Lokasi dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Hasil Hutan Departemen Kehutanan Universitas Sumatera Utara, Laboratorium Kimia Polimer FMIPA Universitas Sumatera Utara dan Laboratorium Biokomposit dan Laboratorium Keteknikan Kayu Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor (IPB). Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret – Oktober 2008.
Alat dan Bahan Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah chainsaw untuk memotong batang sawit, mesin serut untuk penyerutan batang sawit menjadi partikel, bak sebagai tempat perendaman partikel, terpal untuk tempat penjemuran partikel sawit, plastik sebagai tempat pengumpulan partikel sawit, ayakan 40-60 mesh untuk mengayak partikel, timbangan untuk menimbang, waterbath untuk pemanasan air, gelas piala untuk tempat perendaman air panas, oven untuk pengeringan bahan baku, extruder sebagai tempat pencampuran bahan baku, plat besi dan bingkai besi ukuran 25 cm x 25 cm x 0,5 cm, aluminium foil untuk alas
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
plat kempa, alat pengempa panas, stick sebagai penyangga pada saat pengkondisian, mesin bandsaw untuk pemotongan contoh uji, califer dan micrometer untuk pengukuran dimensi alat Universal Testing Machine merk Instron untuk pengujian sifat mekanis dan alat dokumentasi.
Bahan-bahan yang digunakan adalah partikel sawit (Elaeis guineensis Jacq), polyethylene (PE), Maleic Anhydride (MAH) dan Dicumyl Peroxide (DCP).
Prosedur Penelitian
Persiapan Bahan Baku
Batang kelapa sawit yang telah dibersihkan dari kotoran kemudian dilakukan pembuangan kulit. Masing-masing potongan kayu langsung dipisahkan antara bagian dalam dan potongan bagian luar (Gambar 2). Potongan kayu diserut dengan mesin serut sehingga diperoleh partikel. Kemudian partikel tersebut direndam selama 24 jam dengan tiga kali ulangan untuk menghilangkan kandungan patinya. Setelah itu partikel yang dihasilkan kemudian dikeringkan dengan oven sampai kadar air sekitar 5-10% lalu diayak dengan ayakan ukuran 40-60 mesh.
Gambar 2. Pola Pembagian Batang Sawit
Perekat yang digunakan adalah jenis plastik polyethylene (PE) dalam bentuk potongan-potongan kecil (pellet). Bahan aditif yang digunakan adalah
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
Maleic Anhydride (MAH) sebanyak 5% dari berat polyethylene dan Dicumyl Peroxide (DCP) sebanyak 15 % dari berat Maleic Anhydride (MAH) yang digunakan. Kebutuhan partikel, polyethylene, DCP, dan MAH yang digunakan untuk pembuatan sebuah papan komposit tergantung pada perlakuan yang dilakukan dan kerapatan sasaran yang dipakai yaitu sebesar 0,8 g/cm3. Komposisi kebutuhan bahan baku disajikan pada Tabel 6.
Tabel 6. Komposisi Kebutuhan Bahan Baku Papan Komposit Perlakuan
Letak
Batang Aditif Kadar Partikel (%)
Proses Pembuatan Papan Komposit Pengadonan (Blending)
Bahan baku ditimbang sesuai dengan komposisinya (Gambar 3) lalu plastik dan partikel dicampurkan dan diaduk agar pada saat pengadonan partikel dengan plastik dapat bercampur merata. Kemudian extruder (Gambar 5 a) dipanaskan pada suhu 1600C dan bahan baku yang telah dicampurkan dengan serbuk batang sawit, DCP dan MAH dimasukkan kedalam extruder dan diputar selama beberapa menit. Pengadukan dilakukan secara terus-menerus sehingga campuran antara plastik daur ulang, serbuk sawit, DCP dan MAH menjadi homogen. Selanjutnya dari campuran tersebut dibentuk menjadi pellet.
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 3. Bahan Baku Siap Blending Pembuatan Lembaran
Pellet campuran plastik dan partikel yang telah di blending dimasukkan ke dalam alat pencetak lembaran berukuran 25 cm x 25 cm x 0,5 cm (Gambar 4) yang telah dilapisi dengan plat aluminium dan kertas teflon atau aluminium foil lalu disusun supaya adonan menjadi padat.
Gambar 4. Alat Pencetak Lembaran Papan Pengempaan
Setelah pellet tersusun secara padat pada alat pencetak, maka dilakukan pengempaan panas dengan suhu 165° C dan tekanan sebesar 30 kg/cm2 selama 15 menit. Alat kempa yang digunakan tersaji pada Gambar 5 b
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
(a). (b)
Gambar 5 (a) Mesin ekstruder sebagai tempat pencampuran bahan baku (blending), (b) Mesin kempa panas
Pengkondisian
Selanjutnya cetakan lembaran dikeluarkan dari alat kempa. Lembaran yang masih dalam keadaan sangat panas dan sangat lunak dibiarkan selama 10 menit agar terjadi pengerasan perekat sebelum dikeluarkan dari cetakan.
Kemudian dilakukan pengkondisian selama satu minggu (Gambar 6) untuk mencapai distribusi kadar air yang seragam dan melepaskan tegangan sisa dalam papan akibat pengempaan lalu dibuat pola pemotongan sebelum dilakukan pengujian. Papan yang dihasilkan disimpan dalam plastik pengkondisian sebelum dilakukan pengujian agar kondisinya tetap stabil.
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 6. Pengkondisian Papan Komposit
Setelah pengkondisian dilakukan selama satu minggu, maka selanjutnya dibuat pola pemotongan (Gambar 7) lalu dilakukan pengujian sifat fisis dan mekanis papan komposit.
Gambar 7. Pola Pemotongan Contoh Uji Papan Komposit Keterangan :
A : Contoh uji untuk Kadar Air dan Kerapatan B : Contoh uji untuk MOR dan MOE
C : Contoh uji untuk Daya Serap Air dan Pengembangan Tebal D : Contoh uji untuk Internal Bond
E : Contoh uji untuk Kuat Pegang Sekrup
Pengujian
Pengujian Kadar Zat Ekstraktif Partikel Batang Kelapa Sawit a. Pengujian pada Perendaman Air Dingin selama 24 jam
Pengujian kadar zat ekstraktif pada perendaman Air Dingin selama 24 jam dilakukan berdasarkan metode TAPPI 207 om-88 dalam Batubara (2005).
Sebanyak 2 g contoh uji kering tanur (BKT1) dimasukkan ke dalam gelas piala dan direndam dalam air dingin sebanyak 200 ml selama 24 jam. Setelah itu
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
disaring dan dikeringkan. Contoh uji yang telah direndam dioven kembali pada suhu (103 ± 2) °C selama 24 jam dan selanjutnya ditimbang (BKT2). Kadar Zat Ekstraktif (KZE) dapat dihitung dengan rumus :
KZE (%) = 100%
b. Pengujian pada Perendaman Air Panas selama 2 jam
Pengujian kadar zat eksraktif pada perendaman Air Panas selama 2 jam dilakukan berdasarkan metode TAPPI 207 om-88 dalam Batubara (2005).
Sebanyak 2 g contoh uji kering tanur (BKT1) dimasukkan ke dalam gelas piala dan direndam dalam air panas sebanyak 100 ml dengan temperatur 100° C selama 2 jam kemudian dimasukkan ke dalam waterbath yang airnya telah mencapai titik didih. Setelah itu disaring dan dikeringkan. Contoh uji yang telah direndam dioven kembali pada suhu (103 ± 2) °C selama 24 jam dan selanjutnya ditimbang (BKT2). Kadar Zat Ekstraktif (KZE) dapat dihitung dengan rumus :
KZE (%) = 100%
Pengujian Sifat Fisis Papan Komposit a. Kerapatan
Pengujian kerapatan dilakukan pada kondisi kering udara dan volume kering udara. Contoh uji berukuran 10 cm x 10 cm x 0,5 cm ditimbang beratnya, lalu diukur rata-rata panjang, lebar, dan tebalnya untuk menentukan volume contoh uji. Nilai kerapatan papan komposit dihitung dengan rumus :
Kerapatan (g/cm3) =
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
b. Kadar Air (KA)
Contoh uji berukuran 10 cm x 10 cm x 0,5 cm yang digunakan adalah bekas contoh uji kerapatan. Kadar air papan partikel dihitung berdasarkan berat awal (BA) dan berat kering tanur (BKT) selama 24 jam pada suhu 103 ± 2 °C.
Nilai kadar air papan komposit dihitung berdasarkan rumus : Kadar Air (%) = x100%
Kemudian direndam dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam, setelah itu ditimbang beratnya (B2). Nilai daya serap air papan komposit dihitung berdasarkan rumus :
Contoh uji berukuran 5 cm x 5 cm x 0,5 cm sama dengan contoh uji daya serap air. Pengembangan tebal didasarkan pada tebal sebelum (T1) yang diukur pada keempat sudut dan dirata-ratakan dalam kondisi kering udara dan tebal setelah perendaman (T2) dalam air dingin selama 2 jam dan 24 jam. Nilai pengembangan tebal papan komposit dihitung berdasarkan rumus :
Pengembangan Tebal (%) = 100%
Pengujian Sifat Mekanis Papan Komposit a. Keteguhan Lentur (Modulus of Elasticity)
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
Pengujian MOE dilakukan bersama-sama dengan pengujian keteguhan patah dengan memakai contoh uji yang sama. Besarnya defleksi yang terjadi pada saat pengujian dicatat pada setiap selang beban tertentu. Nilai MOE dihitung dengan rumus :
∆P : Beban sebelum batas proporsi (kg) L : Jarak sangga (cm)
∆Y : Lenturan pada beban (cm) b : Lebar contoh uji (cm) d : Tebal contoh uji (cm) b. Keteguhan Patah (Modulus of Rupture)
Pengujian keteguhan patah (MOR) dilakukan dengan menggunakan Universal Testing Machine dengan menggunakan lebar bentang (jarak penyangga) 15 kali tebal nominal, tetapi tidak kurang dari 15 cm. Nilai MOR dihitung dengan rumus dimana :
Contoh uji yang digunakan berukuran 20 cm x 5 cm x 0,5 cm pada kondisi kering udara dengan pola pembebanan disajikan pada Gambar 8 :
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 8. Cara Pengujian Modulus Patah dan Modulus Elastisitas
c. Kuat Pegang Sekrup (Screw Holding Power)
Contoh uji berukuran 10 cm x 5 cm x 0,5 cm. Sekrup yang digunakan berdiameter 2,7 mm, panjang 16 mm dimasukkan hingga mencapai kedalaman 8 mm. Nilai kuat pegang sekrup dinyatakan oleh besarnya beban maksimum yang dicapai dalam kilogram.
Hasil pengujian sifat fisis dan mekanis papan komposit yang telah diperoleh dibandingkan dengan menggunakan Standar Japanesse Industrial Standart (JIS) A 5908-2003 untuk mengetahui sifat-sifat papan tersebut memenuhi standar yang telah ditetapkan. Adapun sifat fisis dan mekanis papan komposit yang telah distandarkan oleh JIS A 5908 2003 terdapat pada Tabel 7.
Tabel 7. Sifat Fisis dan Mekanis Papan Komposit dengan Standar JIS A 5908-2003
No. Sifat Fisis Mekanis JIS A 5908-2003
1. Kerapatan (g/cm3) 0,4-0,9
2. Kadar Air (%) 5-13
3. Daya Serap air (%) -
4. Pengembangan Tebal (%) Maks 12
5. MOR (kg/cm2) Min 80
6. MOE (kg/cm2) Min 20000
7. Internal Bond (kg/cm2) Min 1,5
8. Kuat Pegang Sekrup (kg) Min 30
9. Linear Expanssion (%) -
10. Hardness (N) -
11. Emisi Formaldehyde (ppm) Min 0,3
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
Analisis Data
Untuk mengetahui pengaruh letak batang sawit (luar dan dalam), kadar plastik dan aditif serta interaksi ketiganya terhadap sejumlah pengujian maka dilakukan analisis menggunakan Rancangan Acak Lengkap (RAL) faktorial dengan tiga faktor perlakuan yaitu :
1. Letak batang
a. X1 : Bagian dalam batang kelapa sawit b. X2 : Bagian luar batang kelapa sawit 2. Aditif
a. Y1 : Tanpa Aditif b. Y2 : Dengan Penambahan Aditif 3. Komposisi plastik dan serbuk
a. Z1 : Komposisi Plastik / Serbuk : 50/50 b. Z2 : Komposisi Plastik / Serbuk : 60/40 c. Z3 : Komposisi Plastik / Serbuk : 70/30
Dengan demikian akan diperoleh 12 sampel perlakuan, yaitu : A = X1Y1Z1 dan X1Y2Z1 D = X2Y1Z1 dan X2Y2Z1
B = X1Y1Z2 dan X1Y2Z2 E = X2Y1Z2 dan X2Y2Z2
C = X1Y1Z3 dan X1Y2Z3 F = X2Y1Z3 dan X2Y2Z3
Jumlah ulangan : 3
Jumlah papan yang dibuat : 12 x 3 = 36 papan Model statistik dari rancangan percobaan ini adalah :
Yijkl = µ + Xi + Yj + Zk + (XY)ij + (XZ)ik + (YZ)jk + (XYZ)ijk + ∑ijk
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
Yijk l = Nilai pengamatan letak batang ke-i, aditif ke-j dan kadar
partikel/plastik ke-k serta ulangan ke-k µ = Nilai rata-rata umum
Xi = Pengaruh letak batang ke-i Yj = Pengaruh aditif ke-j
Zk = Pengaruh kadar partikel/plastik ke-k
(XY)ij = Pengaruh interaksi antara letak batang ke-i dengan aditif ke-j (XZ)ik = Pengaruh interaksi antara letak batang ke-i dengan kadar
partikel/plastik ke-k
(YZ)jk = Pengaruh interaksi antara aditif ke-j dengan kadar partikel/plastik ke-k
(XYZ)ijk = Pengaruh interaksi antara letak batang ke-i, aditif ke-j dan kadar partikel/plastik ke-k
∑ijkl =Kesalahan percobaan pada perlakuan letak batang ke-i, aditif ke-j dan kadar partikel/plastik ke-k serta ulangan
Hipotesis yang digunakan adalah :
Ho : Letak batang, aditif dan kadar partikel/plastik tidak berpengaruh terhadap sifat fisis dan mekanik papan komposit.
H1 : Letak batang, aditif dan kadar partikel/plastik berpengaruh terhadap sifat fisis dan mekanik papan komposit.
Untuk mengetahui pengaruh dari perlakuan-perlakuan yang dicoba, dilakukan analisis keragaman dengan kriteria uji jika F hitung > F tabel maka Ho
memberikan pengaruh yang nyata sedangkan apabila F hitung < F tabel maka Ho
memberikan pengaruh yang tidak nyata. Untuk selanjutnya apabila taraf perlakuan
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
berpengaruh di antara faktor perlakuan maka pengujian dilakukan dengan menggunakan Uji Wilayah Berganda Duncan (Duncan Multiple Range Test) dengan tingkat kepercayaan 95 %.
Secara skematis proses pembuatan dan pengujian papan komposit ditampilkan pada Gambar 9.
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009
Gambar 9. Diagram Proses Pembuatan Papan Komposit Limbah Batang
Kelapa Sawit
Batang bagian dalam dan luar
Diserut
Partikel Ukuran 40-60 mesh
Dikeringkan Direndam
Partikel Kayu Kering (KA 5-10%)
Pengadonan Pellet Pengempaan
PE Daur Ulang Aditif
Lembaran Komposit Pengkondisian Pengujian Papan Komposit
Mekanis
Kualitas Papan Komposit Fisis
Maryam Jamilah : Kualitas Papan Komposit Dari Limbah Batang Kelapa Sawit (Elaeis guineensis Jacq) Dan Polyethylene (PE) Daur Ulang, 2009.
USU Repository © 2009