Aplikasi [sotop don Radiasi. 1996
PENGARUH STRUKTUR MONOMER PADA BASIL IMPREGNASI DAN POLIMERISASI RADIASI KAYU KARET (Hevea brasiliensis Moell. Arg.). Nurwati Habib*, Agus Ismanto*, daD Marga Utama**
.
Puslitbang
.. Pusat
Hasil Hutan daD Sosial Ekonome, Aplikasi Isotop daD Radiasi,
'.
DEPHtTf
BATAN
ABSTRAK PENGARUH STRUKTUR MONOMER PADA BASIL IMPREGNASI DAN POLIMERISASI RADIASI KA YU KARET (Hevea brasiliensis MueD Arg.). Polimerisasi radiasi 3 jenis mo~omer, yaitu metil metakrilat (MMA), stirena (St), vinil asetat (VAC) daD campurannya yang diimpregnasikan ke dalam kayo karet (Hevea brasiliensis Muen. Arg.) pads dosis 20 kGy telah dipelajari. Sifat fisik daD mekanik kayo karet hasil modifikasi antara lain: kandungan polimer, kadar air, berat jenis, perubahan dimensi, modulus, keteguhan tekan, daD ketahanan geser dievaluasi. Hasilnya menunjukkan bahwa kayo karet yang dimodifikasi dengan MMA mempunyai kenaikan modulus relatiflebih tinggi daripada kayo karet modifikasi dengan monomer lainnya. Kayo karet yang dimodifikasi dengan campuran MMA + VAc (50+50% berat), mempunyai days serap air terendah bila dibandingkan dengan kayo karet modifikasi lainnya.
ABSTRACT EFFECT OF MONOMER STRUCTURE ON THE PRODUCT OF IMPREGNATION
AND RADIATION
POLYMERIZATION OF RUBBER WOOD (Hevea brasiliensis MueU Arlo). Radiation polymerization of3 kinds of monomers i.e. methyl methacrylate (MMA), Styrene (St), Vinyl Acetate (VAc) and its mixtures into rubber wood (Hevea brasiliensis Muen.Arg.) at 20 kGy has been stu- died. The physical and mechanical properties such as: polymer loading, water content, density, dimensional change, modullus, bending strength, and abrasion resis- tance were evaluated. The results show that the modulus of rubber wood modified by MMA is higher than the others. The rubber wood modified by the mixture of MMA + VAc (50+50% by weight) have lowest water adsoption than the other modified rubber woods.
PENDAHULUAN
Pada akhir-akhir ini kebutuhan kayo berkualitas tinggi untuk bOOanbangunan, mebel, daD sebagainya semakin meningkat, sedang ketersediaan kayo berkualitas tinggi tidak memadai, karena yang tergolong kelas awet tinggi (kelas I daDII) hanya sekitar 15-20%. Sisanya tergolong kelas awet rendah (kelas III, IV, daD V). Akibatnya, kayo karet (kayo dari pabon Hevea brasiliensis) yang berkualitas rendah pun digunakan juga untuk memenuhi kebutuhan tersebut (1). Kelemahan kayo karet di samping mudah rusak oleh faktor perusak biologis daD non-biologis, juga gnat fisik daD mekanisnya rendah (2). ROWELL dkk. (3) melaporkan bOOwausaha untuk meningkatkan daya awet serta sifat fisik daD mekanik kayo ialah dengan earn penempelan MMA ke dalam kayo, membentuk kayo plastik (Wood Plastic Comoosite). Pembuatan kayo plastik dapat dilakukan dengan cara polimerisasi secarapemanasan alan radiasi. Keuntungan yang diperoleh dengan menggunakan teknik polimerisasi radiasi antara lain tidak menggunakan bahan kataIisator, serta pelarut organik, daD prosesnya dapat di-
lakukan pada suhu kamar. Hal ini menunjukkan bahwa proses polimerisasi radiasi merupakan proses yang bebas daripencemaran lingkungan (1). Dalam makalah ini akan dilaporkan basil penelitian tentang impregnasi polimerisasi radiasi dengan tiga jenis monomer vinil (MMA, Stirena, VAc) ke dalam kayo karel, baik secara sendiri-sendiri maupun dengan eampurannya, dengan tujuan di samping menyeleksi jenis monomer yang paling cocok untuk bahan bangunan melalui evaluasi gnat fisik daD mekanik kayo basil modifikasi, juga sebagai bahan informasi bagi pengusaha industri perkayuan yang ingin memanfaatkan has.1 penelitian ini. BAHAN DAN METODE Bahan. Kayo karet (Hevea brasiliensis) berumur 20 tahun dari kebun percobaan IPB di Dermaga Bogor, daD 3 jenis monomer vinil, yaitu MMA (metil metakrilat), Stirena (St), daD vinil asetat (VAc) berkualitas teknis. Alat. Iradiator gamma cobalt-60 dengan aktivitas 80 kCi. Impregnator clari gelas pireks berdiameter 15 em dengan panjang 40 em yang dilengkapi dengan
Aplikasi Isotop dan Radiasi. J 996
pompa vakum, pemanas (oven), daft kertas aluminium, serta kantong plastik polietilen. Peralatan uji sifat fisik dan mekanik kayo. Metode. Kayo karetyang berukuran (2 X 2 X 39) em setelah kering udarn, dikeringkan lagi dalam pemanas pada suhu 70°C sampai kadar air meneapai 2% (25 jam), laIn dimasukkan ke dalam impregnator, divakumkan sampai tekanannya 10-15 mm Hg. Dalam keadaan vakum diisi dengan monomer atau campuran monomer seperti tercantum pada Tabel 1. Kayo yang terendam dalam monomer dibiarkan 24 jam. laIn dibungkus dengan kertas aluminium dan plastik polietilen supaya kedap udarn. Kayo yang basah monomer ini diiradiasi dengan sinar gamma dari cobalt-60 pada dosis 20 kayo Kayo basil impregnasi dan dipolimerisasi radiasi ini dikeringkan di udara bebas, lalu ditimbang sampai bobot tetap. Kandungan polimer dihitung dari selisih berat sebelum dan sesudah diproses, dibagi dengan berat kayo sebelum diproses. Sifat fisik daft mekanik diuji sesuai dengan BS 373-57 (4). Analisis keragaman dilakukan untuk mengetahui perbedaan pengaruh perlakuan terhadap sifat-sifat confab uji, laIn diuji dengan beda nyata DUNCAN. BASIL DAN PEMBAHASAN Rata-rata basil pengujian untuk masing-masing perlakuan terdapat di Tabel 2, sedang rata-rata persen perbedaan terhadap kontrol di Tabel 3. Di samping itu, nilai F hitung analisis keragaman daft basil uji beda nyata DUNCAN terdapat di Tabel 4, dengan rineian sebagai ,berikut: Polvmer Loadin2. Dari basil analisis kandungan polimer dalam kayo diperoleh nilai tertinggi pada metil metakrilat, yaitu 195,58 kg/m3 clan terendah pada vinil asetat, yaitu 70,85 kg/em3. Hal ini menunjukkan bahwa MMA lebih mudah berpenetrasi ke dalam kayo. Lebih mudahnya berpenetrasi dengan kayo diduga karena gugus akrilat dari MMA dapat bertindak sebagai bahan pembengkak pada selulosa kayo. Kadar Air Kesetimbangan. Analisis keragaman pada Tabel 4 memperlihatkan bahwa perbedaan jenis monomer memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap kadar air kesetimbangan kayo. Nilai tertinggi pada kontrol (15,4%), dan terendah pada kayo yang diimpregnasi dengan MMA (11,0). Perbedaan ini disebabkan karena baik poli-MMA, po-Stirena, maupun poli-Vinil asetat merupakan polimer hidrofobik, sehingga apabila polimerpolimer ini mengisi rongga dinding set kayo, maka kayo tersebut akan lebih hidrofobik, sehingga lebih sedikit mengisap air dari udara bebas, akibatnya kadar air lebih sediki1. Berat Jenis. Analisis keragaman beratjenis memperlihatkan bahwa perbedaan perlakuan yang diberikan memberikan pengaruh yang sangat nyata. Nilai berat jepis tertinggi pada kayo yang diimpregnasi dengan MMA (0,83) daftyang terendah pada kontrol (0,68). Hal ini merupakan akibat dari polimer yang masuk ke dalam rongga set kayo akan menambah kayo tersebut lebih masif, sehingga berat jenis lebih besar. Dugaan ini diperkuat
dengan pendapat WANGAARD (3), yang menyatakan bahwa pada kayo plastik terjadi polimerisasi in situ dari monomer yang menyebabkan kenaikan berat contoh kayo, sedang volume kayo tertahan (volumenya tidak bertambah) oleh adanya polimer tersebut, sehingga berat jenis kayo bertambah. Penabahan Dimensi.Perubahan dimensi yang diamati adalah pengembangan radial, tangensial, penyusutan radial, clan tangensial. Dari analisis keragaman pada Tabel 4 terlihat bahwa perlakuan yang diberikan berpengaruh sangat nyata terhadap pengembangan kayo. Impregnasi polimerisasi radiasi monomer ke dalam kayo karet dapat menurunkan pengembangan radial sampai 62,34% clan pengembangan tangensial 58,68% (Tabel 3). Untuk penyosutan, perlakuan hanya berpengaruh nyata terhadap penyosutan tangensial, yaitu impregnasi monomer dapat menurunkan nilai penyusutan kayo sampai 26,16%. Dalam penelitian ini tampak bahwa impregnasi monomer daft perlakuan iradiasi telah mampu meningkatkan stabilitas dimensi kayo. Menurut ROWELL (5), kecilnya perubahan dimensi yang terjadi diduga karena adanya monomer di dalam rongga set yang bersifat sebagai bulkin~ a~ent, sehingga perubahan dimensi yang terjadi berkurang. Keteguhan Lentur. Analisis keragaman di Tabel 4 memperlihatkan bahwa perlakuan yang diberikan berpengaruh sangat nyata terhadap sifat keteguhan lentur kayo. Tabel 2 menunjukkan bahwa nilai MOE (modulus of elastieitv) tertinggi pada kayo yang diimpregnasi dengan MMA (98,420 kglem2) clan terendah pada kayo kontrol (61,330 kg/em2). Begitu juga untuk MOR (modulus of rupture), tertinggi pada kayo yang diimpregnasi dengan MMA (1111,6 kg/em2) daft terendah pada kontrol (685,5 kg/em2).Hal ini disebabkan karena baik poli-MMA, poli-Stirena, maupun poli-vinil asetat mempunyai sifat lebib keras daft kuat, sehingga kayo plastik yang dihasilkan lebih kaku, akibatnya modulusnya lebih tinggi. Nilai ketegoban lentur statis kayo yang diimpregnasi dengan MMA paling tinggi jika dibandingkan dengan kayo lainnya. Tingginya nilai ini diduga karena besamya kadar monomer yang dapat meningkatkan berat jenis. Hal ini sesuai dengan WANGAARD (3) yang menyatakan bahwa semakin tinggi berat jenis, maka kekuatan kayo pun meningkat. Keteguhan Tekan Sejajar Serat. Analisis keragaman pada Tabel 4 menunjukkan bahwa perlakuan yang diberikan berpengaruh sangat nyata terhadap keteguhan tekan. Nilai keteguhan tekan tertinggi (Tabel 2) adalah pada kayo yang diimpregn~i dengan MMA (649,0 kglcm2) clan terendah pada kayo kontrol (444,3 kg/em2). Dari hasil uji DUNCAN diketahui bahwa keteguhan tekan kayo yang diimpregnasi dengan eampuran MMA-VAe 50/50 (komposisi Domer 7) clan 70/30 (komposisi Domer 6) berbeda nyata dengan kayo kontrol. Timbulnya perbedaan ini karena polimer yang terdapat pada set kayo dapat menambah padatnya kayo, sehingga keteguhan tekannya juga meningkat. Keteguhan Geser. Dari analisis keragaman di Tabel 4 diketahui bahwa impregnasi monomer ke dalam kayo tidak memberikan pengaruh nyata, baik untuk ketegoban geser radial, maupun keteguhan geser tangensial.
Aplikasi [SOlOpdan Radiasi. 1996
Hal ini terjadi karena kehadiran monomer yang bernbah menjadi polimer tidak mempengaruhi ikatan antarserat pada kayo, sehingga keteguhan geser pun tidak berpengaruh.
DAFfAR PUSTAKA
KESIMPULAN
2. ROWELL, RM., NfOISUK,R and MEYER,lA., Wood Polymer Composite, Wood Science XV 20 (1982) 90.
1. NURWATI, Pengaruhjenis monomer dan dosis radiasi terhadap sifat fisis dan mekanis kayo plastik. Tesis Fakultas Pertanian IPB, 1990, tidak dipublikasi.
Dari penelitan tersebut dapat disimpulkan bahwa: 1. Kandungan polimer tertinggi pada kayo yang diimpregnasi dengan MMA, dan terendah dengan vinil asetat. 2. Terdapat penurnnan kadar air kesetimbangan pada kayo plastik. 3. Berat jenis kayo plastik lebih tinggi dari kayo aslinya. Berat jenis tertinggi pada kayo yang diimpregnasi dengan MMA. 4. Kayo plastik memiliki stabilitas dimensi yang lebih baik dibandingkan kayo aslinya. 5. Pembuatan kayo plastik dapat meningkatkan keteguhan lentur dan keteguhan tekan, sedang keteguhan geser tidak mengalami pernbahan.
3. WANGAARD, J.F., The Mechanical Properties of Wood, John Willey and Sons Inc., New York (1950).
4. BRITISH STANDARD INSTITUTION, Method of Testing Small Clear Speciment of Timber, B.S. 373-57 (1994). 5. ROWELL, R The Chemistry of Solid Wood, American Chemical Society, Washington D.C (1984).
Tabel I. Jenis monomer daD campurannya yang diimpregnasikan ke dalam kayo karet --------------Komposisi Jenis monomer 2 3 4 5 Kontrol
-
100
- Metilmetakrilat (MMA). - Stircna (St). - Vinil asetat (VAc). -----------
-
100
30 70
-
-
100 -------------------
50 50
-
6
7
50
30
-
-
70
50
Tabel 2. Nilai rata-rata sifat fisis daD mekanis kayo plastik (kayu yang diimpregnasi polimerisasi radiasi) dari kayo karet Komposisi jenis monomer. -- -
Sifat
-
7
3
4
195,6 11,0 0,83
102,6 14,0 0,71
70,9 14,7 0,70
103,3 13,5 0,76
135,4 12.1 0,73
101,6 12,7 0,73
122,1 11,3 0,75
1,06 2,10 2,29 4,90
0,97 3,23 3,27 6,15
I,ll 2,85 2,83 6,05
1,40 3,08 2,98 4,91
0,92 2,16 2,43 5,09
1,04 2,07 2,83 4,91
0,89 1,81 2,27 4,80
Elasticity,kglcm2.X 1000. 61.33 6. Modulusof Rupture,kg/cm2. 685,5
96,42 111 1.6
84,24 942.1
80,63 924,6
73,76 701,0
74,56 734,6
79,16 749,4
72,64 8255
7. Ketcguhan tekan scjajar serat kglcm2. 8. Ketcguhan gcser, g/cm3.
444,3
649,0
444,9
504,6
459,0
487,9
516,0
532,3
104,7 110,1
111.6 109,1
110,4 96,7 ---
115,8 109,2
105,6 104,9 96,2 95,2 -----------
112,2 100,8
105,4 85,7
1. Kandungan polimer,kglm3. 2. Kadar air kesetimbangan,%.
3. Beratjenis (BkWkt)
15,4 0,68
4. Perubahandimensi.%. - Pengembangan radial. - Pengcmbangan tangensial.
2,37 4,38
- Pcnyusutanradial. - Penyusutan
tangensial.
3,08 6,54
5
-------
2
Kontrol
6
5. Modulus of
- Gcscr
radial.
- Gcser tangcnsial. Keterangan:
1 = MMA, 2 = Stirena, 3 = Vinil asetat, 4 = Stirena+MMA (70%+30%). 6 = Vinil asetat + MMA (70%+30%), Vinil asetat + MMA (50% + 50%) Bkt = berat kering tanur,
5 = Stirena+MMA
(50%+50),
Vkt = volume kcring tanur.
83
Aplikali I,otop don Radiali, 1996
Tabel 3. Nilai persen perbedaan sifat fisis daD mekanis kayu plastik terhadap kontrol
Komposisi jenis monomer vinil Sifat Kontrol I. 2. 3. 4.
Kandungan polimer Kadar air kesetimbangan Berat jenis (BkWkt) Perubahan dimensi a. Pengembangan radial b. Pengembangan tangensial c. Penyusutan radial d. Penyusutan tangensial 5. Modulus of Elasticity, kg/cm1.(X1O00) 6. Modulus of Ruptur,kg/cm1. 7. Keteguhan tekan II Berst 8. Keteguhan geser a. Oeser radial b. Oeser tangensial
4
3
2
5
6
7
-28,49 +21,91
-9,18 +5,00
-4,66 +3,09
-12.62 +1l,76
-21,82 +7,79
-17,48 +7,79
-26,76 +10,74
-54,66 -52,08 -25,72 -25,19
-59,05 -26,23 +6,14 -6,05
-53,23 -34,92 -8,09 -7,53
-41,00 -29,62 -3,Q9 -24,94
-61,24 -50,59 -20,99 -22,28
-56,22 -52,74
-62,34 -58,68 -26,16 -26,59
+57,21 +62,16 +46,07
+37,35 +37,43 +0,15
+31,46 +20,26 +21,57 +29,07 +18,44 +34,87 +2,25 +7,16 +9,31 +20,43 +13,57 + 3,32 + 9,83 +16,15 +19,82
+ 6,56
+5,42 -12,20
+10,56 +0,83 - 0,84 -12,65
- 0,87
+0,15 -13,55
- 8,06 -25,02
+7,10
- 8,49
+0,61 -22,17
Komposisi : 1 = MMA, 2 = St, 3 = VAe, 4 = St+MMA (7%+30%), 5 = St+MMA (50%+50%), 6 = VAe+MMA (70%+30%), 7 = VAe+MMA (50%+50%). Bkt = berat kering tanur, Vkt = volume kering tanur
Tabel 4. Ringkasan analisis ragam daD uji beds rata-rata DUNCAN
Kmposisi jenis monomer Sifat
F Hitung 5% Kontrol
I. 2. 3. 4.
Kandungan polimer Kadar air kesetimbangan Berat jenis (BktlVkt) Perubahan dimensi a. Pengembangan radial b. Pengembangan tangensial c. Penyusutan radial d. Penyusutan tangensial 5. Modulus of Elasticity (XIOOO) 6. Modulus of Rupture 7. Keteguhan tekanllserat 8. Keteguhan geser a. Oeser radial b. Oeser tangensial
Keterangan:
-
a d
d
a
2
3
4
5
6
7
abe bed
ab cd
abe b
cd be
bed be
d b
3,784** 9,207**
a a a a e e d
b cd a b a a a
b b a a ab b d
b bc a ab ab b bed
b b a b be e cd
b cd a b be e bed
b cd a b b e be
b d a b be be b
4,580** 11,019** 1,714 2,590* 3,615** 8,822** 10,830**
a a
a a
a a
a a
a a
a a
a a
a a
0,524 1,658
Huruf yang sarna menandakan bahwa perlakuan yang diberikan tidak berbeda DystS.
- ** berarti perlakuan yang diberikan berpengaruh sangat nyata
Komposisi:
84
* berarti perlakuan yang diberikan berpengaruh nyata Bkt=berat kering tanur, Vkt=volume kering tanur 1 = MMA, 2 = St, 3 = VAe, 4 = St+MMA, 5 = St+MMA (50%+50%), 6 = VAe+MMA (70%+30%), 7 = VAe+MMA (50%+50%).
Aplikasilsotop
don Radiasi, 1996
DISKUSI
S RI W AHYUNI
Pada percobaan ini Anda menggunakan dosis radiasi sebesar 20 kGy. 1. Kenapa dosis ini yang Anda pilih? 2. Apa pengaruhnya jika dosis radiasi divariasi, ?
AGUS. I Proses Jmrltin~.
SUGIARTO. D
AGUS. I
1. Apakah ada hubungan viskositas bahan monomer dengan polymer loadin~? 2. Apakah viskositasnya diukur?
1. Berdasarkan basil penelitian terdahulu yang dilakukan oleh NURWATI (1990). Dosis tersebut di alas sudah optimum untuk MMA. 2. Ada pengaruhnya terhadap polymer loadin~.
AGUS. I 1. Ada hubungan. 2. Tidak diukur.
ERIZAL Semua jenis monomer yang Anda pakai bersifat toksis, apakah tidak dilakukan uji sisa monomer pada kayo yang telah dipolimerisasi radiasi, mengingat dosis radiasi yang dipakai relatif rendah, yaitu 20 kGy.
SUGIHARTO 1. Barapa kadar air kayo sanlpel uji sebelum diberi monomer? 2. Adakah pengaruh pori-pori kayo sarnpel terhadap penambahan monomer, misalnya tingkat kekerasannya?
AGUS. I Tidaklbelum dilakukan, kami akan melakukan pada penelitian selanjutnya.
AGUS. I 1. Kadar air 15,4% 2. Ada pengaruhnya.
DARMAWAN
iI
Proses apa yang terjadi antara monomer dengan kayo tersebut apakah Jmrlting/croslin~n~?
oc
