Reaksi Pembentukan Urea Formaldehid Sebagai Bahan Perekat Serbuk Kayu Adi K, Apit R, Mukhtar G Program Studi D4 Teknik Kimia Produksi Bersih Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung Jl. Gegerkalong Hilir, Ds Ciwaruga, Bandung, Telp dan Fax (022) 2016403 dan 2016403 Email :
[email protected] Abstrak Urea Formaldehid (UF) adalah perekat sintetis hasil reaksi polimerisasi kondensasi antara urea dengan formaldehid yang dapat digunakan sebagai bahan perekat/lem pada industri plywood dan furniture. Pada penelitian ini bertujuan untuk menentukan kondisi operasi optimum pada proses pembentukan UF. Kondisi operasi pembentukan UF pada temperatur 110 oC dengan memvariasikan waktu operasi pada rentang 2, 3 dan 3,5 jam. Proses pembentukan UF ini dilakukan dalam reaktor batch dengan perbandingan jumlah Urea/Formaldehid 2/1, jumlah katalis NH4OH yang digunakan sebanyak 5 % dari massa total reaktan dan jumlah buffer garam karbonat, Na2CO3 sebanyak 5 % dari jumlah katalis. UF yang dihasilkan dianalisa meliputi parameter nilai pH, densiti dan viskositas masingmasing pada temperatur 25oC. Hasil penelitian menunjukan pada waktu operasi 2 jam diperoleh nilai pH sebesar 8,5 (menurut SNI nilai pH 6-9), densiti sebesar 1,295gr/ml (menurut SNI nilai demsiti 1,19-1,29 gr/ml), dan viskositas sebesar 138 cP (menurut SNI nilai viskositas 100-150 cP). Untuk waktu operasi 3 jam diperoleh nilai pH sebesar 8,5 , densiti sebesar 1,34 gr/ml dan viskositas sebesar 148 cP. Kesimpulan sementara parameter produk UF yang memenuhi syarat SNI meliputi pH, berat jenis, dan viskositas adalah pada kondisi operasi temperatur 110 oC dan waktu operasi 2 jam. Kendala pada waktu operasi 3,5 jam UF yang dihasilkan terlalu kental sehingga tidak bisa dianalisa seperti parameter diatas. Penelitian ini masih dilakukan untuk menguji produk UF sebagai bahan perekat serbuk kayu. Kata Kunci : reaksi polimerisasi kondensasi, urea formaldehid, temperatur, densiti, viskositas, pH Abstract Urea Formaldehyde (UF) is a synthetic adhesive which is the product of condensation polymerization reaction between urea with formaldehyde which can be used as an adhesive / glue in plywood and furniture industries. The purpose of this study is to determine the optimum operating conditions of UF formation process. UF was formed at a temperature of 110 ° C by varying the operating time on a range of 2, 3, and 3.5 hours. UF forming process was conducted in a batch reactor with the ratio of Urea / Formaldehyde 2/1, the amount of catalyst NH4OH used is 5% of the reactants’ total mass, and the amount of Na2CO3 is 5% of the amount of catalyst. The resulting UF was analyzed using the parameters of pH value, density, and viscosity at a temperature of 25oC. The results obtained at the operating time of 2 hours is pH value of 8.5 (according to ISO, the optimum pH value is 6-9), density of 1,295 gr / ml (according to SNI, the optimum density value ranges from 1.19 to 1.29 g / ml), and viscosity of 138 cP (according to ISO, the optimum viscosity is100-150 cP). At 3 hours operating time, a pH value of 8.5, density of 1.34 g / ml, and viscosity of 148 cP are obtained. The temporary conclusion of this study is that the UF product parameters of pH, density, and viscosity at temperature of 110oC and 2 hours operating time qualify the SNI requirements. At the 3-hour operating time, the viscosity of the UF produced is too high, SNaTKII II – 10 Oktober 2015
134
hence the parameters can not be analyzed. This study is still being conducted to test products as adhesives UF wood powder. Keywords: condensation polymerization reaction, urea formaldehyde, temperature, density, viscosity, pH
PENDAHULUAN Papan kayu banyak digunakan masyarakat sebagai furniture dan bahan bangunan. Kebutuhan papan kayu ini setiap tahun mengalami peningkatan. Berdasarkan hasil survei dari Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan/Pustekolah (2011), Konsumsi kayu mengalami peningkatan yang berarti yaitu 338.404 ton pada tahun 2007 menjadi 1.480.824 ton pada tahun 2011. Hal ini akan berdampak semakin banyaknya penebangan kayu di hutan untuk memasok kayu dalam rangka memenuhui kebutuhan papan kayu. Oleh karena itu, perlu adanya industri mulai memanfaatkan limbah kayu seperti serutan dan serbuk kayu sebagai bahan baku untuk pembuatan papan partikel dan MDF (Medium Density Fiber Board). Papan partikel adalah papan buatan yang terbuat dari serpihan kayu dengan bantuan perekat sintetis kemudian mengalami kempa panas sehingga memiliki sifat seperti kayu. (Dumanauw. 1993). Sebagian besar perekat yang digunakan di industri papan partikel adalah perekat sintesis jenis termoset (Santoso, Adi. 2011). Beberapa jenis perekat sintesis untuk pembuatan papan partikel adalah dekstrin, resin sintetis jenis vinil asetat, urea formaldehida (UF), melamin formaldehida (MF), dan fenol formaldehida (FF),. Persentasi penggunaan bahan perekat sintetis di industri adalah UF 80 %, FF 10 %, dan MF 10 %. UF merupakan bahan perekat yang memiliki harga lebih murah dibanding bahan perekat lain. Menurut data Badan Pusat Staristik/BPS tahun 2010, pada tahun 2008 harga impor UF adalah Rp. 12,5 juta/ton, MF Rp. 61,0 juta/ton, dan FF 69,0 juta/ton. UF telah banyak digunakan oleh industri–industri besar. Contoh industri yang menggunakan UF adalah addesive untuk plywood, tekstil resin finishing, laminating, coating, molding, casting, laquers, dan sebagainya. Bahan perekat UF adalah salah satu contoh polimer yang merupakan hasil polimerisasi kondensasi urea dengan formaldehid. Menurut Rowell (2005), kelebihan perekat jenis UF yaitu tidak mudah terbakar, tingkat kematangan cepat, berwarna terang, dan harganya murah.
SNaTKII II – 10 Oktober 2015
135
Pada penelitian ini bahan baku yang digunakan adalah urea dan formaldehid dengan amonium hidroksida sebagai katalis serta natrium karbonat sebagai buffer. Reaksi metilolasi dan kondensasi dilakukan pada satu reaktor yang sama. Reaksi polimerisasi pembentukkan UF dipengaruhi oleh beberapa faktor di antaranya adalah temperatur dan waktu operasi, perbandingan reaktan, katalis dan pH. Tujun penelitian adalah menentukan optimasi kondisi proses meliputi temperatur dan waktu operasi dalam polimerisasi pembentukkan UF untuk mendapatkan produk perekat UF yang sesuai syarat SNI dengan nilai yield yang maksimal. Oleh karena itu, diharapkan penelitian ini menjadi alternatif proses pembentukkan UF skala industri.
METODOLGI Pada penelitian ini proses pembentukan UF secara batch. Dilakukan penentuan jumlah formalin yang diperlukan dalam proses pembentukan UF. Formalin dimasukkan kedalam gelas kimia dan diaduk dengan campuran amonium hidroksida (NH4OH) sebagai katalis sebanyak 5% dari massa total reaktan dan natrium karbonat (Na 2CO3) sebagai buffer sebanyak 5 % dari massa katalis sambil dilakukan pengadukan secara merata. Selanjutnya dilakukan penambahan urea dengan jumlah yang sudah ditentukan. Kemudian campuran dimasukkan kedalam labu leher tiga dan dipanaskan sampai mendidih. Pemanasan dilakukan sampai batas waktu yang ditentukan dan diambil sampel produk akhir. Penentuan variabel optimum dilakukan dengan variasi waktu 1, 2, 3, sampai 3,5 jam dan temperatur dengan range 100-110 oC. Kemudian dilakukan pemurnian produk untuk menghilangkan air dengan menggunakan distilasi vakum, sehingga diperoleh cairan yang lebih kental. Kemudian dilakukan pengujian dengan diukur viskositas, densitas dan pH. Berikut adalah gambar proses pembuatan UF.
Proses Distilasi Vakum
SNaTKII II – 10 Oktober 2015
Proses pemanasan
136
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh Waktu Operasi Terhadap Parameter Produk UF Tabel 1 Data pH, viskositas dan densiti pada variasi waktu dengan temperatur 110 oC Waktu (Jam)
Temperatur (oC)
Hasil pH
2
110
3 3.5
8,5
Densiti (gram/ml) 1,295
Viskositas (cP) 138
110
8,5
1,34
148
110
8.5
-
-
Berdasarkan data diatas dapat dibuat kurva berikut ini Kurva 1 Pengaruah Waktu Operasi Terhadap Viskositas
Viskositas (Cp)
Pengaruh Waktu Operasi Terhadap Viskositas 200 100 Viskositas
0 2
3
3.5
Waktu (Jam)
Nilai viskositas produk UF berbanding lurus dengan derajat polimerisasi. Oleh karena itu, kualitas produk UF dapat diamati dari nilai viskositas. Berdasarkan kurva diatas ditunujukan bahwa semakin lama waktu operasi maka nilai viskositasnya semakin besar. Hal ini dikarenakan urea formaldehid yang terbentuk semakin banyak. Data SNI untuk nilai viskositas UF berada pada rentang 100-150 cP. Dapat dilihat untuk nilai viskositasnya pada waktu operasi 2 jam adalah 128 cP dan waktu operasi 3 jam adalah 128 cP sehingga memenuhi syarat rentang viskositas menurut SNI. Sedangkan untuk operasi 3,5 jam nilai viskositasnya tidak bisa diukur karena produk UF terlalu kental.
SNaTKII II – 10 Oktober 2015
137
Kurva 2 Pengaruah Waktu Operasi Terhadap Densiti
Densiti (gram/ml)
Pengaruh Waktu Operasi Terhadap Densiti 1.36 1.34 1.32 1.3 1.28 1.26
Densiti 2
3
3.5
Waktu (Jam)
Nilai densiti produk UF berbanding lurus dengan derajat polimerisasi. Oleh karena itu, kualitas produk UF dapat diamati juga dari nilai densiti. Data SNI untuk nilai densiti berada ada rentang 1,19-1,29 gr/ml. Dari tabel 2 menunjukan bahwa nilai densiti pada waktu operasi 2 jam adalah 1.294 dan waktu operasi 3 jam adalah 1,34 sehingga telah memenuhi syarat SNI. Hal ini menandakan bahwa telah dicapai derajat polimerisasi yang diharapkan. Sedangkan untuk operasi 3,5 jam nilai densitinya tidak bisa diukur karena produk UF terlalu kental. Berikut adalah produk UF berdasarkan variasi waktu.
Produk UF 2 Jam
SNaTKII II – 10 Oktober 2015
Produk UF 3 Jam
Produk UF 3,5 Jam
138
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan
Semakin bertambah waktu operasi semakin nilai viskositasnya semakin kental. Untuk waktu operasi 3 jam mempunyai nilai viskositas paling tinggi yaitu 134 cP (menurut SNI nilai viskositas 100-150 cP).
Semakin bertambah waktu operasi semakin nilai denistinya semakin besar. Untuk waktu operasi 3 jam mempunyai nilai densitinya paling besar yaitu 1,34 gr/ml (menurut SNI nilai demsiti 1,19-1,29 gr/ml).
Nilai pH untuk produk UF dengan bertambahnya waktu relatif tetap yaitu 8,5 (menurut SNI nilai pH 6-9).
Saran
Saat ini masih sedang dilakukan percobaan secara duplo untuk pengambilan data dengan kondisi yang sama.
Semua hasil UF terbaik akan diuji dengan partikel board berbasis ampas tebu.
UCAPAN TERIMA KASIH Terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu kelancaran penelitian ini terutama Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung yang memfasilitasi laboratorium serta teknisi-teknisi laboratorium. DAFTAR PUSTAKA Bird, T. (1993). Kimia Fisik untuk Universitas. Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama. BPS. (2010). Data Harga Impor Urea Formaldehid. http://www.forda-mof.org. diunduh pada tanggal 3 Oktober 2015 BSN. (1998). SNI_06-0060-1998_Urea_Formalde. http://www.4shared.com. diunduh pada tanggal 3 Oktober 2015 Coner, A. H. (1996). Polymeric Materials Encyclopedia . books.google.com. diunduh pada tanggal 4 Oktober 2015 Dewi, A. R., & May, L. (1999). Pengaruh Perubahan Temperatur Pada Reaksi Pembuatan Fenol Formaldehida. Bandung: Teknik Kimia POLBAN. Dumanauw, J. (2001). Mengenal Kayu. Yogyakarta: Kanisius. Girindra, A. (1993). Biokimia 1. Jakarta: Gramedia.
SNaTKII II – 10 Oktober 2015
139
Gozali, M. (2004). Pembuatan Resin Urea formaldehida Sebagai Alternatif Bahan Perekat Limbah Kayu/Serbuk Gergaji. Bandung: Teknik Kimia POLBAN. Haryadi. (2004). Modul Pembuatan Polimer Urea Formaldehida. Bandung: Teknik Kimia POLBAN. Maloney, T. (1993). Modern Particle Board and Dry Process Fiberboard Manufacturing. California: Miller Freeaman,Inc.
SNaTKII II – 10 Oktober 2015
140
