapan berulang (represipitasi) [5]. Dari 32 pabrik pulp yang ada di Indonesia dengan kapasitas produksi pulp sampai dengan tahun 2005 bisa meneapai 7,6 juta ton [6]. Hasil pemantauan di salah satu industri pulp dan kertas di lawa Barat menunjukkan bahwa dari produksi 250 ton pulp per hari, diperoleh lindi hitam sebanyak 120 tonfhari atau 43.800 tonltahun (48%) [7]. Banyaknya lignin yang bisa diperoleh dari lindi hitam sekitar 18% sampai dengan 47% (bib) [8, 9], dan bila dihitung lebih lanjut, maka dari 7,6 juta ton pulp itu bisa diperoleh lindi hitam kira-kira 3,6 juta ton, dengan perolehan lignin sekitar 0,65 juta ton sampai dengan 1,7juta ton. Ligninpadaumurnnyatermasuk isolatlignin dari lindi hitam, memiliki tiga gugus fungsi, yaitu guguskarbonil, hidroksifenolik, dan hidroksibenzilik. Di antara ketiga gugus fungsi tersebut gugus hidroksifenolik berperan penting dalam reaksi yang meng-gunakan katalis 156
ISSN 1410-8720
alkali [10], terutama dalam pemanfaatan lignin sebagai bahan baku perekat kayu melalui reaksi hidroksimetilasi [11, 12, 13] maupun kopolimerisasi dengan fenol [14] atau resorsinol [7]. Tanin merupakan salah satu zat ekstraktif yang diperoleh dari bagian pohon terutama kulitnya. Untuk memperoleh tanin, secara umum bisa dengan eara mengekstrak kulit jenis pohon tertentu seperti acacia (A. mangium, A. decurrens, A.leucophue, dan A. mearnsii), Schinopsis (quebraeho), bakau-bakau (Rhizophora sp., dan Bruguiera sp.), Switenia macrophylla, Adenanthera microsperma [11,15,16,17]. Ekstrak tanin yang diperoleh selanjutnyadieuci dengan air panas atau dengan larutan eneer natrium sui fit at au metabisulfit. Ekstrak tanin ini merupakan eampuran senyawa polifenol yang sangat kompleks dengan tingkat kemurnian yang amat beragam (70% sampai dengan 80 % bahan fenolik aktif), kristalnya berbentuk amorf dan dapat lamt dalam air. Taninterdiriatas dua kelompok utama,yang sebagian besar bersifat fenolik; (1). Tanin terhidrolisis (hydrolyzable tannins), yang mengandung ikatan ester dan dapat ter-hidrolisis bila dididihkan dalam HCI encer. Yangtergolong kelompok ini antara lain galotanin, elagitanin dan eafetanin, (2). Tanin terkondensasi (condensed tannins) atau tanin kental atau tanin katekin, yaitu tanin yang tidak dapat terhidrolisis oleh asam atau enzim. Yang termasuk golongan ini adalah tanin akatekin, tanin isoakatekin dan tanin katekin gambir [18]. Lebih dari 90% dari total produksi tanin komersial dunia (hampir 200 ribu tonltahun) adalah tanin terkondensasi, yang seeara kimia maupun ekonomis lebih ditujukan bagi kepentingan pembuatan perekat dan resin dengan pertimbangan utama bahwa komposisi senyawa tanin ramah lingkungan. Di Indonesia, sumber tanin yang paling potensial adalah bakau-bakau dan akasia. Luas hutan bakau di seluruh Indonesia diperkirakan sekitar 3,8 juta Ha dan 2,9 juta Ha di antaranya terdapat di Propinsi Irian lara [19], sementara akasia (Acacia mangium) merupakan salah satu jenis pohon Hutan Tanaman Industri ykg.
Pemanfaatan
L;gn;n dan Tan;n Sebaga; A/ternatif Subst;tus; Bahan Perekat Kayu Kompos;t (Ad; Santoso)
menurut hasil penelitian di Jawa Barat saja sehingga masing-masing terbentuk resin lignin luasnya sekitar 7,9 ribu Ha [20]. Bila dianggap formal-dehida (LF), lignin fenol formaldehida rendemen tanin sekitar 20% dari kulit tanaman (LFF) clanlignin resorsinol formaldehida (LRF). yang 0,25 ton/Ha/tahun, maka akan diperoleh .•... Bahan yang digunakan sebagai katalis dalam tanin sekitar 9 ribu ton tanin per tahun. Sampai reaksi polimerisasi maupunkopolimerisasi di atas adalahNaOH. saat inJ.pemanfaatanjenis mangium masih terbatas Untuk perekat kayu pertukangan guna pada kayunya, antara lain un~uk arang, kayu pancahg, serpih (chips) se9agai bahan baku ~ keperluan konstruksi seperti balok lamina dan pulp dan kertas. Kulitnya sebagian besar ~ sejenisnya dengan proses kempa dingin, lignin ditinggalkan di hutan atau di sekitar pabrik dikopolimerisasi dengan resorsinol dan formaldehida (nisbah mol L:R:F = 1:0,5:2) sebagai limbah. Salah satu industri pulp yang ada di Sumatera menggunakan bahan baku kayu sehingga terbentuk kopolimer LRF [7]. mangium sebanyak 192 ribu m3lbulan atau Perekat Berbasis Tanin 2,3juta m3/tahun. Bila diasumsikan bahwa volume kulit kayu sekitar 6,1% sampai dengan 18 % Tanindalamkulitkayumangiumdipisahkan dengan rata-rata 10,7 % dari volume kayu, berarti dengan mengekstrak kuli t pohon terse but kulit yang terbuang sebagai hasil pengulitan di dengan air panas (70 DC sampai dengan 80 DC) pabrik adalah sekitar 20.544 m3 per bulan ataupada nisbah bobot kulit: air = 1 : 3(3). Ekstrak yang diperoleh dikopolimerisasi dengan urea atau 246.528 m3 per tahun. Berdasarkan uraian di atas, secara . fenol atau resorsinol, dan ~ormaldehida pada hipotesis baik lignin'yang berasal dari lindi hitam nisbah mol tertentu. maupun tanin kondensat dari kulit kayu mangium Komposisi perekat berbasis tanin untuk sarna-sarna memiliki gugus hidroksifenolik kayu lapis (plywood) antara lain tanin (polifenol) yang berperan penting dalam real5.si . formaldehida(fF),yang dibuatdengan nisbah mol yang menggunakan katalis basa, sehingga kedua .. : tanin: formaldehida = 1:2; kopo-lin).ertanin urea - senyawa terse but bisa dijadikan perekat kayu formaldehida(TUF),yangdibuatdengannisbah mela~ui reaksi polimerisasi dan/atau mol tanin:urea: formal-dehida = 1:2:2; dan tanin kopolimerisasi... ' fenol formaldehida (TFF) yang dibuat dengan . Tulisan ini mengemukakan rangkuman .. nisbah mol tanin: fenol : formaldehida = 1:0, 5:2. beberapa hasil pene1itianaplikasi li~ clantanin ~ Proses polimerisasi maupun kopolimerisasinya . sebagai bahan perekat kayu dan bahan . meng-gunakankatalisNaOH. berlignoselulosalainnya. Perekat berbasis tanin untuk kayu lamina (laminated wood) venir lamina (laminated METODEPERCOBAAN veneer lumber) dan bilah sambung (jointing wood) adalah taninresorsinolformaldehida(IRF), Perekat Berbasis Lignin yang dibuat dengan nisbah mol tanin : resorsinol : Ligninisolatdiperolehdarilindihitamdengan .. formaldehida = 1:0, 5:2. cara pengendapan berulang menggunakan H2S04, mengacu kepada prosedur [5] . ... HASIL DAN PEMBAHASAN sedangkan perekat berbasis lignin dibuat dalam Perekat Berbasis Lignin berbagai cara yang disesuaikan dengan peruntukkannya. . Karakter masing-masingjenis perekat lignin Untuk perekat kayu lapis tipe eksterior, •. dicantumkan pada Tabell. Perekat yang dibuat selain formaldehida sebagai bahan utama reaktan . dari bahan dasar lsolat lignin secara urnurn pembentJjk polimer dengan lignin (nisbah mol _ memenuhi persyaratanperekat fenol formaldehida L:F= 1:2)[13],fenol (nisb~moIL:F:F= 1:0,5:2) menurut Standar Nasional Indonesia [22].Namun [14]atauresorsinol (nisbahmol L:R:F=0,5:0,5:2) kualitas perekatan dari setiap produk tidak hanya [21] bisa ditambahkan sebagai kopolimer, ditentukan oleh nilai parameter tersebuttetapijuga 157
Prosiding Simposium
Nasional Polimer V
ISSN 1410-8720
Tabe/I. Karakteristik beberapa jenis perekat berbahan dasar lignin.
--- - - -
LFF 54 SC-3,0 fa t 0,89 42 FF Perekat PRF 9,85 50,28 2,4 1,8 1,2 52,78 8,5 10,75 10,0 -,M 13,0 I 12,2 8,1 Kadar Kekentalan 40,0 1,3 padat -i(AczonobeI2003) 45,0045,49 (Poise) (%) 1,4Standar Kenampakan Bahan C,M C,M C,M asing C,M Keasaman (pH) (SNI 1998) C,M LRF(I) LRF(2) LF
Keterangan:
Perekat
C, M = Bentuk cair, berwama coklat kemerah-merahan ' FF = Fenol formaldehida - = Tidak ada LF = Lignin Formaldehida LFF = Lignin Fenol Formaldehida LRF (I) = Lignin Resorsinol Formaldehida untuk kayu lapis LRF (2) = Lignin Resorsinol Formaldehida untuk kayu lamina PRF = Fenol resorsinol formaldehida komersial
komposisi perekat dan ramuannya, kualitas bahan baku pereka!, sertajenis dan ketebalan danjumlah lapisankayu yang digunakan. Sedangkan lamanya waktu kempa dalam pembuatan produk tergantung kepada jenis kayu dan ketebalan produk yang dibuat. Perekat-perekat yang dibuat dengan cara di atas telah diuji coba dalam pembuatan kayu lapis dalam skala laboratorium (TabeI2). Hasil pengujian keteguhan rekat kayu lapis yang menggunakan perekat dengan bahan dasar isolat lignin, yaitu: LF, LFF dan LRF(,) rata-rata memenuhi persyaratan Standar Indonesia untuk kualitas eksterior karena nilainya lebih dari 8 kglcm2. Produk perekatan ini juga ramah lingkungan karena kadar emisi formaldehidanya
jauh di bawah am bang batas maksimal yang diperkenankan oleh Standar Jepang karena nilainya sebesar 0,3 mg/L. Uji coba perekat LRF(2)dalam pembuatan balok lamina menghasilkan keteguhan geser sepertiyang disarankan oleh Tahir et at [23], yaitu masing-masing lebih dari 55 kg/cm2 (Uji kering) dan 41 kglcm2 (Uji basah). Selain itu nilai keteguhan lentur statis (MOE) dan keteguhan patah (MOR) balok lamina manii yang menggunakan perekat LRF (Tabel 3) lebih tinggi daripada kayu manii utuh dan balok lamina jenis kayu campuran yang diteliti oleh Sadiyo [24] yang mendapatkan nilai rata-rata keteguhan lentur sekitar27.884 kglcm2 sampai dengan 32.365 kg/cm2 dan nilai keteguhan
Tabel2. Kualitas perekatan dari prod uk yang menggunakan perekat lignin 10,07 19,25 8,88 8,02formaldehida --36,86 26,96 9,05 -Jenis 0,02 0,002 - ----0,05 44,64 0,140produkEmisi lapis""" Uji Kayu lapis'" lapis"''''''' Ujibasah kering (mglL)
76,64Keteguhan - 79,02 rekat (kg/cm2)
Lignin Resorsinol Formaldehid
Keterangan:
158
'" Pengempaan panas (I 35°C), selama 3 menit, jenis kayu tusam, dengan ekstender ** Pengempaan panas (I 35°C), selama 3 menit, jenis kayu tusam, tanpa ekstender *** Pengempaan dingin (suhu kamar), selama 24 jam, jenis kayu tusam, tanpa ekstender *** Pengempaan dingin (suhu kamar), selama 3 jam, jenis kayu manii - Tidak ada data.
Pemanfaatan
L;gn;n dan Tan;n Sebaga; Alternatif Subst;tus; Bahan Perekat Kayu Kompos;t (Ad; Santoso)
Tabel3. Rata-rata Keteguhan lentur statis balok lamina manii dengan perekat LRF'). 476,95 68.540,24 60.236,71 47.164,38 637,45 371,66 Kayu lamina Kayu utuh 462,57 56.387,72 MOR (kg/cm2) MOE (kg/cm2) Kayu lamina
0)
Sumber: Santoso (200 I)
patahnya sekitar 234 kg/cm2 sampai dengan 272 kg/cm2, Perekat LRF telah diterapkan pula dalam pembuatan papan lamina untuk lantai dengan bahan baku campuran kayu yang berasal dari hutan tanaman, yaitu mangium (Acacia mangium), damar (Agathis sp.), gmelina (Gmelina arborea) dengan batang kelapa (Cocos nusifera L.) dari varietas kelapa hibrida dan kelapa dalam. Hasil penelitian (Tabel 4) menunjukkan bahwa kerapatan lantai papan lamina tertinggi dicapai pada produk yang dibuat dari bagian kerns kelapa dalam (0,83 g/cm3) dan yang terendah
dicapai oleh produk lamina yang dibuat dari kombinasijeniskayumangiun denganbagianlunak batang kelapa dalam (0,40 g/cm3). Pengaruh interaksi varietas kelapa dengan penyusun terhadap keteguhan geser tekan produk lamina adalah sangat nyata. Lantai papan lamina yang dibuat dari kombinasi varietas kelapa dalam maupun hibrida dengan kayu hutan tartaman, sebagian besar memenuhi persyaratan keteguhan geser tekan menurut standar Jepang. Hal tersebut menunjukkan bahwa perekat lignin mampu berikatan secara spesifik dengan kedua jenis adheren, yang menurut Gardner dan Anido [25]
Tabel4. Kerapatan, keteguhan geser tekan dan kerusakan kayu papan lantai lamina. 10 Kerusakan Kerusakan 27 57 7kayu 10 13 27 343 93 13 100 70 80 37 067 07(%) 67 43 87 73 50 17 93 0,56 54,61 37,27 0,58 0,49 0,40 0,72 0,83 43,05 29,97 0,58 0,59 67,63 46,96 70,72 29,17 35,63 80,32 40,67 50,13 0,54 57,32 40,95 70,93 68,37 49,87 75,49 55,47 30,61 68,48 44,75 99,63 33,58 80,44 52,80 34,93 42,99 52,40 0,47 0,46 0,52 0,50 0,66 0,42 0,44 '"'" 34,00 77,44 60,05 37,19 8,31 40,11 26,96 Keteguhan gesertekan kayu (g/cm') Uji basah 0,59 (kg/cm2) Penyusun K-AGA Kerapa!an (%) gesertekan Keteguhan
Uji kering
Keterangan : D = jenis kelapa dalam; H = jenis kelapa hibrida; L = bagian lunak; K = bagian keras ACA = kayu acacia; AGA = kayu damar; GME = kayu gmelina, '" = memenuhi persyaratan JAS (2003) 159
ISSN 14/0-8720
Pros;d;ng S;mpos;um Nas;onal Polimer V
Tobe/5. Sifat mekanis dari produk bilah sambungjari dengan perekat LRF') Efisiensi ( %) Rasamala Gambir Warn 274,26 1172,97 243,91 151,69 91,50 38,97 48,81 Bunyo 146,42 65,87 123,07 132,61 55,21 34,27 50,83 67,42 403,97 400,31 469,51 500,76 399,21 35,42 673,57 0,31 (kglcm2) Tempeas 466,60 0,45 Jenis kayu MaR MaE (x 1000 kglcm2)
S i fa t
1
Keterangan : ') Rata-rata dari 3x ulangan; 1 = Uji kering; 2 = Uji basah; MaR = Modulus patah; MaE = Modulus lentur
teIjadi melaluijembatm eter dan ikatm hidrogen, karena baik perekat maupun sirekat mengandung gugus hidroksil (OH) dan karbonil (CO) sehingga bersifat polar [26]. Sementara salah satu komponen kayu adalah selulosa yang juga mengandung gugus hidroksil dan karbonil [27] sehingga bersifat polar pula. Di lain pihak se1ain gugus hidroksil, kayu juga mengandung gugus fungsi yang reaktif, misalnya gugus fenolikyang berasaldari ligninyang mampu berikatan hidrogen dengan resin fenolik [28]. Berdasarkan keserupaan sifat tersebut, perekat bereaksi dengan selulosa membentuk ikatm kuat yang tahan terhadap perlakuan yang disyaratkan dalam pengujian perekat tipe tertentu [11]. Kualitasketeguhangesertekan lantaipapan lamina terbaik dicapai pada bagian 1unakbatmg kelapa dalam dengan kayu damar (52,80 kglcm2 sampai dengan 68,48 kg/cm2), kombinasi bagian lunak dengan bagian kerns batmg kelapa hibrida (54,61 kglcm2sampai dengan 80,32 kglcm2) dan kombinasi bagian lunak batang kelapa hibrida dengan kayu mangium (57,32 kg/cm2 sampai dengan 80,44 kglcm2). Perekat LRF temyata bisa pula digunakan untuk menyambung bilah kayu. Hasil pengujian sifat mekanis penyambungan bilah dengan bentuk sambungan jari pada 5 jenis kayu (Tabel 5) memperlihatkan keteguhan patah (MOR) berkisar antara 399,21 kg/cm2 sampai dengan 500,76 kglcm2 (uji kering) dan" 38,97 kglcm2 sampai dengan 172,97 kglcm2 (uji basah). Sementara keteguhan lenturnya (MOE) berkisar antara 65.870 kg/cm2 sampai dengan 151.690 kglcm2 (uji kering) dan 160
34.270 kglcm2sampai dengan 67.420 kglcm2 (uji basah). Bi1adihitung berdasarkan perbandingan dengan MOE kayu utuh dari masing-masing jenisnya, yang diuji dalam keadaan kering, yang berkisar antara 43.688 kglcm2 sampai dengan 103.344 kg/cm2, maka diperoleh efisiensi sambungan dari setiapjenis kayu dengan perekat LRF ini berkisar antara 35,42% sampai dengan 73,57% dengan efisiensi terbaik dicapai oleh jenis kayu tempeas, bunyo dan warn karena masing-masingnilainya> 50%. Menurut SNI [29] bilah sambung dengan karakter seperti tersebut di atas cocok untuk pemakaian kusen dan daun rangka pintu atau jendela. Perekat Berbasis Tanin Sifat fisis-kimia dari perekat berbasis tanin seperti pH, kadar padatan, bobot jenis dan kekentalannya tercantum pada Tabel6. Perekat berbasis tanin seperti halnya perekat berbasis lignin kualitasnya relatif setara dengan fenol formaldehida (FF) dan fenol resorsinol formaldehida (FRF) yang merupakan perekat komersial. Namun demikian, kualitas perekatm dari setiap produk dipengaruhi pula oleh komposisi perekat dan ramuannya, kualitas bahan baku perekat, sertajenis dan ketebalan kayu yang digunakan. Sedangkan lamanya waktu kempa dalam pembuatm produk tergantung kepadajenis kayu dan ketebalan produk yang diinginkan. Hasil penelitian pembuatm kayu lapis dari 3 jenis kayu, yaitu sengon (Albiziajalcataria), meranti kuning (Shorea accuminatisima), dan tusam (Pinus merkusii) yang masing-masing
kering
fa t
Pemanfaatan
Lignin dan Tallin Sebagai Alternatif Substitusi Bahan Perekat Kayu Komposit (Adi Santoso)
Tabel9. Sifat tisik-mekanis balok lamina dari tigajenis kayu dengan perekat TRF Kadar air (g/cm3) 10.43 60.17 78.40 10.87 82.42 42.64 18.81 10.49 38.09 10 54.86 28.50 40.75 60.49 80.64 I.(kering 73 0.65 0.78 0.98 FRF Keteguhan Uji basah (%) kg/cm2) Uji Uji basah (kg/cmrekat ) perekat Kerapatan Kete~uhan rekat Pasang (Litocarpus sp.)
menggunakan perekat tanin formaldehida (TF), tanin urea formaldehida (I1JF) mauptul tanin fenol formaldehida (TFF) yang dikernpa pada suhu 135 °C, menun-jukkan bahwa kinerja keterakatan dari setiap jenis produk tersebut mernenuhi persyaratan standar Indonesia [22] untuk kayu lapis tipe eksterior karena nilai keteguhan rekatnya masing-masing> 8 kglcm2 (Tabel 7). Di lain pihak, aplikasi kopolirner tanin resorsinol formaldehida (TRF) dalam pern-buatan venir lamina tusarn dengan 4 jenis ketebalan menghasilkan nilai delaminasi yang rnernenuhi persyaratan standar Jepang [30], karena nilainya < 10% (Tabel 8). Aplikasi perekat yang sarna pada pembuatan balok lamina dari 3 jenis kayu, yakni kempas dan pasang masing-masing rnenghasilkan keteguhan rekat yang mernenuhi persyaratan yang dianjurkan oleh Tahir et al [23], yaitu
sebesar 55 kglcm2 (uji kering) dan 41 kglcm2 (uji basah), tetapi balok lamina dari jenis kayu cemara tidak rnernenuhi persyaratan dimaksud (Tabel9). Nilai keteguhan rekat produk yang rnenggunakan perekat berbasis lignin maupun tanin, harnpir sarna dengan hasil penelitian Karnasudirdja [31 ] yang mendapatkan keteguhan geser balok lamina kapur (Dryobalanops sp), rneranti merah (Shorea sp) dan jati (Teetona perekat fenol grandis) yang rnenggunakan resorsinol formaldehida (PRF) masing-masing berkisar 38 kglcm2 sampai dengan 108 kglcm2, 47 kg/cm2 sampai dengan 77 kg/cm2, dan 36 kglcrn2 sampai dengan 84 kglcrn2• Bahkan nilai keteguhan geser balok lamina hasil uji coba lebih besar bila dibandingkan dengan produk sejenis yang direkat dengan perekat komersial fenol-, resorsinol-, maupun fenol resorsinol formaldehida kornersial seperti Aerodux 500,
Tabel1O. Sifat tisik-mekanis bambu lamina dengan perekat TRF -- Arah datar Uji kering
1.130 827 592 962. BambuTusam 133.615 135.068 30.691 20.065 121.674 25.382 1.241 854 Bambu-Acacia 86,80 150,26 50,97 0,82 0,38 0,80 0,60 0,64 83,92 242,16 101,26 12,23 0,70 3,32 12,00 1,96 11,17 0,46 0,76 1,03 Bambu-Bambu 0,80
Sumber: Sulastiningsih et at
Komposisi lapisan
[32]
161
Prosiding Simposium Nasional Polimer V
ISSN 1410-8720
Tabel I I. Sifat tisis-mekanis dan etisiensi sambungan bilah dari lima jenis kayu 43.2 MOE 323 417 291 35.8 17.4 Efisiensi MOR 828 38.7 0.76 0.77 51.1 640 0.47 (kglcrn2))0.40 0.58 146,417 91,502 Rasarnala 65,868 (Altingia excelsa) Bunyo 151,692 (Trioma malaccensis) Ternpeas 74,261 (Teymanniodendron sympliciodes Garnbir (Trigono pleura malayana) Jenis kayu Warn (Hibiscus titiaccus) (kglcrn2) sarnbungan Bobot jenis (%)
Cony bond KR 15Y dan PA 302, yang menghasilkannilaiketeguhangeserrata-rata antara 21,77- 25,87 kglcm2 untuk balok lamina dari kayu campuran meranti merah,jati, merawan, kamper dan matoa [24]. Tmgginyakualitasperekattaninditunjukkan pula pada hasil aplikasi perekat tersebut dalam pembuatan bambu lamina 3 lapis [32]. Bahan yang digunakan adalah jenis bambu andong (Gigantochloa pseudoarundinacea) dengan campuran kayu mangium (Acacia mangium) dan tusam (Pinus merkusii) dan perekat TRF (Tabell0). Hasilpenelitianmenunjukkanbahwa lapisan kayu sangat berpengaruh terhadap sifat fisis dan mekanisbambu lamina.Bambu laminayang dibuat tanpa lapisan kayu memiliki kerapatan tertinggi (0,8 glcm3) dibandingkan dengan bambu lamina yang lapisan tengahnya dari kayu mangium (0,7 glcm3) dan tusam (0,64 glcm3). Bambu laminayanglapisantengahnyakayutusammemiliki kestabilan dimensi paling rendah dibandingkan dengan bambu lamina lainnya. Sifat mekanis bambu lamina menurun dengan adanya lapisan kayu dalam kompisisi penyusunnya. Keteguhan rekat bambu lamina seluruhnya memenuhi persyaratan standar Jepang, karena nilainya lebih besar dari kisaran 55,08 kglcm2 sampai dengan 97,92 kglcm2 [33]. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa tanin resorsinol [ormaldehida (TRF) dapat digunakan untuk menyambung bilah kayu (Tabelll). Nilai keteguhan lentUf (modulus of elasticity, MOE) dan keteguhan patah (modulus of rupture, MO R) lebih tinggi daripada campuran jenis kayu yang diteliti oleh Sadiyo [24] yang mendapatkan nilai rataan produknya antara 27,884 kglcm2 sampai dengan 32,365 kg/cm2 162
(MOE) dan 234 kg/cm2 sampai dengan 272 kglcm2 (MOR). Efisiensi sambungan dari bilah sampung yang direkat dengan TRF ini rata-rata mencapai 17,4 % sapai dengan 51,1 %. Aspek Ekonomis Menurut perhitungan, biaya produksi perekat berbasis lignin maupun tanin lebih ekonomis. Sebagai contoh, untuk membuat perekat fenol formaldehida diperlukanbahanbaku berupa fenol sekitar 45% dan formalin 27%, masing-masing dari total komponen-nya [34], sementara untuk membuat perekat fenolresorsinol [ormaldehida diperlukan fenol sekitar 27%, resorsinoll9% dan formalin 35% [35], namun untuk membuat perekat dengan bahan dasar lignin,sepertiligninresorsinol formaldehidahanya diperlukan lignin maksimum 20%, resorsinol 8% dan formalin 13% dari total kompo-nennya [36], sementarauntuk membuat perekatyang sarnaPizzi [15] memerlukan 13,5%resorsinol. Di lainpihak untuk membuat perekat tanin resorsinol formaldehida diperlukan tanin ekstrak cair maksimum 80%, resorsinol 3% dan formalin 17% dari total komponennya. KESIMPULAN Limbah sisa pemasakan industri pulp dan limbah hasil penebangan kayu dari hutan tanaman terutama dari jenis mangium di Indonesia dewasa ini jumlahnya cukup berlimpah. Potensi yang sangat besar ini belum banyak dimanfaatkan terutama sebagai bahan perekat kayu. Limbah tersebut melalui ekstraksi, isolasi, hidroksimetilasi dan kopolimerisasidenganformaldehida,fenolmaupun resorsinol bisa menghasilkan perekat yang sangat
Pemanfaatan
-;.-----
Lignin dan Tanin Sebagai Alternatif Substitusi Bahan Perekat Kayu Komposit (Adi Santoso) -
bermanfaat untuk pengembangan industri perekat kayu. , •• Perekat berbahan dasar lignin dari lindi hitam maupun tanin dari ektrak kulitkayu mangium memiliki karaktecld1as dan daya rekatnya masing,. _ masing memenuhi per-syaratan standar Indonesia dan Jepang serta setara dengan perekat komersial yang sampai saat irifmasih diimpor, selain itu biaya produksi perekafberbasis lignin maupun tanin lebih ekonomis. Produk kayu yang menggunakan perekat berbasis lignin rilaupun tanin ramah lingkungan dengan emisi formaldehidanya sangat rendah.
SARAN Dewasa ini produk industri kayu banyak bergeser dari produk kayu solid ke produk kayu komposit yang s~gat memerlukan perekat kayu dalam jumlah besar. Oleh karena itu, untuk mengantisipasinya maka pengembangan industri perekat kayu dalam negeri pada saat ini dengan bahan dasar lignin dan tanin merupakan pilihan strategis.
DAFfAR PUSTAKA --[1]. Food and Agriculture Organization of the United' Ntions (FAO). Forest Resources Yearbook. FAO, Rome, Italy (1996) K.V and C.H LUDWIG, [2]. SARKANEN, eds. 1971. Lignins: Occurance, Formation, Structure and Reaction. Wiley Interscience, New York. [3]. NIMZ, RH. Lignin-based wood adhesives, In: Fourth Inter. Symposium on Wood and Pulping Chemistry. Paris, France (1987) [4]. GLASSER, W.G and S. SARKANEN. Lignin: Properties and Materials. Am. Chern Soc.(ACS) Symposium Series 397. ACS, Washington DC (1989) [5]. Kim H, MK Hill and AL. Friche. 1987. Preparation of Kraft Lignin from Black Liquor. TaW:fournal, December 1987: 112. [6]. AHMAD NICRestrukturisasi industri kayu hulu dan pe~plolaanhutan produksi di luar Jawa. M~ilah Sukarela. Kongres Kehutananj'fidonesia ke-Ill. Jakarta, 25-28 Oktober 2b~r
[7]. SANTOSO A. Sintesis dan karakterisasi resin lignin resorsinol formaldehida untuk perekat kayu lamina. Fakultas Pascasarjana-Institut Pertanian Bogor (2003). Disertasi (tidak diterbitkan). [8]. RUDATIN S. Potensi Pemanfaatan Lignin dari Limbah Industri Pulp dan Kertas di Indonesia. Berita Selulosa. 25 (1): (1989) 14 - 17 [9]. LEWIS NG and TR LANTZY. Lignin in Adhesives: Introduction and Historical Perspective in Hemingway, R. W., A. H. Conner dan S. 1. Branham. 1988. Adhesives from renewable resources. ACS Symposium. American Chemical Society : New Orleans, Washington DC (1985) [10].SJOSTROM, E. Wood Chemistry Fundamentals and Application. Academic Press, New York (1981) [11].PIZZI,A. Tannin-based wood adhesives. In Wood adhesives: Chemistry and technology (A. Pizzi. Ed.), Marcel and Dekker, Inc., New York (1983) [12].GILLESPIE RH. Durable Wood Adhesive from Kraft Lignin in R. W. Hemingway et al. Adhesive from Renewable Resources. ACS symposium. New Orleans. Washington DC (1985) [13].SANTOSO,A. Pencirian, Isolatdan upaya menjadikannya sebagai bahan perekat kayu lapis. Thesis Program Pasca Sarjana IP B. Bogor (1995) Tidak diterbitkan. [14].SANTOSO A, S RUHENDI, YS HADI, DAN SS ACHMADI. 2001. Pengaruh Komposisi Perekat Lignin Resorsinol Formaldehida terhadap Emisi Formaldehida dan Sifat Fisis-Mekanis Kayu Lamina. Jumal Teknologi Hasil Hutan 14 (2): 7-15. [15]. PIZZI A. Wood Bark Extracts as Adhesives and Preservatives In Bruce A and John WP. 1998. Forest Products Biotechnology. Taylor & Francis Pub. 1798. London (1998) [16].SANTOSO A. S.S. ACHMADI, Y. SUDOHADI DAN SUJANTO. Pengaruh penambahan tanin pada fenol formaldehida terhadap sifatnya sebagai perekat kayu lapis.
.:.:-..-<
163
Prosiding Simposium Nasional Polimer V
Buletin Penelitian Hasi/ Hutan. 15(2), (1997) 109 - 119 [17].PRAYI1NO, TA. Pengaruh Umurterhadap Kadar Tanin dalam Pohon. Duta Rimba 8 (55), (1982) 33-43 [18].WIDARMANA, S.Penelitian pemanfaatan tanin sebagai perekat papan partikel. Makalah dalam KlPNAS IV, Bogor. 19. Sumadiwangsa, S dan Y. Ando. 1986. Potensi tanin dari hutan payau Tarakan, Kaltim. Jurnal Penelitian Hasi/ Hutan 3 (3), (1986) 25 - 27 [20].Puslitbang Hasil Hutan dan Sosek. Kajian Teknis Ekonomis Industri OSB, SSB dan LVL. Laporan Pembahasan DPLAnggaran 1996/1997. Puslitbang Hasil Hutan dan Sosek. Bogor (1997) [21. SULASTININGSIH, 1M dan A SANTOSO. Pengaruh komposisi perekat lignin resorsinol formaldehida terhadap keteguhan rekat kayu lapis tusam. Makalah pada Seminar Nasional MAPEKI IV , Samarinda (2001) [22].Standar Nasional Indonesia (SNI). Kumpulan SNI Perekat. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional (1998) [23].TAHIRPMd., MH SAHRI and Z ASHAR!. Gluability ofless Used and Fast Growing Tropical Platation Hardwood Species. Faculty of Forrestry Universiti Pertanian Malaysia. Selangor, Malaysia (1998) [24].SADIYO, S.. Pengaruh kombinasi jenis kayu danjenis perekat terhadap sifat fisis dan mekanis panel diagonallambung kapal. Fakultas Pascasazjana, IPB - Bogor. Thesis. (Tidak diterbitkan) (1989) [25].GARDNER 0 J dan R L ANIDO .. Adhesion Between Wood and Fiber Reinforced Polymers: Bonding Issues. http:
II WWW.umaine.edu./ adhesion I gardnerl 5502002 I wood-frp % 20 adhesion.pdf. Diakses 8 Januari, 2003 (2002) [26]. WAKE W C. Adhesion. In A Garrat, edit. Penguin Science Survey. Penguin Books Ltd., Harmondsworth, (1964) 62-77
164
ISSN 1410-8720
[27].KOLLMAN F F P dan W A COTE Jr. Principles of Wood Science and Technology. Vol I. Berlin: Springer-Verlag (1968) [28].ACHMADI S S .. Kimia Kayu. Depdikbud. Dirjen Pendidikan Tinggi. PAU Ilmu Hayat IPB. Bogor. [29].Standar Nasional Indonesia (SNI). 2000. Papan dan bilah sambung untuk kusen, daun jendela dan daun pintu. Badan Standardisasi Nasional. Jakarta (1990) [30].Japanese Agricultural Standard (JAS). JapaneseAgricultural Standard for Structural Laminated Veneer Lumber No. 1494. The Japan Plywood Inspection Corporation. Tokyo (1991) [31].KARNASUDIRDJA. S.. Prospek Kayu Indonesia sebagai Bahan Baku IndustriKayu Lamina. Makalah pada Seminar Glue Laminated Timber (Glulam), 15 Juni 1989, Departemen Kehutanan RI. Jakarta (1989) [32].SULASTININGSIH 1M, NURWATI dan A SANTO SO. Pengaruh lapisan kayu terhadapsifatbambu lamina.JurnalPenelitian Hasil Hutan 23 (1): 15-22 (2005) [33].Japanese Agricultural Standard (JAS). Japanese Agricultural Standard for glued laminated timber. MAFF, Notification No. 234 of the Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries. Japan Plywood Inspection Corporation. Tokyo (2003) [34] .Anonim. Kegiatan Bagian Technical Service PT. UPAlndustry, Palembang (1985) [35].PIZZI. A.. Advanced Wood Adhesives Technology. Marcer Dekker. New York ( 1994) [36].SANTOSO A. Uji Coba Pembuatan Perekat Tanin. Laporan Hasil Penelitian. Puslitbang Tekhnologi Hasil Hutan. Bogor (2001)
