Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan pada bulan September - Desember 2020. Proses pengempaan dilakukan di Workshop Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Universitas Sumatera Utara, Medan. Pengujian sifat fisis dan mekanis dilakukan di Laboratorium Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Universitas Sumatera Utara, Medan. Pengujian lanjut dilakukan dengan mengirim sampel ke Pusat Penelitian Biomaterial, Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) di Cibinong, Jawa Barat.
Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah vascular bundles limbah batang kelapa sawit hasil penjarangan berumur 10 – 11 tahun sebanyak 3 batang yang diperoleh dari perkebunan swasta PT. Sawit Sumber Mas Sarana, Kalimantan Tengah. Pada setiap bagian batang dibagi menjadi 3 bagian yaitu pangkal, tengah, dan ujung seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Teknik Pemotongan Batang Kelapa Sawit
Pemisahan vascular bundles dari batang kelapa sawit mengikuti paten pending yang diajukan yang intinya vascular bundles terpisah bersama parenkim dengan mudah. MMA dengan spesifikasi teknis pada Gambar 4 yang diperoleh dari Laboratorium Teknologi Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan, Universitas Sumatera Utara, Medan dan styrene yang berasal dari limbah styrofoam.
Gambar 4. Spesifikasi MMA yang digunakan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah crosscut miter saw merk Oxford buatan Amerika Serikat untuk memotong batang kelapa sawit, pressure cooker dan kompor listrik yang dimodifikasi sebagai autoklaf bersuhu 121oC, bertekanan 15 psi, dan waktu selama 2 jam untuk memisahkan vascular bundles dari parenkimnya, parang, oven merk Memmert buatan Jerman, timbangan analitik, sarung tangan, gelas kimia, ember, cetakan papan 25 cm x 25 cm, plat besi dengan dimensi 25 cm x 25 cm x 1 cm, kempa panas merk Cakra Mulya buatan Indonesia, plat besi berat, universal testing machine (UTM) merk Tensilon buatan Jepang, kaliper, dan alat tulis.
Prosedur Penelitian
Pembuatan OSB mengikuti standar Japanese Industial Standard (JIS) A 5908 : 2003 tipe 8 base particleboard and decorative particleboard dengan kerapatan target 0,75 g/cm3 dengan ukuran panjang, lebar, dan tebal 25 cm x 25 cm x 1 cm sesuai ukuran kempa panas yang tersedia di laboratorium. Adapun tahapan pembuatan OSB disajikan pada Gambar 5.
Gambar 5. Skema Pembuatan OSB dengan pengikat MMA dan styrene dengan dan tanpa katalis MEKP
1. Persiapan Bahan Baku
Vascular bundles yang diperoleh dipisahkan berdasarkan posisi ketinggian batang, pangkal, tengah, dan ujung serta campuran. Kemudian dikeringkan di bawah sinar matahari dan dioven hingga diperoleh kadar air <10%.
2. Pembuatan Pengikat
Pengikat yang digunakan adalah campuran dari MMA dan styrene dari limbah styrofoam dengan perbandingan 3 : 1 (b/b) mengikuti penelitian sebelumnya (Bayu, 2020). Styrofoam yang digunakan adalah styrofoam bekas kemasan makanan dan peralatan. Sebelum dilakukan pencampuran styrofoam dipotong kecil untuk memudahkan proses pencampuran. Styrofoam yang sudah dipotong kecil kemudian dimasukkan ke dalam gelas kimia dan dilarutkan dengan larutan MMA, kemudian diaduk hingga homogen. Pada pembuatan oriented strand board digunakan campuran MMA dan styrene sebanyak 15 % dari total berat bahan baku vascular bundles berdasarkan penelitian sebelumnya (Bayu, 2020).
Persiapan bahan baku vascular bundles dengan kadar air <10%
Pembuatan pengikat MMA : Styrene
= 3 : 1 (b/b)
Proses pencampuran (blending) dengan dan tanpa MEKP
Pengempaan panas 160oC; 15 menit;
30 kg/cm2
Pengkondisian 14 hari
Pemotongan dan pengujian JIS 5908 : 2003
Pembentukan lembaran
3. Proses pencampuran (blending)
Pencampuran dilakukan di dalam ember dengan bantuan mesin kompresor dan spray gun agar bahan pengikat terdistribusi merata ke semua bagian vascular bundles. Pengikat MMA dan styrene yang digunakan sebanyak 15 % dari total berat bahan baku vascular bundles. Pada perlakuan yang menggunakan katalis, sebanyak 1% MEKP ditambahkan pada campuran MMA dan styrene.
4. Pembentukan lembaran
Pembentukan lembaran dilakukan dengan pengorientasian vascular bundles secara manual. Perbandingan vascular bundles tiap lapis sama sebanyak 3 lapisan arah tegak lurus agar oriented strand board yang dihasilkan stabilitas dimensinya lebih stabil.
5. Pengempaan panas
Pengempaan panas menggunakan tekanan 30 kg/cm2 dan suhu 160oc dengan total waktu pengempaan 15 menit, dengan tahapan 5 menit pertama pengempaan dari tekanan 0 menuju 35 kg/cm2, 5 menit kedua ditahan pada tekanan 30 kg/cm2 dan suhu 160oC untuk mempertahankan OSB pada ketebalan 1 cm dan 5 menit ketiga pelepasan hingga kempa terbuka.
6. Finishing dan persiapan pengujian
OSB yang sudah dibuat kemudian dikondisikan selama 14 hari untuk menyeragamkan kadar air dan menghilangkan tegangan sisa setelah pengempaan.
Setelah itu OSB dipotong menjadi contoh uji berdasarkan standar Japanese Industial Standard (JIS) A 5908 : 2003 tipe 8 base particleboard and decorative particleboard seperti yang disajikan pada Gambar 6.
Gambar 6. Pemotongan Contoh Uji
Keterangan :
A = contoh uji untuk pengujian MOR dan MOE kering(5 cm x 20 cm) B = contoh uji untuk kadar air dan kerapatan (10 cm x 10 cm)
C = contoh uji untuk daya serap air (5 cm x 5 cm) D = contoh uji keteguhan rekat (5 cm x 5 cm) E = contoh uji pengembangan tebal (5 cm x 5 cm)
F = contoh uji untuk pengujian MOR dan MOE basah (5 cm x 20 cm)
G = contoh uji untuk kuat pegang sekrup (5 cm x 10 cm) dipakai bekas pengujian MOE dan MOR kering
Pengujian sifat fisis yang dilakukan meliputi daya serap air, kadar air, kerapatan, pengembangan tebal. Pengujian sifat mekanis meliputi Modulus of Elasticity (MOE) kering dan basah, Modulus of Rupture (MOR) kering dan basah, Internal Bond (IB) dan kuat pegang sekrup.
Tabel 5. Standar JIS A 5908 (2003)
No Sifat Fisis dan Mekanis Tipe 8 base particleboard and decorative particleboard
Keteguhan Rekat (kgf/cm2) Kuat Pegang Sekrup (kgf)
≥1,5
≥31 Sumber : Japanese Standard Association (2003)
Pengujian Sifat Fisis - Penghitungan kerapatan
Ditimbang berat dan hitung volume contoh uji. Kemudian dihitung menggunakan rumus:
... (1) - Penghitungan daya serap air :
Ditimbang berat awal contoh uji sebelum dilakukan perendaman. Kemudian dilakukan perendaman selama 2 jam dan dilanjutkan selama 24 jam. Dihitung dengan rumus sebagai berikut:
x 100 % ... (2) - Penghitungan pengembangan tebal
Diukur tebal contoh uji sebelum dilakukan perendaman. Kemudian dilakukan perendaman selama 2 jam dan setiap 2 jam dihitung hingga 24 jam. Dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Pengembangan tebal
=
x 100 % ... (3) - Penghitungan kadar air
Ditimbang berat contoh uji sebelum dilakukan pengovenan. Kemudian dilakukan pengovenan selama 24 jam dengan suhu (103±2) oC. Dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Kadar air
=
x 100 % ... (4) Pengujian Sifat Mekanis
OSB ditentukan kekuatan bendingnya menggunakan mesin UTM merk Tensilon dengan kecepatan 10 mm/menit (JIS A 5908 2003). Kemudian dihitung menggunakan rumus:
- ... (5) Keterangan:
MOE = kekuatan lentur (kg/cm2) P = beban sebelum batas proporsi (kg) L = jarak sangga (cm)
Y = lenturan pada beban P (cm) b = lebar contoh uji (cm)
h = tebal contoh uji (cm)
- ... (6) Keterangan:
MOR = keteguhan lentur (kg/cm2) P = beban maksimum (kg)
L = jarak sangga (cm) b = lebar contoh uji (cm) h = tebal contoh uji (cm)
Pengujian MOE dan MOR dilaksanakan dalam dua kondisi, kering dan basah. Untuk basah, contoh uji OSB direbus selama 2 jam dalam air mendidih dilanjutkan direndam air suhu kamar selama 1 jam.
Pada pengujian ini, selain diperoleh nilai MOE dan MOR dalam kondisi kering dan basah, diperoleh pula perbandingan nilai MOE basah dan MOE kering serta MOR basah dan MOR kering yang disebut sebagai kekuatan retensi (strength retention/SR) dengan perhitungan sebagai berikut (Massijaya et al.
2005).
Retensi kekuatan MOE
=
x 100 % ... (7) Retensi kekuatan MOR
=
x 100 % ... (8) - Keteguhan rekat internal (Internal bond)
Keteguhan rekat diperoleh dengan cara merekatkan kedua permukaan contoh uji pada dua balok besi kemudian balok besi tersebut ditarik dengan arah berlawanan menggunakan mesin UTM merk Tensilon dan dicatat beban maksimum. Cara pengujian keteguhan rekat internal disajikan pada Gambar 7.
Gambar 7. Pengujian Keteguhan Rekat
Keteguhan rekat tersebut dihitung dengan menggunakan rumus :
- IB = ... ... (9) Keterangan:
IB = keteguhan rekat internal (kg/cm2) Pmax = gaya maksimum yang bekerja (kg) A = luas permukaan contoh uji (cm2)
- Kuat pegang sekrup (Screw holding power)
Berdasarkan standar JIS A 5908 (2003) contoh uji dibuat berukuran 5 cm x 10 cm x 1 cm. Sekrup yang digunakan mempunyai diameter sebesar 2,7 mm dan panjang 16 mm. Sekrup tersebut ditancapkan pada OSB sampai mencapai kedalaman 8 mm. Nilai kuat pegang sekrup dinyatakan dalam beban maksimum yang dapat dicapai (kg).
Pengujian FTIR (Fourier Transform Infrared)
Spektroskopi FTIR dapat diterapkan secara luas dalam penjelasan struktur, yang disintesis secara kimia atau yang berasal dari alam. Saat ini, spektroskopi FTIR banyak digunakan untuk analisis kuantitatif maupun kualitatif di hampir semua bidang ilmu pengetahuan. Spektroskopi ini memiliki banyak keunggulan dan aplikasi dibandingkan dengan teknologi infra merah dispersif (Sawant et al., 2011).
FTIR digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi dan senyawa yang melapisi/mengikat vascular bundles dan OSB. FTIR adalah salah satu instrumen yang menggunakan prinsip spektroskopi. Spektroskopi adalah spektroskopi inframerah dengan transformasi fourier untuk mendeteksi dan menganalisis hasil spektrum. Spektrum inframerah dihasilkan dengan melewatkan cahaya melalui sampel, dan intensitas cahaya diukur dengan detektor dan dibandingkan dengan intensitas tanpa sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Spektrum inframerah yang dihasilkan dinyatakan sebagai fungsi dari intensitas energi, panjang gelombang (mm), atau bilangan gelombang (cm-1). (Anam et al., 2007).
Pengujian FTIR dilakukan terhadap vascular bundles, vascular bundles yang sudah dilapisi/disemprot MMA dan styrene, vascular bundles yang disemprot MMA saja, dan styrene saja sehingga terlihat perbedaan gugus.
Pengujian SEM (Scanning Electron Microscopy)
SEM adalah alat yang dapat menghasilkan bayangan permukaan spesimen secara mikroskopis. Berkas elektron dengan diameter 5 sampai 10 nm diarahkan ke spesimen. Interaksi antara berkas elektron dengan spesimen menghasilkan fenomena seperti hamburan balik berkas elektron, sinar X, elektron sekunder, dan penyerapan elektron. Pengujian SEM pada dasarnya adalah pemeriksaan dan analisis morfologi dilakukan untuk melihat kondisi permukaan (morfologi) OSB
(Nurhajati dan Indrajati, 2011). Data atau tampilan yang dihasilkan adalah data dari bentuk morfologi atau dari lapisan dengan tebal sekitar 20 μm dari permukaan (Kardiman et al., 2018). Pengujian SEM dilakukan terhadap OSB bagian pangkal, tengah, dan ujung yang kering (bekas uji MOE/MOR kering).
Pengujian DSC (Differential Scanning Calorimetry)
DSC (Differential Scanning Calorimetry) adalah alat analisis yang efektif untuk mengkarakterisasi sifat fisik polimer. DSC memungkinkan penentuan suhu leleh, kristalisasi, dan transisi mesomorfik, serta perubahan entalpi dan entropi yang sesuai, serta karakterisasi transisi kaca dan efek lain yang menunjukkan perubahan kapasitas panas atau panas laten. Kalorimetri menempati tempat khusus di antara metode lainnya. Selain kesederhanaan dan universalitasnya, karakteristik energi (kapasitas panas CP dan integralnya terhadap suhu T — entalpi H), yang diukur melalui kalorimetri, memiliki arti fisik yang jelas (Schick, 2009). Karakterisasi suatu bahan memerlukan penggunaan analisis DSC. Dengan analisis DSC diperoleh data kuantitatif dan kualitatif mengenai perubahan panas sebagai perilaku termal (Agung et al., 2011). Pengujian DSC dilakukan terhadap pengikat MMA dan styrene serta styrofoam.
Rancangan Percobaan
Pengaruh ketinggian vascular bundles di dalam batang kelapa sawit dan pengikat MMA dan styrene terhadap sifat fisis dan mekanis OSB diketahui dengan menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) faktorial terdiri atas 2 faktor yaitu faktor (A) ketinggian vascular bundles terdiri atas 4 taraf perlakuan yaitu pangkal, tengah, dan ujung serta campuran dan faktor (B) jenis pengikat terdiri atas 2 taraf perlakuan yaitu MMA yang dipolimerisasi radikal dengan styrene dari polystyrene dengan penambahan panas dari hotpress dan MMA yang dipolimerisasi radikal dengan keton (MEKP). Jumlah ulangan pada penelitian ini adalah 4 ulangan (3 ulangan untuk digunakan dalam pengujian dan satu ulangan sebagai prototype) sehingga jumlah OSB yang dibuat sebanyak 32 contoh uji.
Model statistik dari rancangan percobaan ini adalah:
Yijk = μ + αi + βj + (αβ)ij + Σijk ... (8) Keterangan:
Yijk = nilai pengamatan pada perlakuan ketinggian vascular bundles di dalam batang kelapa sawit ke-i, perlakuan jenis pengikat ke-j dan ulangan ke-k μ = rataan umum
αi = pengaruh ketinggian vascular bundles di dalam batang kelapa sawit ke-i βj = pengaruh jenis pengikat ke-j
(αβ)ij = pengaruh interaksi dari perlakuan ketinggian vascular bundles di dalam batang kelapa sawit ke-i, jenis pengikat ke-j
Σijk = pengaruh acak (galat) pada perlakuan ketinggian vascular bundles di dalam batang kelapa sawit ke-i, jenis pengikat ke-j dan ulangan ke-k Hipotesis yang digunakan adalah:
1. Faktor A
H0 = Perbedaan ketinggian vascular bundles di dalam batang kelapa sawit tidak mempengaruhi sifat fisis dan mekanis OSB
H1 = Perbedaan ketinggian vascular bundles di dalam batang kelapa sawit mempengaruhi sifat fisis dan mekanis OSB.
2. Faktor B
H0 = Perbedaan jenis pengikat tidak mempengaruhi sifat fisis dan mekanis OSB H1 = Perbedaan jenis pengikat mempengaruhi sifat fisis dan mekanis OSB 3. Interaksi faktor A dan B
H0 = Tidak ada interaksi antara ketinggian vascular bundles di dalam batang kelapa sawit dan jenis pengikat yang mempengaruhi sifat fisis dan mekanis OSB H1 = Ada interaksi antara ketinggian vascular bundles di dalam batang kelapa sawit dan jenis pengikat yang mempengaruhi sifat fisis dan mekanis OSB
Untuk mengetahui pengaruh perlakuan yang diberikan, maka dilakukan analisis sidik ragam dengan kriteria pengujian yaitu F hitung < F tabel, maka H0 yang diterima dan jika F hitung > F tabel, maka H1 yang diterima. Untuk mengetahui taraf perlakuan ketinggian vascular bundles di dalam batang kelapa sawit, jenis pengikat dan interaksi yang berpengaruh nyata terhadap sifat fisis dan
mekanis OSB, maka dilanjutkan dengan menggunakan uji wilayah berganda DMRT (Duncan Multi Range Test) dengan tingkat kepercayaan 95 %.
Skoring Hasil Sifat Fisis dan Mekanis
Nilai-nilai rataan kuantifikasi dari sifat fisis dan mekanis OSB ditabulasi dan diberi skor dengan menyetandarkan pada JIS A 5908 tipe 8 base particleboard and decorative particleboard dan diberi peringkat/ rangking nilai parameter = 1 – 8 (1 = rendah, 8 = baik) dan M (Memenuhi) = 1; TM (Tidak Memenuhi) = 0. Total skor terbesar adalah yang terbaik dan yang terkecil adalah yang paling jelek.