Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume1, Nomor 2, Maret 2006
ISSN : 1858-3709
PENGARUH ASAM AKRILAT TERHADAP SIFAT MEKANIS PAPAN PARTIKEL DARI SERBUK KAYU KELAPA SAWIT, POLYPROPILENA BEKAS DAN UREA FORMALDEHIDA Oleh : Sukatik Suryati Satwarnirat Staf Pengajar Politeknik Negeri Padang ABSTRACT The research of making particle board of OPT powder, waste polypropylene (pp) and urea formaldehyde had investigated. Waste polypropylene as the reinforcer was modified with acrilyc acid coused has the polar function group ( pp-ak), so it can interacted with OPT’s cellulose. It can increased the mechanical property and stability dimension of particle board. The making of particle board was carried out by mixing OPT powder, pp-ak and urea formaldehyde. The pp-ak composition were 5, 10, 15, 20, 25, 30% and urea formaldehyde was 10% of the weight. The mixing of the materials was carried out at the melting point of the pp-ak ( ± 70 C ) and then they had to formed. The curing process was done in the Hot-Press mechine at the melting point of the pp-ak temperature. The sample of particle boards were characterized include mechanical test, fisical test and chemical test ( FT-IR ). The result showed that the addition ( modification ) waste pp with acrilyc acid can increased the mechanical property and stability dimension of the particle board. From analyses of the FT-IR showed there were interacted between OPT’s cellulose and pp-ak, that is hidrogen bridge. Keyword : Oil Palm Trunk, waste polypropylene, reinforce, modification, interacted, mechanical property, hidrogen bridge.
Peningkatan pemakaian bahan plastik
PENDAHULUAN. Limbah batang kelapa sawit di Indonesia
khususnya polypropilena ke segala aspek
hingga tahun 2005 diprediksi mencapai 117 juta
kehidupan
pohon/(ha perkebunan), yang setara dengan
lingkungan karena plastik ini sukar terdegradasi
5,85 juta ton kayu kering/th. Kayu kelapa sawit
secara alamiah. Masalah lain yang ditimbulkan
(KKS) belum dimanfaatkan secara ekonomis
oleh
karena
berbentuk
kualitasnya
yang
rendah,
tidak
telah
sampah
menimbulkan
plastik
kantong
ini
masalah
terutama
kemasan/film
yang adalah
homogen dan mudah rusak oleh pengaruh
peresapan air tanah, penyumbatan saluran air,
cuacadan serangga. Beberapa peneliti telah
got dan sungai bahkan sampai ke muara
menawarkan
sungai dan pantai yang sulit dibersihkan.
berbagai
metoda
pengolahan bernilai
Akibatnya peresapan air tanah dan saluran air
ekonomis. Darnoko (94) memanfaatkan serbuk
terganggu, bahkan dapat mengakibatkan banjir.
KKS untuk papan partikel dengan perekat urea
Sampah
formaldehida, tetapi sifat mekanisnya belum
dimanfaatkan
memadai standar FAO. Sedang Afrina dkk
proses, diantaranya modifikasi dengan asam
(2001) memanfaatkan serbuk KKS untuk papan
akrilat
partikel
peroksida,
KKS
agar
menjadi
bahan
dengan
yang
perekat
campuran
polypropilena (pp) dan urea formaldehida,
plastik
(pp)
setelah
menggunakan sehingga
ini
ternyata
dilakukan
inisiator matrik
dapat
beberapa
dikumil
polypropilena
mempunyai gugus ujung yang bersifat polar.
dihasilkan
Papan partikel umumnya dibuat melalui
mempunyai kestabilan dimensi yang cukup baik
pencampuran serbuk kayu dengan perekat
tetapi
urea formaldehida. Pada proses ini hanya
ternyata
papan
campuran
partikel
yang
bahan-bahan
berinteraksi secara fisik.
hanya
terjadi interaksi fisik, sehingga pada masa
14
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume1, Nomor 2, Maret 2006
ISSN : 1858-3709
pemakaian papan partikel ini tidak tahan CH2O H
terhadap kelembaban/air.
O
Dalam tulisan ini dipaparkan bahwa papan partikel dibuat dengan mencampur
asam
akrilat
sebagai
penguatdan
OH
H
H
H H
H
urea
H
O
OH
Struktur morfologis selulosa berbentuk
gugus polardapat berinteraksi secara kimia
yang dihasilkan lebih tahan terhadap pengaruh
n
Gbr. 1.Struktur Molekul Selulosa.
pp hasil modifikasi yang mempunyai
dengan selulosa KKS sehingga papan partikel
H
CH2O H
formaldehida sebagai perekat. Akibatnya antara matriks
O
O
OH
serbuk KKS, pp bekas hasil modifikasi dengan
OH
H
H
O
H
serat yang mengakibatkan selulosa mempunyai kekuatan tarik yang tinggi dan tidak larut dalam kebanyakan pelarut. Selulosa adalah polimer
cuaca.
alam yang mudah terdegradasi terutama pada
Kayu Kelapa Sawit Kayu kelapa sawit ( KKS ) biasa diambil dari perkebunan kelapa sawit saat peremajaan, atau setelah batang kelapa sawit berumur 25 tahun. KKS terdiri dari serat dan parenkim. Kandungan parenkim meningkat sesuai dengan peningkatan ketinggian pohon. Parenkim pohon kelapa sawit bagian atas mengandung pati
produk kayu seperti pulp, yang menyebabkan perubahan
ikatan
molekulnya
dan
kelapa
menurunkan
makro berat
selulosa
dalam
menghasilkan
suasana
monosakarida
asam
akan
utama
D(+)
glukosa (Sjostrom, 1981). Selulosa juga dapat mengalami substitusi disekitarnya, sehingga asetilasi dapat terjadi
sebagai bahan baku pembuatan pulp. batang
dapat
utama
molekul atau panjang rantainya. Hidrolisis
sampai 40% sehingga tidah layak digunakan
Pemanfaatan
rantai
sawit
didasarkan sifat kimianya yang terkandung pada batang. Bagian bawah sampai ketinggian 2 meter diatas tanah tepat untuk industri perkayuan, sedang diatas 2 meter memerlukan pengolahan lebih lanjut bila akan digunakan untuk industri kayu. Bagian ini dapat diarahkan untuk bahan pembuatan papan partikel. Pada penelitian ini serbuk KKS diambil dari batang kelapa sawit pada ketinggian diatas 2 meter. Selulosa
pada gugus hidroksil primer, sekunder dan tersier. Gugus hidroksil primer (OH-6) memiliki reaktifitas yang lebih tinggi (Sjostrom, 1998). Reaksi selulosa dengan bahan polimer yang bersifat polar juga terjadi substitusi gugus hidroksil primer ( OH-6 ). Reaksi pp dengan asam akrilat dapat terjadi seperti reaksi (1) dan pp termodifikasi dengan asam akrilat ( pp-ak) terlihat pada reaksi (2). Mekanisme reaksi. 1.
PP dengan asam akrilat
Selulosa merupakan komponen utama
ROOR
bahan kayu. Kira-kira 40 - 50% bahan kering
H
dari kebanyakan spesies kayu adalah selulosa. Selulosa merupakan homopolisakarida dengan
→
2RO * *
RO*
PP
rumus molekul sebagai berikut :
+ ROH PP rad CH 2 = CHCOO H
CH2- CHCOO H
PP graf. Akrilic ( PP- ak )
15
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume1, Nomor 2, Maret 2006
2.
ISSN : 1858-3709
5. Serbuk gergajian, berasal dari
PP-ak dengan sellulosa
limbah gergajian kayu.
OH
O OC CH CH2
COOH CH CH2
+
6. Untaian, pasahan panjang. Pipih dengan permukaan sejajar. 7. Kerat, potongan hampir persegi, melintang, panjang sedikitnya 4 x ketebalannya.
Sellulosa
PP-ak
8. Wol kayu,
Celluloce interacted PP- ak
panjang,
dihasilkan
partikel
dengan
partikel
kayu
dengan
suatu
berombak,
ramping
(Haygreen, 1996).
Papan Partikel. Papan
(ekselsior), keratin
adalah
yang
Sebagian papan partikel digunakan untuk
partikel-
lapisan furniture dan dalam rumah sebagai
mengikatnya
interior dinding dan langit-langit, sebagai bahan
papan
memampatkan
dan
sekaligus
sintesis
kemudian
pengganti lantai, bahan pelapis dan sebagai
1990).
Material
komponen dalam interior. Tipe yang tebal
gabungkan dan diawetkan dibawah panas dan
digunakan sebagai papan serat dan papan
tekanan. Kekuatan produk terutama tergantung
keras dan dipakai sebagai pelapis permukaan
bahan perekat serta ukuran dan bentuk partikel
(Riegel’s, 1992).
dipress
(Riegel’s,
perekat
(Dumanauw,
1992).
Tipe
papan
partikel
Papan
ini
pertikel
tidak
mengalami
tergantung ukuran dan bentuk partikel, jumlah
penyusutan, ketahanan terhadap jamur tinggi
resin (perekat) yang digunakan, kerapatan
karena adanya pengawet. Dalam penelitian ini
papan partikel yang dihasilkan, sifat dan
penggunaan
kegunaan potensial papan partikel berbeda-
sebagai penguat yang dapat meningkatkan
beda dengan peubah-peubah ini.
ketahanan
Tipe utama partikel yang digunakan untuk
akrilat sebagai pemodifikasi pp juga dapat
papan partikel adalah sebagai berikut :
bertindak sebagai pengawet terhadap serangga
polipropilena
pengembangan
dapat
bertindak
dimensi.
Asam
kecil
karena bersifat toxid. Papan partikel juga
berdimensi tak menentu, berasal
merupakan bahan isolasi panas dan bahan
dari limbah pengetaman.
akustik yang baik.
1. Pasahan,
2. Serpih,
partikel
partikel
kayu
kecil
dengan
dimensi yang ditentukan, berasal dari
pealatan
khusus,
papan partikel adalah : 1.
3. Bentuk kiskuit, berupa serpih tetapi lebih lebar. Biasanya lebih
2.
4. Tatal,
dihasilkan
dengan
Dapat menghasilkan bidang yang luas.
3. Pengerjaannya mudah dan cepat. 4.
besar dari o,o25 inci tebalnya dan lebih dari 1 inci panjangnya.
Merupakan bahan konstruksi yang cukup kokoh.
serat
sejajar dengan permukaan.
Keuntungan penggunaan
Mudah dilapisi kertas dekor, finir dan lainlain.
5.
Memiliki kestabilan dimensi (Dumanau, 1990)
memotong kayu menggunakan pisau atau pemukul.
16
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume1, Nomor 2, Maret 2006
ISSN : 1858-3709
4. Karakterisasi papan partikel.
MATERI DAN METODA
Karakterisasi papan partikel meliputi uji
Bahan-bahan Serbuk KKS diambil dari perkebunan
mekanis, uji fisik dan uji kimia.
PPKS saat peremajaan pada ketinggian 2m
Uji mekanis dilakukan dengan alat
dari atas tanah. PP bekas hasil daur ulang.
mechanic test untuk mengetahui kelenturan
Asam akrilat dan benzoil peroksida pa Merk.
bahan. Sampel diletakkan diantara dua tiang
Xilena dan urea formaldehida teknis dari
sanggah. Lalu diberi beban, beban terus
Bramaco.
menerus
diperbesar
Sampai
sampel
sedikit
demi
mengalami
sedikit. lengkung
maksimum. Dicatat besarnya beban (P’). Beban
Alat-alat. -
Spektrometer FT.IR
dinaikkan lagi hingga sampel patah dan dicatat
-
Timbangan elektronik
besarnya beban (P). Dilakukan untuk semua
-
MechanicTest
sampel.
-
Hot Press
-
Mixer
dimensi bahan. Sampel dengan ukuran (volume
-
Alat-alat kimia
= 1 cm3 ) direndam dalam air selama 12 jam.
Uji fisik untuk mengetahui kestabilan
Lalu
sampel
Metode.
dimensinya
1. Penyediaan serbuk KKS
volumenya.
ditiriskan.
untuk
Diukur
mengetahui
Volume
kembali perubahan
sampel
setelah
dikeringkan,
perendaman dicatat dan dibandingkan dengan
selanjutnya dijadikan serbuk dengan ukuran 80
volume sebelum perendaman. Dilakukan untuk
mesh. Lalu dikarakterisasi.
semua sampel.
Kayu
dipotong
dan
Uji kimia dengan spektrometer untuk mengetahui adanya perubahan gugus fungsi
2. Modifikasi pp dan
pada sampel. Sampel serbuk KKS dan sampel
dikeringkan. Dipotong-potong dan dimodifikasi
papan partikel dikarakterisasi menggunakan
dengan
spektrometer FT.IR.
Plastik
asam
pp
bekas
akrilat
dibersihkan
dalam
alat
refluks,
diperoleh pp-ak . Dikarakterisasi sebelum dan sesudah modifikasi.
HASIL DAN PEMBAHASAN.
1. Hasil Penelitian. 3. Pencetakan papan partikel. Serbuk KKS dimasukkan dalam larutan ppak. Diaduk terus dan ditambahkan 10% berat urea formaldehida. Dalam keadaan panas, campuran ini dimasukkan kedalam cetakan dengan ukuran 1 cm x 2,5 cm x 15 cm dan di press. Dilakukan hal yang sama pada berbagai konsentrasi pp-ak ( 5; 10; 15; 20; 25 dan 30% berat ).
Hasil penelitian dapat dilihat dari beberapa tabel berikut: Tabel 1.Hasil uji kuat lentur. ppak %
Y cm
P’ kg
P kg
MOE Kg/cm2
5 10 15 20 25 30
0,2 5 0,2 6 0,2 8 0,2 9 0,2
19,86 20,56 21,73 25,46 27,43 32,66
20, 2 21, 2 23, 2 27, 5 28,
12014,6 12400,5 12519,9 13006,3 13291,9 14794,8
MOR Kg/c m2 132,4 2 148,3 7 162,2 9 171,6 4 192,6
17
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume1, Nomor 2, Maret 2006
9 0,3 0
6 36, 4
7 198,8 2
ISSN : 1858-3709
PEMBAHASAN Analisis Sifat Mekanis Papan Partikel
Keterangan :b = 1 cm; d = 2,5 cm, l = 15 cm L = 12 cm
Kuat
Lenturdiuji
dengan
pemberian
beban tertentu pada sampel hingga terjadi
Y : jarak defleksi
patahan. Uji ini dimaksudkan untuk mengetahui
d : lebar sampel
ketahanan menerima beban daripada sampel.
l : panjang sample
Hasil uji kuat lentur diperoleh harga MOE
L : jarak penyangga
adalah 14794,84 kg/cm2 dan MOR
19,82
P’ : beban lentur
kg/cm
P : beban patah
dibandingkan dengan standar FAO ternyata
b : tebal sampel
harga MOE dan MOR papan partikel hasl
2
pada
komposisi
pp-ak
30%.
Bila
penelitian lebih tinggi. Dan bila dibanding Tabel 2. Hasil Uji Pengembangan Volume. No 1 2 3 4 5 6
Vo2 48,21 46,12 48,92 47,98 45,27 47,50
∆Vo 38,21 36,12 38,92 37,98 35,27 37,50
V2 14,23 14,70 13,90 13,80 14,23 14,04
∆V 4,23 4,70 3,90 3,80 4,23 4,04
Vo : Vol. Sampel papan partikel tanpa bpo Vo1: vol. Sampel seb direndam = 10 cm3
dengan papan partikel dari bahan yang sama tanpa bpo juga mempunyai harga MOE dan MOR yang sedikit lebih tinggi. Sehingga dapat dikatakan penambahan asam akrilat sebagai pemodifikasi
pp
dapat
meningkatkan
sifat
mekanis papan partikel. Hal ini disebabkan adanya interaksi kimia antarapp-ak dengan selulosa KKS.
No 1 2 3 4 5 6
So 319,48 385,48 387,65 433,07 368,93 378,92
S1 38,21 36,12 38,92 37,98 35,27 37,50
∆S 14,23 14,70 13,90 13,80 14,23 14,04
%DSE 4,23 4,70 3,90 3,80 4,23 4,04
Adapun hubungan antara MOE dan MOR dengan komposisi PP-ak dapat dilihat pada grafik berikut :
% PP-ak Vs MOE 3
Vo2 : Vol sampel ssd direndam ( cm ) (cm 3 ) So : % pengembangan vol kontrol ( cm 3 ) S1 : : % pengembangan vol sampel ( cm 3 )
2
)
16000 15000 14000 3. Grafik hubungan MOE Vs % PPGambar 13000 12000 ak 11000 10000 Vs MOR 0 5 % PP-ak 10 15 20 25 30 35 MOE ( Kg/cm
V1& V2 : Vol sampel dg bpo sb & sd direndam
% PP- Ak
Tabel 3. Hasil Uji FT.IR Sampel Papan partikel hasil penelitian
Bil. Gelombang 34001 1114,80 – 1045,37 2949,27 – 2839,18 1738,60 – 1652,00 1462,90 – 1427,44 1377,10 – 1165,26 1165,26
Gugus Fungsi OH Memperkuat OH -C–H C=O - CH2CH3 C-O- ring
MOE ( Kg/cm
2
)
220 200 Gambar 180 4. Grafik hubungan MOR Vs % PP160 ak 140 120 100 0 5 10 15 20 25 30 35 Analisis Stabilitas Dimensi.
Derajat
% PP- Ak
stabilitas
dimensi
(DSE)
merupakan parameter yang penting dalam persyaratan kualitas kayu maupun kayu olahan. Bila DSE bahan rendah menandakan bahan
18
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume1, Nomor 2, Maret 2006
ISSN : 1858-3709
tersebuk mudah rusak, patah dan hancur. Dari
spektra FT.IR pada bilangan gelombang 1206 -
hasil uji sampel hasil penelitian diperoleh nilai
1000 cm-1.
DSE berkisar antara ada
peningkatan
81,6
DSE
- 91,7%. Terlihat
sebanding
dengan
KESIMPULAN
peningkatan % PP-ak. Ini disebabkan adanya
Dari hasil analisa sifat mekanis, stabilitas
gugus fungsi polar pada matrik pp hasil
dimensi dan FT.IR dapat disimpulkan sebagai
modifikasi ( B. Wiryosentono, 96) yang dapat
berikut :
berinteraksi dengan gugus hidroksil selulosa
1.
Penambahan
asam
pada
KKS sehingga menurunkan sifat hidroksil KKS (
polipropilena
Joly, 96 ). Hubungan antara %DSE dengan %
mekanis papan partikel yang dihasilkan.
PP-ak terlihat pada gambar berikut:
2.
dapat
akrilat
meningkatkan
sifat
Terjadi interaksi baik fisik maupun kimia antara pp-ak dan selulosa KKS.
% PP-ak Vs % DSE
3.
yang
terjadi
dapat
stabilitas
dimensi
papan
partikel yang dihasilkan dan merupakan
% DSE
% PP- Ak
kimia
meningkatkan
94 92 90 Gambar 5. Grafik hubungan % DSE Vs % 88 86 PP-ak. 84 82 Dapat dikatakan bahwa penambahan 80 0 5sebagai 10 15bahan 20 pemodifikasi 25 30 35 pp asam akrilat
dapat meningkatkan stabilitas papan partikel.
Interaksi
ikatan yang disebut jembatan hidrogen.
UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini penulis mengucapkan kepada :
Analisis FT.IR Spektroskopi
IR
membantu
memberi
1.
ini.
informasi tentang perubahan gugus fungsi dan interaksi
kimia
dengan
cara
mengamati
serapan pada bilangan gelombang tertentu. Pada spektra pp-ak dan sampel yang dihasilkan
(Lampiran
A1
perubahan
puncak
pada
dan
A2)
terjadi
serapan
serta
munculnya puncak-puncak baru. Perubahan intensitas bilangan gelombang dari 3195,8 cm-1 menjadi 3400,1 cm-1 terjadi akibat adanya interaksi hidrogen antara pp-ak dengan gugus
P4D sebagai penyandang dana penelitian
2.
Kepala Labor dan teknisi Labor Sipil Politeknik
Negeri
Padang
dan
Labor
Produksi UMSB. 3. Rekan-rekan yang telah membantu baik pengambilan data maupun saat proses penyelesaian laporan ini. DAFTAR PUSTAKA Al Malaika S, Scott and Wirjosentono B ( 1993 ), “ Polimer Stabilitation and Degradation “, 40, 23-238.
OH selulosa KKS saat proses pencampuran. Puncak pada bilangan gelombang 3400,1 cm-1 merupakan bilangan gelombang yang khas terjadinya interaksi hidrogen. Interaksi ini terjadi akibat pp-ak telah memiliki gugus hodroksil dari akrilat sehingga dapat bereaksi dengan gugus yang sama dari selulosa KKS dan membentuk jembatan hidrogen (Joly dkk, 96) dan disebut
Afrina, Thamrin (2000), “ Pembuatan Papan Partikel dari Serbuk KKS, Polypropilena dan Ureaformaldehyde”, thesis S1 FMIPA USU Medan. Coorperative Research Center for Polymer Blend (1997),” Waste Plasticks and Paper Combined to ProduceTimber Substitute”, Plasticks NewsInternational, Monash University, p.37.
ikatan intra molekuler (Fengel, 95) dan pada
19
Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa Volume1, Nomor 2, Maret 2006
Darnoko, Purboyo dan Aldin (1994),” Prospek Industri dengan Bahan Baku Limbah Padat Kayu Kelapa Sawit di Indonesia”, Berita PPKS Vol. 2, 204 – 207. Dumanau, J.F ( 1990 ), “Mengenal Kayu”, Cetakan pertama Kanisius Yogyakarta, 21 – 100. Haygreen G.J (1996), “Hasil Hutan dan Ilmu Kayu”, Gajah Mada University Press, Yogyakarta, 65 – 538. Ismail dan IN Hasliza(1999),” Effects of Bonding Agents on the Mechanical Properties of the Composites Made of Natural Rubber and Oil Palm Fruit Bunch”, Polymer Plasticts Tecknology & Engineering, 38 (1), 137-148. Joly C, Gauthier R and Chababert B (1997),” Physical Chemistry of the Interface in Polyproyilene/Cellulosic-Fiber Composites”,
ISSN : 1858-3709
J of Composites Science and Technology, 56, 761-765. Maldas D, Kokta B (1994), “ Role of Coupling Agent on Performance of M-Phenylene Bismalinide-Modified Wood Fibre in Polypropilene Composites”, J. Appl. Polym. Material Citation – 27 No. 1-2 p 77-88. Sain MM, Kokta B (1994),” Polyolefyne – Wood Filler Composites I, Performance of mPhenylene Bismanilinede-Modified Wood Fibre in Polypropylene Composites”, J. Appl. Polym. Sci. Citation-54 No. 10.p 4559. Wirjosentono B, Guritno P (1998),” Utilyzation of Palm Empty Bunches as Filler to Degredable Plasticks Packaging”, The Proceding ifInternational International Oil Palm Conference, Bali.
20
