Zaimahwati, Impregnasi Kayu Kelapa Sawit dengan Larutan Polivinil Klorida Komersial
IMPREGNASI KAYU KELAPA SAWIT DENGAN LARUTAN POLIVINIL KLORIDA KOMERSIAL Zaimahwati*
Abstrak Impregnasi KKS dengan larutan polivinil klorida (PVC) komersial, yang dimodifikasi dengan asam akrilat, benzoil peroksida dan pelarut tetra hidrofuran (THF) kedalam KKS mengakibatkan sifat mekanis KKS bertambah. Proses impregnasi dilakukan pada kondisi tekanan, suhu, dan waktu optimum. KKS hasil impregnasi diamati menggunakan Uji Sifat Mekanis, Mikroskopi Elektron Payaran (SEM), Analisis Termal Diferensial (DTA), Spektroskopi Infra Merah Transformasi Fourier (FTIR), dan sinar-X dari specimen KKS terimpregnasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan KKS terimpregnasi resin polivinil klorida meningkat. Resin polivinil klorida didalam specimen KKS berfungsi sebagai pengisi dan pengikat antara serat kayu.
Kebutuhan akan kayu di Indonesia pada tahun 2000 mencapai 80 juta m3, sehingga dikembangkan teknik impregnasi bahan polimer untuk memperbaiki kualitas dan kestabilan KKS, seperti yang telah dilaporkan mengenai kayu terimpregnasi termoplastik (Schut, 1997). Juga telah dilakukan impregnasi resin getah pinus merkusi ke dalam KKS menggunakan pelarut sebagai diffusinya (Zulkarnain, 1999). Impregnasi KKS dengan poliblen polipropilena, karet alam dan asam akrilat sudah dapat meningkatkan kualitasnya sampai golongan III (Rikson, 2001), tetapi impregnasi ini dilakukan pada temperatur tinggi yang dapat mengakibatkan kerusakan kayu. Dari informasi di atas akan dicoba mengimpregnasi kayu kelapa sawit menggunakan resin polivinil klorida dengan adanya asam akrilat dan pelarut tetrahidrofuran (THF) agar dapat dilakukan pada temperatur kamar untuk mencegah kerusakan kayu. Berdasarkan uraian di atas maka permasalah dapat dirumuskan sebagai berikut: 1. Apakah impregnasi KKS dapat dilakukan dengan resin PVC pada
PENDAHULUAN Kayu kelapa sawit sampai saat ini belum dimanfaatkan secara ekonomis karena kualitasnya yang rendah, tidak homogen, mudah rusak oleh pengaruh cuaca dan serangga, mudah retak dan pecah sehingga pengerjaannya sulit. Kayu kelapa sawit mempunyai kandungan selulosa dan lignin yang rendah dibandingkan kayu karet dan ampas tebu (Tomimura, 1992). Semakin keatas dan ke bagian dalam kadar air dan kandungan jaringan parenkim KKS semakin tinggi, sedangkan kerapatannya menurun. Kadar air KKS segar sekitar 65 %, dan kerapatannya dari 0,2 – 0,6 g/ml dengan kerapatan rata-rata 0,37 g/ml (Lubis dan Guritno, 1994). Polivinil klorida (PVC) merupakan salah satu bahan termoplastik yang penting, karena penggunaannya sangat luas mulai dari barang-barang lunak sampai pada bahan-bahan konstruksi bangunan yang keras dan kaku serta merupakan bahan termoplastik ketiga terbesar setelah polietilena dan palipropilena (Cowd, 1994).
52
Jurnal Reaksi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 1 No.1, Juni 2003 ISSN 1693-248X
suhu rendah dengan adanya asam akrilat dan pelarut THF. 2. Apakah kondisi operasi (komposisi resin, tekanan, waktu) dapat mempengaruhi keefektifan impregnasi. 3. Bagaimana karakteristik KKS terimpregnasi resin PVC dibandingkan dengan spesifikasi kayu bangunan (SNI, 1994). Tujuan penggunaan polivinil klorida komersial pada impregnasi ini adalah: 1. Memodifikasi PVC komersial dengan asam akrilat dalam THF untuk digunakan pada impregnasi KKS. 2. Mengoptimasi kondisi operasi (komposisi resin, tekanan, waktu) untuk meningkatkan efisiensi impregnasi. 3. Menguji karakteristik KKS hasil impregnasi terhadap spesifikasi kayu bangunan (menurut SNI, 1994). Manfaat yang dapat diperoleh dari impregnasi ini dapat berupa: 1. Mengelola limbah perkebunan KKS 2. Mendapatkan KKS dengan kualitas baik dan murah
mengandung pati sampai 40 % (Tomimura, 1992, Guritno, 1994). Prinsip dasar modifikasi KKS menjadi kayu untuk keperluan pertukangan adalah membentuk KKS menjadi kayu yang memiliki sifat plastis dengan memanfaatkan komponen yang terkandung dalam KKS dan penambahan resin PVC melalui metode impregnasi reaktif. Teknik impregnasi reaktif adalah teknik impregnasi yang dapat dirancang mempergunakan medium difusi berbasis air atau dalam fase leleh, dengan melibatkan modifikasi bahan polimernya sebelum maupun sesudah impregnasi. Bilamana dipergunakan bahan pengimpregnasi poliolifin yang bersifat hidrofobik, maka dapat terbentuk campuran yang homogen dan kompatibel. Diketahui bahwa tingginya kompatibilitas campuran ini, sangat penting artinya dalam menentukan sifat fisik dan mekanis, ketahanan, maupun kualitas bahan kayu terimpregnasi selama pemakaian. Peningkatan kompatibilitas kayu terimpregnasi secara umum dapat dilakukan dengan penambahan bahan pengikat (copling agent). Modifikasi polivinil klorida membentuk rantai bergugus cabang memungkinkan interaksi antara gugus cabang dengan rantai serat turunan selulosa, yang akan menghasilkan kayu termoplastis yang homogen secara fisik dan kimiawi. Hal ini penting bila bahan kayu termoplastis yang dihasilkan dipergunakan dalam lingkungan agresif. Ketahanan bahan kayu terimpregnasi dapat dikendalikan sesuai dengan masa pakai yang diinginkan, sehingga dapat dihasilkan bahan teknik yang berkinerja tinggi pada masa pemakaian tetapi terdegradasi setelah tidak dipergunakan lagi (Wirjosentono dan Guritno, 1998).
Pohon kelapa sawit (Elaeis guineensis jacq) termasuk tumbuhan berbiji tunggal (monokotil), batang terdiri dari serat dan parenkim. Pohon kelapa sawit diremajakan hingga berumur 25 tahun, pohon yang tidak produktif ini mempunyai tinggi 9-12 m dengan diameter 45-65 cm yang diukur pada ketinggian 1,5 m dari permukaan tanah. Komponen yang terkandung pada KKS adalah selulosa, lignin, parenkim, air, pati, dan abu. Kandungan parenkim meningkat sesuai dengan peningkatan ketinggian pohon. Parenkim pada bagian atas pohon 53
Zaimahwati, Impregnasi Kayu Kelapa Sawit dengan Larutan Polivinil Klorida Komersial
sedemikian rupa, pada suhu ruangan. Kondisi operasi impregnasi yaitu variasi tekanan dan waktu, pada tekanan (1, 2, 3) kg/cm2 dengan waktu 30, 60 dan 90 menit. Kemudian ditentukan kondisi optimum impregnasi. Spesimen KKS hasil impregnasi dikarakterisasi sifat mekanisnya yang meliputi uji tekan untuk mendapatkan kadar resin PVC masuk kedalam kayu yang optimum. Setelah itu dianalisis lebih lanjut dengan uji degradasi termal (DTA), FTIR, difraksi sinar-X dan analisis permukaan dengan SEM.
METODE PENELITIAN Sampel KKS yang digunakan pada penelitian ini diambil dari batang dewasa berumur 25 tahun dari perkebunan Aek Pancur, Pusat Penelitian Kelapa Sawit Medan, berjenis Dura dan ketinggian 10 m dari permukaan tanah dan diameter 35 cm. Secara radial dibedakan pada bagian luar, tengah, dan inti sesuai dengan Gambar 1. Untuk pengolahan resin pengimpregnasi digunakan seperangkat alat refluks. Uji tarik dan kelenturan dilakukan menggunakan alat uji tarik model MFG SL-2 DE. Impregnasi dilakukan menggunakan impregnator bertekanan. Uji termal resin dan KKS sebelum dan sesudah impregnasi dilakukan dengan alat DTA. Uji difraksi sinar-X dari KKS sebelum dan sesudah impregnasi dilakukan dengan model alat PW 1729 Xray dan analisis permukaan KKS sebelum dan sesudah impregnasi dengan alat SEM model ASM-SX. Spesimen KKS direndam dengan campuran pelarut THF dan benzoil peroksida selama 24 jam. Kemudian resin polivinil klorida dimasukkan kedalam impregnator bersama KKS dengan susunan
HASIL PENELITIAN Kondisi optimum impregnasi yang ditentukan dalam penelitian ini meliputi waktu, tekanan dan kadar resin yang masuk kedalam KKS, sehingga diperoleh KKS yang berkualitas. Dari data hasil uji lentur dapat diketahui kondisi impregnasi optimum. Hasil penelitian tekanan (P) optimum impregnasi KKS dengan uji lentur, harga MoR dan MoE rata-rata ditunjukkan pada Tabel 1, kadar resin tetap (20 % b/v), tekanan 1,2 dan 3 kg/cm2, waktu 30 menit.
Luar Luar Tengah Tengah Inti
Inti
Keterangan : diameter kayu = 35 cm Gambar 1 Ilustrasi pemotongan secara radial dari bagian-bagian batang KKS Dari hasil uji tersebut diperoleh kg/cm2, pada kondisi ini harga MOR dan kondisi yang optimum adalah pada P = 1 MOE yang terbesar. Hasil penentuan waktu
54
Zaimahwati, Impregnasi Kayu Kelapa Sawit dengan Larutan Polivinil Klorida Komersial
(t) optimum impregnasi KKS dengan uji lentur, harga MOR dan MOE rata-rata ditunjukkan dalam Tabel 2, kadar resin tetap (20 % b/v), tekanan 1 (kg/cm2), waktu 30, 60 dan 90 menit. Dari hasil perhitungan uji lentur tersebut (MoR dan MoE) diperoleh waktu optimum. Impregnasi adalah 60 menit. Hasil penentuan resin optimum (% b/v) impregnasi dengan uji lentur harga MOR dan
MOE rata-rata ditunjukkan pada Tabel 3, tekanan 1 (kg/cm2), waktu 60 menit. Dari hasil perhitungan uji/lentur (MoR dan MoE) diperoleh resin optimum impregnasi adalah 20 % (b/v), pada kondisi tersebut harga MoR dan MoE yang terbesar. Dari hasil penelitian diperoleh kondisi optimum impregnasi adalah pada kondisi: 1. Tekanan = 1 kg/cm2 2. Waktu = 60 menit 3. Konsentrasi resin = 20 % (b/v)
Tabel 1 Tekanan (P) Optimum Impregnasi KKS dengan Uji Lentur Kadar Resin Tekanan (P) Waktu (t) MOR 2 (b/v) (kg/cm ) (menit) (kg/cm2) 20 % 1 30 346,1
MOE (kg/cm2) 30.666
20 %
2
30
270,1
23.769
20 %
3
30
196,9
16.568
Tabel 2 Waktu (t) Optimum Impregnasi KKS dengan Uji Lentur Kadar Resin Tekanan (P) Waktu (t) MoR (b/v) (kg/cm2) menit (kg/cm2) 20 % 1 30 346,1
MoE (kg/cm2) 30.666
20 %
1
60
509,6
38.022
20 %
1
90
300
26.270
Tabel 3 Resin Optimum Impregnasi KKS dengan Uji Lentur Kadar Tekanan (P) Waktu (t) MoR MoE Resin (kg/cm2) Menit (kg/cm2) (kg/cm2) (b/v)
Rapat Massa
10 %
1
60
419,6
35.914
0,46
20 %
1
60
509,6
38.020
0,63
30 %
1
60
359,9
29.476
0,41
Impregnasi resin kedalam KKS menyebabkan sifat yang baru pada KKS baik fisik, mekanik maupun kimianya, sehingga
KKS lebih kuat dengan kualitas yang baik. Dapat dilihat mekanisme reaksinya sebagai berikut:
56
Zaimahwati, Impregnasi Kayu Kelapa Sawit dengan Larutan Polivinil Klorida Komersial
O C
O O
O
O
C
C O
H
H
C
C +
C H
H
O O .
C
H
Cl
. C
H
O HC
CH2
OH
C O
Cl
H
H C
OH
O CH2
C
C
C OH
H
C
Cl
H C
O .
C
Cl PVC akrilat
O C
CH2
CH2
+
C
OH
selulosa
OH H
Cl PVC akrilat
( PVC - akrilat - selulosa - PVC - akrilat - selulosa)
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan hasil penelitian yang dilakukan dapat menjawab permasalahan 1. Impregnasi KKS dapat dilakukan dengan resin PVC pada suhu rendah dengan adanya asam akrilat dan pelarut THF. 2. Kondisi operasi impregnasi dapat mempengaruhi keefektifan impregnasi, pada kondisi P = 1 kg/cm2, waktu (t) = 60 menit dan kadar resin PVC 20 % (b/v). 3. Kekuatan KKS hasil impregnasi dengan resin PVC meningkat, dari harga MoE dan MoR yang belum dapat di klasifikasikan ke dalam mutu kayu menjadi kelas III dan kelas II menurut SNI (03.3527-1994). Dalam penelitian ini disarankan, THF merupakan pelarut PVC yang baik pada temperatur rendah tapi disamping itu THF merupakan pelarut yang mudah menguap sehingga pada waktu KKS diimpregnasi tak dapat mempergunakan waktu lama karena resin PVC tersebut akan mengental. Sebaiknya digunakan pelarut yang tidak mudah menguap.
DAFTAR PUSTAKA Anasagasti, M,M. Hidalgo and C. Mijangos, (1999), “Transesterification and Crosslinking of Poly (vinylchloride – co – vinyl aeitate) Copolymers in the Melt”, J. Appl. Poly. Sei, 72, 621 – 630. Cowd, M.A, (1991) “Kimia Polimer”, Penerbit Institut Teknologi Bandung, Bandung. Lubis, A., Guritno, P., (1994) “Prospek Industri dengan Bahan Baku Limbah Padat Kelapa Sawit di Indonesia”, Berita, PPKS, 2, 203 – 208. Prayitno, T.A, dan Darnoko, (1994), “Karakteristik Papan Partikel dari Pohon Kelapa Sawit”, Berita PPKS, 2, 211 – 215. Rikson, (2001), “Impregnasi Kayu Kelapa Sawit dengan Poliblen Polipropilena/ Karet Alam dan Asam Akrilat”, Tesis S2 Kimia PPS – USU, Universitas Sumater Utara, Medan. Schutt, J.H, (1997), “Wood – Filled Thermoplastic go Comercial”, Plast world, 55, (10), 12.
56
Jurnal Reaksi Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Lhokseumawe Vol. 1 No.1, Juni 2003 ISSN 1693-248X
Tomimura, Y, (1992), “Chemical Characteristics and Utilization of Oil Palm Trunk”, JARQ, 25 (4), 283 – 288. Wirjosentono, B., D.Y. Nasution dan Thamrin, (2000), “Pembuatan Kayu Termoplastis dari Batang Kelapa Sawit menggunakan Teknik Impregnasi Reaktif dengan Termoplastik Komersial”, Proposal Penelitian DCRG-URGE, Universitas Sumatera Utara, Medan. Wirjosentono, B., dan P. Guritno, (1998), “Utilisation of Oil Palm Empty Bunckes as Fillers for Degradable
Plastic Packagings”, The Proceeding of 1998 International Oil Palm Conference, Bali. Yal Cin ORS, (1999), Bonding Strenght of Poly (vinil – acetate) Based Adhesives in some word waterials freated with impregnation, J.Of Polymer Science, 76, 1472 – 1479. Zulkarnain, D.K, (1999), “Impregnasi Resin Pinus Merkusi Asam Akrilat kedalam Kayu Kelapa Sawit mempergunakan Berbagai Pelarut”, Tesis S2 Kimia PPS – USU, Universitas Sumatera Ut
57
Zaimahwati, Impregnasi Kayu Kelapa Sawit dengan Larutan Polivinil Klorida Komersial
2
