SERI PAKET IPTEK TEKNIK PEMBUATAN DAN APLIKASI PEREKAT RESORSINOL DARI EKSTRAK LIMBAH KAYU MERBAU

PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN HASIL HUTAN BADAN PENELITIAN, PENGEMBANGAN DAN INOVASI KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP DAN KEHUTANAN

SERI PAKET IPTEK TEKNIK PEMBUATAN DAN APLIKASI PEREKAT

RESORSINOL DARI EKSTRAK LIMBAH KAYU MERBAU Adi Santoso Jamaludin Malik Y.S. Hadi

PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN HASIL HUTAN BADAN PENELITIAN, PENGEMBANGAN DAN INOVASI KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP DAN KEHUTANAN BOGOR, JULI 2015

SERI PAKET IPTEK TEKNIK PEMBUATAN DAN APLIKASI PEREKAT

RESORSINOL DARI EKSTRAK LIMBAH KAYU MERBAU

Adi Santoso Jamaludin Malik Y.S. Hadi

PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN HASIL HUTAN BADAN PENELITIAN, PENGEMBANGAN DAN INOVASI KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP DAN KEHUTANAN BOGOR, JULI 2015

Judul Buku: Seri Paket Iptek Teknik Pembuatan dan Aplikasi Perekat Resorsinol dari Ekstrak Limbah Kayu Merbau Penulis: Adi Santoso, Jamaludin Malik, Y.S. Hadi Desain Sampul dan Penata Isi: Andreas Levi Aladin Jumlah Halaman: 18 + 6 halaman romawi Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Badan Penelitian, Pengembangan dan Inovasi Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan Jl. Gunung Batu No. 5, Bogor Telp/Fax: 0251 - 8633 378/8633413 E-mail: [email protected] Website: www.pustekolah.org ISBN: 978-979-313-265-5 Dicetak oleh IPB Press, Bogor - Indonesia Isi di Luar Tanggung Jawab Percetakan © 2015, HAK CIPTA DILINDUNGI OLEH UNDANG-UNDANG Dilarang mengutip atau memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku tanpa izin tertulis dari penerbit

Kata Pengantar

Dalam industri kayu majemuk (composite wood), seperti kayu lapis, papan partikel, venir lamina, balok lamina, papan serat, papan untai dan papan sambung, perekat merupakan bahan utama yang amat penting (20–60% dari seluruh biaya produksi). Selama ini untuk memenuhi kebutuhan industri tersebut Indonesia mengimpor perekat jenis termoset sintetis yang sebagian besar berasal dari hasil pengolahan minyak bumi di mana sumber dayanya bersifat tidak dapat dipulihkan (non renewable) dan cenderung semakin tidak ekonomis, selain itu penggunaannya juga menyebabkan pencemaran dan menghasilkan emisi gas. Contoh jenis perekat dimaksud antara lain: Urea formaldehida, Phenol formaldehida, Melamin formaldehida, resorsinol formaldehida dan sejenisnya. Salah satu upaya solusi alternatif mengatasi hal tersebut adalah menggantikannya dengan bahan baku perekat dari bahan nabati yang memiliki keserupaan komponen kimia dan bersumber dari dalam negeri yang bersifat dapat dipulihkan (renewable) serta tidak mencemari lingkungan, yaitu senyawa fenolik dari ekstrak serbuk kayu gergajian merbau (Intsia spp.). yang diharapkan mampu mengurangi kebergantungan terhadap perekat impor. Perekat berbasis senyawa fenolik alami relatif luas penggunaannya dan cocok untuk berbagai jenis kayu bahan berlignoselulosa seperti kayu lunak yang berbobot jenis rendah maupun kayu keras yang berbobot jenis tinggi, dan

iv

Seri Paket Iptek Teknik Pembuatan dan Aplikasi Perekat Resorsinol dari Ekstrak Limbah Kayu Merbau

bambu masing-masing dengan kualitas eksterior. Penggunaan senyawa tersebut sebagai bahan baku perekat ditengarai mampu mereduksi pemakaian senyawa fenolik dari hasil olahan minyak bumi yang bersifat non renewable sehingga berdampak pada minimnya emisi formaldehida dari produk perekatannya dan akan menekan efek pemanasan global dan terciptanya teknologi yang ramah lingkungan (green technology). Bogor, Juli 2015 Kepala Pusat Dr. Ir. Dwi Sudharto, M.Si.

Daftar Isi

Kata Pengantar ............................................................................................................ iii Daftar Isi .......................................................................................................................... v Daftar Gambar ............................................................................................................. vi I. Pendahuluan .......................................................................................................... 1 II. Bahan dan Peralatan ............................................................................................ 4 1. Bahan .................................................................................................................... 4 2. Peralatan .............................................................................................................. 6 III. Prosedur Kerja ........................................................................................................ 7 1. Pembuatan/Formulasi Perekat .................................................................... 7 2. Pembuatan produk panel komposit ......................................................... 8 IV. Kinerja Produk Perekatan.................................................................................11 V. Rekomendasi ........................................................................................................12 Daftar Pustaka ............................................................................................................14

Daftar Gambar

Gambar 1. Bahan baku panel komposit............................................................. 5 Gambar 2. Dapur pengeringan ............................................................................. 5 Gambar 3. Penyusunan bahan baku ................................................................... 8 Gambar 4. Pelaburan perekat prapelaburan perekat ................................... 9 Gambar 5. Pengempaan panel komposit pascapelaburan perekat ........ 9 Gambar 6. Pengetaman produk sebelum finishing .....................................10 Gambar 7. Conditioning produk perekatan ....................................................10

I.

Pendahuluan

Industri kayu berupa produk komposit (majemuk) di Indonesia (papan partikel, kayu lapis, venir lamina), kayu olahan, pulp, komponen mebel, dan lain sebagainya di Indonesia merupakan industri penghasil devisa dengan nilai ekspor mencapai US$750.000.000 atau 45,23% dari nilai ekspor hasil pertanian dan kehutanan atau setara dengan 10,25% dari seluruh nilai ekspor. Dalam industri kayu majemuk, perekat merupakan salah satu bahan utama yang amat penting karena berperan 20–60% dari seluruh biaya produksi. Sampai saat ini, sebagian besar perekat yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan industri kayu tersebut adalah perekat sintetis jenis termoset, seperti Urea formaldehida (80%), Phenol formaldehida (10%), dan Melamin formaldehida (10%). Sementara untuk produk kayu, keperluan struktural atau bangunan dan perkapalan masih menggunakan perekat impor dari Belgia dan Jepang, yaitu perekat dingin tipe WBP (Wheather Boiling Resistant) dari jenis phenol resorsinol formaldehida (Phenol Resorcinol Formaldehyde/ PRF) dan resorsinol formaldehida (Resorcinol Formaldehyde/RF). Selain itu, ada pula jenis perekat termoplastik termoset yang berbahan baku isosianat, poliuretan atau polivinilasetat, dan perekat hotmelt.

2


Menurut data dari Biro Pusat Statistik, pada tahun 2008 Indonesia mengimpor perekat jenis termoset, yaitu Urea formaldehida sebanyak 201,9 ton dengan nilai Rp2,5 miliar, Phenol formaldehida sebanyak 56,5 ton dengan nilai Rp30,9 miliar, dan Melamin formaldehida sebanyak 353,8 ton dengan nilai Rp21,8 miliar. Sementara jenis perekat termoplastik termoset sebanyak 2.214,5 ton dengan nilai Rp28,6 miliar, jenis perekat sintetis lainnya sebanyak 1.336,5 ton dengan nilai Rp38,3 miliar, dan jenis perekat alami mencapai 193,2 ton dengan nilai Rp3 miliar. Jenis-jenis perekat tersebut sebagian besar merupakan perekat sintetis yang berasal dari hasil pengolahan minyak bumi, di mana sumber dayanya bersifat tidak dapat dipulihkan (non renewable). Penggunaannya juga menyebabkan pencemaran lingkungan dan menghasilkan emisi gas. Salah satu solusi alternatif pengganti bahan baku perekat yang bersumber dari dalam negeri dan mempunyai sifat dapat dipulihkan (renewable) serta ramah lingkungan antara lain dari ekstrak cair limbah kayu merbau (Intsia spp.). Kayu merbau sebagai salah satu jenis kayu komoditas ekspor Indonesia, mudah dikenal dari seratnya yang berwarna merah kecokelatan, memiliki keunggulan dalam kekerasan, dan tekstur halus kayunya. Kegunaannya cukup luas sebagai kayu bangunan karena sifat fisik dan mekanik yang dimilikinya membuat kayu merbau menjadi sebuah simbol ekslusif dalam hal desain untuk penggunaan di dalam ruangan. Salah satu kelemahan kayu ini adalah dalam keadaan hujan atau lembap. Kayu merbau mampu mengeluarkan senyawa ekstraktif berwarna merah yang menurut hasil analisis, ekstrak cair tersebut mengandung komponen kimia fenolik yamg didominasi oleh senyawa resorsinol. Keberadaan senyawa fenolik dalam kayu ini salah satunya berfungsi sebagai bahan pembangun dinding sel dan sistem pertahanan tumbuhan terhadap serangga penggerek tanaman.

I. Pendahuluan

Ekstrak cair limbah kayu merbau yang didominasi senyawa resorsinol ini ternyata dapat dikopolimerisasi membentuk kopolimer sebagai resin untuk aplikasi perekat kayu dan proses kempa dingin yang kualitasnya sekelas dengan perekat golongan resorsinol impor, seperti phenol resorsinol formaldehida (Phenol Resorcinol Formaldehyde/PRF) dan resorsinol formaldehida (Resorcinol Formaldehyde/RF). Prospek penggunaan perekat berbahan dasar dari limbah biomassa merbau sangat menguntungkan guna mencapai green technology dan green product. Langkah pemanfaatan ini perlu didukung semua stakeholder perekatan kayu di Indonesia.

3

II.

Bahan dan Peralatan

1. Bahan Limbah kayu merbau berupa serbuk kayu gergajian, larutan resorsinol 50% (teknis), larutan NaOH (teknis) 40%, formaldehida 37% (teknis), tepung tapioka/sagu, air, kayu sungkai (Peronema canescens), karet (Hevea brasiliensis), kempas (Kompassia malaccensis), merbau, mangium (Acacia mangium), mahoni (Swietenia spp.), sengon (Paraserianthes falcataria), serta kayu jabon (Anthocephalus cadamba), bambu andong (Gigantochloa pseudoarundinacea), mayan (Gigantochloa robusta Kurz), dan betung (Dendrocalamus asper Backer).

III. Bahan dan Peralatan

Gambar 1. Bahan baku panel komposit

Gambar 2. Dapur pengeringan

5

6


2. Peralatan Penangas air, beaker glass, pH-meter, gelas ukur, stopwatch, timbangan, viskosimeter, oven, saringan 40 mesh, cawan petri. Mesin-mesin pengerjaan bambu dan/atau kayu seperti mesin serut atau moulder, mesin kempa, dan/atau laminasi.

III.

Prosedur Kerja

1. Pembuatan/Formulasi Perekat Pembuatan perekat terdiri atas serangkaian kegiatan, mulai dari ekstraksi limbah kayu merbau hingga pembuatan perekat dengan komposisi tertentu dari komponen penyusunnya. Ekstraksi dilakukan dengan alat ekstraktor di mana limbah kayu merbau berupa serbuk diekstrak dengan cara mencampurkannya dengan air dan perbandingan 1 : 3 (v/v) serta dipanaskan pada suhu 80˚C selama 3 jam. Ekstrak yang diperoleh dipisahkan dari serbuknya melalui penyaringan menggunakan kain blacu atau sejenisnya. Ekstraksi dapat diulang maksimal 3 kali dengan volume air yang sama. Pembuatan perekat dilakukan dengan mereaksikan ekstrak merbau (M) dengan formaldehida 37% (F) dan ekstender berupa tepung tapioka/ sagu (E) serta larutan resorsinol teknis 50% (R). Perbandingan % bobot ekstrak merbau : resorsinol 50% : formaldehida 37% : sagu = 100 : 10 : 10 : 5 dengan pH akhir reaksi 10 (dapat dicapai dengan penambahan larutan NaOH teknis 40% sebanyak 1−2% dari volume total formula). Perekat siap digunakan setelah conditioning 1–2 jam pada suhu kamar.

8


2. Pembuatan Produk Panel Komposit Kayu dan/atau bambu yang akan digunakan harus dikeringkan terlebih dahulu hingga mencapai kadar air maksimal 12%. Bahan baku berupa bilah bambu dan/atau kayu yang telah disiapkan, kemudian dibersihkan dan dilaburi perekat dan dibuat panel lamina. Ramuan perekat dilaburkan pada salah satu sisi komponen panel dengan bobot labur maksimum 170 g/m2. Setelah pelaburan merata, komponen panel direkatkan satu dengan yang lainnya. Selanjutnya, panel lamina dikempa dingin masing-masing dengan tekanan minimal 12 kg/cm2 selama 3–24 jam (bergantung bobot jenis kayu), kemudian dibiarkan (conditioning) pada suhu ruang selama satu minggu sebelum digunakan sebagai komponen bangunan. pascapelaburan perekat

Gambar 3. Penyusunan bahan baku

III. Bahan dan Peralatan

Gambar 4. Pelaburan perekat

Gambar 5. Pengempaan panel komposit

9

10


finishing

Gambar 6. Pengetaman produk sebelum

Gambar 7. Conditioning produk perekatan

IV.

Kinerja Produk Perekatan

Produk kopolimer dari ekstrak cair limbah kayu merbau dapat diaplikasikan sebagai perekat pada jenis-jenis kayu berbobot jenis rendah sampai tinggi, antara lain dalam pembuatan cross laminated timber (CLT) pada skala industri berupa 3 ply-1strip flooring parquet pada tujuh jenis kayu, yaitu sungkai, karet, kempas, merbau, mangium, mahoni, dan sengon. Perekat ini juga dapat diaplikasikan pada pembuatan finger joint board pada tiga jenis kayu: sengon, karet, dan pinus serta balok lamina berupa 5 ply-CLT dari empat jenis kayu: pangsor, mindi, pinus, dan mangium. Semua produk uji coba ini tergolong tipe eksterior rendah emisi formaldehida dengan kualitas rekat produknya secara keseluruhan setara dengan perekat Phenol Resorsinol Formaldehida (PRF) impor dan isosianat. Perekat ini pun cocok untuk diaplikasikan pada bambu andong, bitung, dan mayan menjadi produk lamina, baik sesama jenis bambu (homogen) maupun kombinasi dengan kayu jabon, dan sengon (heterogen) dengan kualitas yang memenuhi persyaratan tipe eksterior dengan emisi formaldehida yang rendah.

V.

Rekomendasi

Di masa depan, produk industri kayu akan bergeser dari produk kayu utuh ke produk kayu majemuk yang sangat memerlukan perekat dalam jumlah besar. Salah satu antisipasi menghadapi kekurangan bahan baku perekat, kita harus mengedepankan sumber bahan baku dalam negeri dari limbah nabati yang bersifat dapat dipulihkan. Penemuan perekat alternatif berbahan baku dari sumber hayati (kulit kayu dan serbuk kayu gergajian) seperti ini sangat bermanfaat guna menyubstitusi pemakaian perekat sintetis untuk produksi panel kayu komposit yang sampai saat ini sebagian masih impor. Keberhasilan penemuan formula perekat berbasis fenolik dari sumber daya alam yang renewable berpotensi prospektif untuk menyubstitusi perekat sintetis berbahan baku dari minyak bumi sehingga ketergantungan pada perekat sintetis impor lambat laun dapat dikurangi. Perekat berbasis bahan baku yang renewable ini layak dipertimbangkan sebagai perekat kayu masa depan, mengingat jenis komoditas produk kayu komposit akan terus berkembang sejalan dengan upaya peningkatan efisiensi penggunaan bahan baku untuk produk kayu olahan. Berkaitan dengan hal tersebut seyogianya pemerintah mempertimbangkan untuk menerbitkan kebijakan pembangunan HTI

V. Rekomendasi

kerakyatan secara holistik dan larangan penebangan pohon hutan alam dan memacu program HTI/HTR dengan memanfaatkan areal hutan yang telah mengalami degradasi dan bekas tambang untuk mendukung industri kayu majemuk menggunakan bahan perekat alami.

13

Daftar Pustaka

Akzonobel. (2001). Synteko Phenol-resorcinol Adhesive 1711 with Hardeners 2620, 2622, 2623. Jakarta: Casco Adhesive (Asia). Brandt, T.B. (1953). Mangrove Tannin-Formaldehyde Resins as Hot-Press Plywood Adhesive. Pengumuman No. 37. Bogor: Balai Penyelidikan Kehutanan. Badan Standardisasi Nasional (BSN). (1998). Kumpulan SNI Perekat. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional. Badan Standardisasi Nasional (BSN). (2005). Venir Lamina. SNI 01-71472005. Jakarta: Badan Standardisasi Nasional. Cowd, M.A. (1991). Kimia Polimer. Bandung: Penerbit ITB. Fradinho DM, Neto CP, Evtuguin D, Jorge FC, Irle MA, Gil MH, Pedrosa de Jesus J. (2002). Chemical characterisation of bark and of alkaline bark extracts from maritime pine grown in Portugal. Ind. Crops Prod. 16, 23–32. Japanese Agricultural Standard [JAS]. (2003). Japanese Agricultural Standard for Structural Glued Laminated Timber. Tokyo: Japanese Plywood Inspection Corporation (JPIC), Kim S, Lee YK, Kim HJ. (2003). Physico-mechanical properties of particleboards bonded with pine and wattle tannin-based adhesives. J. Adhes. Sci. Technol. 17 (14), 1863–1875.

Daftar Pustaka

Lei H, Pizzi A, Du GB. (2008). Environmentally friendly mixed tannin/ lignin wood resins. J. Appl. Polym. Sci. 107 (1), 203–209. Malik J, A Santoso. (2010). Teknik Produksi Resorsinol Alami Untuk Bahan Perekat Produk Kayu Komposit. Laporan Hasil Penelitian Tahun 2009. Bogor: Pustekolah. Maloney TM. (1977). Modern Particleboard and dry-process fiberboard manufacturing. San Fransisco: Miller-freeman publication. Muthmainnah. (2011). Pembuatan Cross Laminated Timber (CLT) dari Kayu Sengon dan Kecapi. Laporan Praktikum Keteknikan Kayu. Thesis. Bogor: Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. Pichelin F, Nakatani M, Pizzi A, Wieland S, Despres A, Rigolet S. (2006). Structural beams from thick wood panels bonded ndustrially with formaldehyde-free tannin adhesives. Forest Prod. J. 56 (5), 31–36. Panamgama LA. (2007). Polyphenolic extracts of Pinus radiata bark and networking mechanisms of additive-accelerated polycondensates. J. Appl. Polym. Sci. 103, 2487–2493. Pizzi A. (1994). Tannin Base Wood Adhesive and Preservative Chemistri and Tecnology. New York: Marcel Dekker. Pizzi A. (2003). Natural Phenolic Adhesives I: Tannin. Handbook of Adhesive Technology, 2nd ed. (revised and expanded), pp. 573–587. Pizzi A. (2006). Recent developments in eco-efficient bio-based adhesives for wood bonding: opportunities and issues. J. Adhes. Sci. Technol. 20 (8), 829–846. Santoso A. (2003). Sintesis dan pencirian resin lignin resorsinol formaldehida untuk perekat kayu lamina. [Disertasi]. Bogor: Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Santoso A. (2005). Pemanfaatan lignin dan tanin sebagai alternatif substitusi bahan perekat kayu komposit. Proseding Simposium Nasional Polimer V, 22 Nopember 2005 Bandung: 155–164.

15

16


Santoso A. (2011). Tanin dan Lignin dari Acacia mangium Willd. sebagai Bahan Perekat Kayu Majemuk Masa Depan. Orasi pengukuhan profesor riset bidang pengolahan hasil hutan tanggal 25 Oktober 2011 Jakarta: Badan Litbang Kehutanan, Kementerian Kehutanan. Santoso A, J Malik. (2011). State of the Art Penelitian Perekat dan Perekatan Kayu di Pusat Litbang Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan. Makalah Utama, disampaikan pada Diskusi Perekatan tanggal 30 Juni 2011 di Bogor. Santoso A, J Malik. (2011). Perekat Berbasis Resorsinol dari Ekstrak Kayu Merbau. Proseding Seminar Nasional: Teknologi Mendukung Industri Hijau Kehutanan. Tanggal 9 November 2011. Bogor: Pusat Litbang Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan. Santoso A, J Malik. (2011). Teknik Produksi Resorsinol Alami untuk Bahan Perekat Produk Kayu Komposit. Laporan Hasil Penelitian Tahun 2011. Bogor: Pusat Litbang Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan. Santoso A, YS Hadi, J Malik. 2012. Tannin resorcinol formaldehyde as potential glue for the manufacture of ply-bamboo. J. Forestry Res. 9(1):10–15. Santoso A, YS Hadi, J Malik. (2014). Composite Flooring Quality of Combined Wood Species Using Adhesive from Merbau Wood Extract. Forest Products Journal. 64(5/6): 179 -186. Santoso A, MI Iskandar, Jasni. (2014). Pemanfaaatan Ekstrak Cair Limbah Kayu Merbau sebagai Bahan Perekat Balok Lamina. Prosiding Ekspose Hasil Penelitian “Teknologi Peningkatan Nilai Tambah Hasil Hutan”. tanggal 30 April 2013. Bogor: Pusat Litbang Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan. Sowunmi S, Ebewele RO, Conner AH, River BH. 1996. Fortified mangrove tannin-based plywood adhesive. J. Appl. Polym. Sci. 62, 577–584.

Daftar Pustaka

Sudjana. (2006). Desain dan Analisis Eksperimen. Bandung: Tarsito. Supartini. (2012). Karakteristik Cross Laminated Timber dari Kayu Cepat Tumbuh dengan Jumlah Lapisan yang Berbeda. [Thesis]. Bogor: Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Tondi G, Pizzi A. (2009). Tannin-based rigid foams: characterization and modification.Ind. Crops Prod. 29 (2–3), 356–363. Underwood AL, RA Day Jr. (1987). Analisa Kimia Kuantitatif . Edisi Ke-4. Terjemahan oleh R. Soendoro, Widaningsih W., dan Sri Rahadjeng, Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga. Surabaya: Penerbit Erlangga. Vazquez G, Freire S, Gonzalez J, Antorrena G. (2000). Characterization of Pinus pinaster bark and its alkaline extracts by diffuse reflectance Fourier transform infrared (DRIFT) spectroscopy. Holz Roh Werkst. 58, 57–61. Vick CB. (1999). Adhesive Bonding of Wood Material. Chapter IX. Wood Handbook, Wood as an engineering material. New York: Forest Product Society.

17

SERI PAKET IPTEK TEKNIK PEMBUATAN DAN APLIKASI PEREKAT RESORSINOL DARI EKSTRAK LIMBAH KAYU MERBAU

Recommend Documents