Waktu dan Lokasi Penelitian
Pelaksanaan penelitian ini dimulai dari bulan Juli 2010 sampai Desember 2010. Penelitian dilakukan di Workshop dan Laboratorium Teknologi Hasil Hutan Program Studi Kehutanan, Fakultas Pertanian dan Laboratorium Kimia Polimer FMIPA Universitas Sumatera Utara dan pengujian mekanis dilakukan di Laboratorium Keteknikan Kayu Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor (sampel dikirim), pengujian mikroskopis (SEM) dilakukan di Puslitbang Hasil Hutan Bogor.
Alat dan Bahan Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah kamera digital, circular
saw, saringan ukuran 9 mesh dan 25 mesh, timbangan elektrik, mikroskop,
mikronmeter, cawan petri, oven, gelas objek, cover glass, kaliper, kempa panas, plat seng, penyemprot, aluminium foil, dan Universal Testing Machine merk Instron dan alat tulis.
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serat bambu betung, H2O2 , CH3COOH, safranin dan perekat isosianat tipe H7.
Prosedur Penelitian
Penelitian yang akan dilakukan mencakup dua hal yaitu menilai mutu serat dan kualitas papan dengan sifat fisis dan mekanisnya. Proses penelitian dapat dilihat dari Gambar 1.
Gambar 1. Bagan Proses Penelitian
Ditambahkan safranin Ditambah H2O2 dan CH3COOH
Dipanaskan dengan waterbath sampai bewarna seperti kapas
Dicuci dengan air
Diamati ke mikroskop
Panjang serat, diameter serat, diameter lumen, tebal dinding
serat
Ditambahkan Isosianat dan Parafin atau Keramik
Dicampur dan Dimasukkan ke dalam cetakan
Dikempa panas, suhu 155ºC, tekanan 3,7 KPa, selama 15 menit Pengkondisian ± 1 minggu Fisis Mekanis Kualitas papan serat berkerapatan sedang
Dihitung turunan seratnya
Bambu Betung Dikupas, buku-buku dibuang Dihancurkan dengan sircular saw
Disaring dengan 10 dan 25 mesh partikel 100 g
ditambah 800ml air, 24 gr NaOH direndam selama 48 jam diblender 3-6 menit, dikeringkan
dipisahkan dengan grinder Serat
Pemotongan sampel uji
Pengujian JIS A 5905 (2003)
Persiapan bahan baku
Bambu betung yang telah ditebang, masih dalam keadaan basah, kulitnya dikupas dan dibuang. Tiap buku-buku bambu dibuang. Bambu kemudian dihancurkan dengan menggunakan circularsaw. Hasil dari circularsaw berbentuk partikel bambu yang heterogen, sehingga perlu disaring. Saringan pertama digunakan saringan dengan ukuran 9 mesh. Dan kemudian disaring kembali dengan saringan yang lebih kecil yang berukuran 25 mesh untuk membuang partikel yang kecil.
Pembuatan serat dari partikel bambu betung diadopsi dari metode Hasibuan (2010) dengan penyesuaian metode CMP (Chemical Mechanical
Pulping) Partikel yang telah homogen direndam sebanyak 100 g dengan
menggunakan larutan NaOH sebanyak 24 g dan 800 ml air selama 48 jam. Setelah itu partikel diblender basah dengan menggunakan blender sekitar 3 sampai 6 menit hingga memisah menjadi serat basah dan dikeringkan di bawah sinar matahari. Serat yang telah kering, dipisahkan lagi dengan menggunakan grinder kering, sehingga menghasilkan serat bambu betung.
Pengukuran dimensi serat
Pengukuran dimensi serat meliputi panjang serat (L), diameter serat (d), diameter lumen (l) dan tebal dinding sel (w). Tebal dinding serat diperoleh dari perhitungan diameter serat dikurangi diameter lumen dibagi dua. Pengukurannya dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Bagian-bagian Serat Sumber: Husein (2004) Keterangan: L = Panjang serat (µm) D = Diameter serat (µm) l = Diameter lumen (µ m) W = Ketebalan dinding sel (µ m)
Pengamatan dilakukan dengan menggunakan mikroskop dengan pembesaran 10 kali untuk pengukuran panjang serat dan pembesaran 40 kali untuk diameter serat dan diameter lumen. Dari data bagian-bagian serat tersebut dihitung nilai turunan-turunan seratnya yang meliputi Bilangan Runkel (Runkel
Ratio), Daya Tenun (Felting Power), Bilangan Fleksibilitas (Flexibility Ratio),
Koefisien Kekakuan (Coefficient of Rigidity), dan Bilangan Muhlsteph (Muhlsteph Ratio), dengan rumus:
a. Runkel Ratio = 2W/l
b. Felting Power = L/D
c. Flexibility Ratio = l/D
d. Coefficient of Rigidity = W/D
e. Muhlsteph Ratio = [(D2 – l2) x 100%]/D2
Proses pengamatan diadopsi dari Yahya (2010) dimana serat dimasukkan ke dalam tabung reaksi yang telah berisi cairan pemasak (30% hydrogen peroxide dan 60% asam asetat glacial). Tabung reaksi ditempatkan pada waterbath yang
berisi air mendidih hingga sampelnya berubah warna menyerupai kapas. Sisa cairan pemasak selanjutnya dibuang dan sampel dicuci dengan air hingga bebas dari aroma asam. Sampel yang masih dalam tabung selanjutnya diberikan safranin dan diukur dimensi selnya.
Data-data turunan serat disesuaikan ke dalam Tabel 1 dan dinilai masing-masing mutu kelas turunan serat. Nilai tiap kelas seluruh turunan serat dijumlahkan dan ditentukan mutu seratnya.
Tabel 1. Kriteria Penilaian Serat Kayu
No: Uraian
Kelas Mutu
I II III
Syarat Nilai Syarat Nilai Syarat Nilai
1. Panjang (micron) > 2000 100 1000-2000 50 <1000 25 2. Bilangan Runkel < 0,25 100 0,25-0,50 50 0,5-1,0 25 3. Daya Tenun >90 100 50-90 50 <50 25 4. Bilangan Muhlsleph <30 100 30-60 50 60-80 25 5. Bilangan Fleksibilitas >0,80 100 0,50-0,80 50 <0,50 25 6. Koefisien Kekakuan <0,10 100 0,10-0,15 50 >0,15 25 Selang Nilai 450-600 225-449 <225 Sumber: LPHH (1976)
Pembuatan papan serat bambu betung
Proses pembuatan papan mengacu pada Tambunan (2010). Serat bambu betung dicampur dengan perakat isosianat sebanyak 8%, dan untuk perlakuan tambahan zat aditif ditambahkan 1% parafin atau keramik berdasarkan dari berat seratnya sesuai dengan perlakuan masing-masing papan . Penggunaan zat aditif sebesar 1% didasarkan oleh penggunaan zat aditif yang hanya digunakan berkisar
dalam jumlah sedikit yaitu 0,25-25 % (Forest Product Society,1999). Dan pemilihan 1% disebabkan oleh belum adanya persentase kebutuhan parafin secara tepat dalam penggunaan papan serat, sehingga penggunaan 1% dapat menjadi ukuran awal dalam penelitian selanjutnya. Parafin atau keramik 1% dimasukkan ke dalam cetakan berukuran 20 cm x 15 cm x 0,5 cm dengan sasaran kerapatan 0,75 g/ cm3. Kemudian cetakan yang telah berisi serat dimasukkan ke dalam kempa panas, dikempa selama 15 menit dengan suhu 155 ºC dan tekanan 3,7 KPa. Papan yang telah jadi dikondisikan dalam satu minggu kemudian dapat dilakukan pemotongan berdasarkan sampel uji untuk masing-masing pengujian sifat fisis: kadar air, pengembangan tebal dan daya serap air, serta pengujian sifat mekanis: modulus lentur, modulus patah, kuat pegang sekrup dan keteguhan rekat. Pengujian ini didasarkan pada standar JIS A 5905 (2003). Pola pemotongan sampel uji dapat dilihat pada Gambar 3.
10 cm 5 cm 10 cm A B 12,5 cm 20 cm 5 cm C 5 cm D E 7,5 cm 5cm 5cm 5cm 15 cm
Keterangan :
A : Sampel uji untuk kadar air, kerapatan, dan daya serap air (10 cm x 10 cm x 0,5 cm)
B : Sampel uji untuk MOE dan MOR (12,5 cm x 5 cm x 0,5 cm ) C : Sampel uji untuk kuat pegang sekrup (10 cm x 5 cm x 0,5 cm ) D : Sampel uji untuk keteguhan rekat (5 cm x 5 cm x 0,5 cm ) E : Sampel uji untuk pengembangan tebal (5 cm x 5 cm x 0,5 cm )
Pengujian kualitas sifat fisis papan serat bambu betung
Kerapatan
Untuk mendapatkan nilai kerapatan, sampel uji harus diukur ketebalan, panjang, dan lebarnya pada titik-titik pengukuran yang telah ditentukan. Kemudian, diukur massa sampel dengan menggunakan timbangan elektrik. Sampel uji berukuran 10 cm x 10 cm x 0,5 cm dengan menggunakan rumus:
= ρ V B Keterangan: ρ : Kerapatan (g/cm³)
B : Berat sampel uji kering udara (g) V : Volume sampel uji kering udara (cm³)
Kadar Air
Penetapan kadar air papan dilakukan dengan menghitung selisih berat awal sampel uji dengan berat setelah dikeringkan dalam oven selama 24 jam pada suhu (103±2)ºC. Sampel uji berukuran 10 cm x 10 cm x 0,5 cm. Kadar air papan dihitung dengan rumus:
KA= 100% 1 1 0 − × B B B Keterangan: KA : Kadar air (%)
B0 : Berat awal sampel uji setelah pengkondisian (g) B1 : Berat kering oven sampel uji(g)
Daya Serap Air
Sampel ditimbang sebelum direndam di dalam air (B1). Perendaman sampel dilakukan 2 cm di bawah permukaan air selama 24 jam pada suhu 20 ± 1 ºC. Daya serap air papan dilakukan dengan mengukur selisih berat sebelum dan setelah perendaman. Sampel uji berukuran 10 cm x 10 cm x 0,5 cm. Daya serap air tersebut dihitung dengan rumus:
DSA = 100% 1 1 2 x B B B − Keterangan:
DSA : Daya serap air (%)
B1 : Berat sampel uji sebelum perendaman (g) B2 : Berat sampel uji setelah perendaman (g)
Pengembangan Tebal
Perhitungan pengembangan tebal didasarkan pada selisih tebal sebelum dan setelah perendaman dalam air dingin selama 24 jam pada suhu (20 ± 1) ºC. Sampel uji berukuran 5 cm x 5 cm x 0,5 cm. Pengembangan tebal dihitung dengan rumus: TS = 100% 1 1 2 x T T T −
Keterangan:
TS : Pengembangan tebal (%)
T1 : Tebal sampel uji sebelum perendaman (g) T2 : Tebal sampel uji setelah perendaman (g)
Pengujian sifat mekanis papan serat bambu betung
Modulus Elastisitas (MOE)
Modulus elastisitas (MOE) menunjukkan ukuran ketahanan papan menahan beban dalam batas proporsi (sebelum patah). Sifat ini sangat penting jika papan digunakan sebagai bahan konstruksi. Rumus yang digunakan adalah :
Y bh PL MOE ∆ ∆ = 3 3 4 Keterangan:
MOE : Modulus elastisitas (kgf / cm2) Δ P : Beban sebelum proporsi (kgf) L : Jarak sangga (15 cm)
Δ Y : Lenturan pada beban sebelum batas proporsi (cm) b : Lebar sampel uji (cm)
h : Tebal sampel uji (cm)
Modulus Patah (MOR)
Pengujian MOR dilaksanakan bersamaan dengan pengujian MOE. Skema pengujian digambarkan pada Gambar 4.
Beban h L Penyangga l b b
Gambar 4. Cara Pembebanan Pengujian MOR Keterangan :
L : Panjang sampel uji l : Jarak sangga (7,5 cm) h : Tebal sampel uji b : Lebar sampel uji
Modulus patah (MOR) adalah suatu sifat mekanis papan yang menunjukkan kekuatan dalam menahan beban. Untuk memperoleh nilai MOR, maka pengujian pembebanan dilakukan sampai sampel uji patah. Untuk setiap sampel uji dengan rumus berikut:
2 2 3 bh PL MOR= Keterangan:
MOR : Modulus patah (kgf / cm2) P : Beban maksimum (kgf) L : Jarak sangga (15 cm) b : Lebar sampel uji (cm) h : Tebal sampel uji (cm)
Keteguhan Rekat
Keteguhan rekat (internal bond) diperoleh dengan cara merekatkan kedua permukaan sampel uji pada balok besi kemudian balok besi tersebut ditarik secara berlawanan. Sampel uji berukuran 5cm x 5 cm x 0,5 cm, cara pengujian internal
bond pada Gambar 5.
Arah beban Balok besi Sampel uji Arah beban
Gambar 5. Pengujian Keteguhan Rekat (Internal Bond) Keteguhan rekat tersebut dihitung dengan menggunakan rumus :
A P IB= max
Keterangan:
IB : Keteguhan rekat (kg / cm2)
P : Beban tarikan maksimum pada saat sampel rusak (kg) A : Luas permukaan sampel uji (cm2)
Kuat Pegang Sekrup
Pengujian kuat pegang sekrup dilakukan pada sisi permukaan papan seperti pada Gambar 6. Sekrup yang digunakan berdiameter 2,7 mm, panjang 16 mm dimasukkan hingga mencapai 8 mm. Sampel uji berukuran 10 cm x 5 cm x 0,5 cm. Nilai kuat pegang sekrup dinyatakaan oleh besarnya beban maksimum yang dicapai dalam kilogram.
2,5 cm 2,5 cm 2,5 cm 2,5 cm
2,5 cm
2,5 cm
Posisi Sekrup
Gambar 6. Posisi Sekrup pada Pengujian Kuat Pegang Sekrup
Penentuan peringkat kualitas
Setelah pengujian sifat fisis dan mekanis tersebut dilaksanakan maka untuk mengetahui perbedaan kualitas papan serat secara keseluruhan berdasarkan perlakuan yang diberi (kontrol, penambahan keramik, penambahan parafin) maka setiap perlakuan diberikan peringkat pada masing-masing pengujiannya. Perlakuan terbaik akan memiliki total nilai peringkat terkecil, sedangkan perlakuan terburuk mendapatkan total nilai peringkat terbesar. Dengan adanya peringkat perlakuan ini maka akan diketahui kualitas perlakuan mana yang mendominasi pada seluruh pengujian.
Pengamatan mikroskopis (Scanning Electron Microscope/ SEM)
Papan serat yang telah dijadikan papan diamati dengan pengujian mikroskopis lebih lanjut dengan menggunakan alat Scanning Electron Microscope (SEM) untuk mengetahui ikatan antara bahan baku dengan zat aditif yang digunakan. Pada penelitian ini sampel diiris tipis dan diamati di bawah mikroskop elekron dengan perbesaran 50 x, 100 x, 200 x dan 300 x.
Analisis Data
Pada penelitian ini digunakan rancangan percobaan non-faktorial pola Rancangan Acak Lengkap (RAL) dengan tiga perlakuan yaitu tanpa penambahan zat aditif atau kontrol, penambahan zat aditif 1% keramik dan 1% parafin dengan 3 kali ulangan, sehingga jumlah papan diperoleh dari 3 perlakuan dikali 3 ulangan yaitu sebanyak 9 papan. Adapun model linear dari RAL adalah sebagai berikut:
ij i ij
Y =
µ
+
τ
+
ε
keterangan:
Yij = Pengaruh penambahan zat aditif terhadap sifat fisis dan mekanis papan serat.
μ = Nilai rataan.
τi = Perlakuan penambahan zat aditif. εij = Nilai galat.
Hipotesis yang akan digunakan adalah: Pengaruh penambahan zat aditif yang berbeda:
Ho : Penambahan zat aditif yang berbeda tidak berpengaruh sifat fisis dan mekanis papan serat bambu betung.
H1 : Penambahan zat aditif yang berbeda mempengaruhi sifat fisis dan mekanis papan serat bambu betung.
Untuk mengetahui pengaruh dari faktor perlakuan yang dicoba, dilakukan analisis keragaman dengan kriteria uji jika F hitung ≤ F tabel, maka Ho diterima dan jika F hitung > F table maka Ho ditolak.
Untuk mengetahui perlakuan mana yang berpengaruh nyata terhadap sifat fisis dan mekanis papan serat bambu betung, dilakukan pengujian lanjutan dengan
menggunakan uji Duncan (Duncan Multi Range Test). Dimana uji Duncan ini akan dilakukan apabila terdapat adanya pengaruh nyata dari perlakuan penambahan jenis aditif.
HASIL DAN PEMBAHASAN
