Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan pada bulan Desember 2007 sampai dengan Februari 2008. Pembuatan papan gipsum dan pengujian sifat fisis dilaksanakan di Laboratorium Biokomposit Teknologi Hasil Hutan Departemen Kehutanan Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara, dan pengujian sifat mekanis di Laboratorium Teknik Rekayasa dan Desain Kayu Departemen Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Institut Pertanian Bogor.
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain, gunting untuk pemotongan tandan kosong kelapa sawit (TKS) menjadi partikel, bak sebagai tempat pengumpulan partikel dan sebagai tempat pencampuran bahan baku, kaliper untuk pengukuran dimensi, oven untuk pengeringan bahan baku dan pengujian sifat fisis, alumunium foil, bingkai papan dan plat besi ukuran 25 x 25 x 1 cm3 untuk mencetak lembaran papan, fan untuk pengkondisian papan gipsum, mesin bandsaw untuk pemotongan contoh uji, mesin cold and hot press untuk pengempaan, alat Universal Testing Machine Instron untuk pengujian sifat mekanis, kamera untuk alat dokumentasi.
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah TKS (Elais
guineensis Jacq) yang diperoleh dari pabrik kelapa sawit PT. Amal Tani, Tanjung
Putri, Langkat, Medan. TKS tersebut dipotong dengan ukuran panjang 3-5 cm. Perekat yang digunakan adalah gipsum yang diperoleh dari toko bahan bangunan, katalis CaCl2 sebagai bahan additive (pengeras) diperoleh dari toko bahan kimia di Medan, air, dan kertas label.
Prosedur Penelitian
Persiapan Bahan Baku
Pengumpulan serat tandan kosong kelapa sawit (TKS) dilakukan pada kondisi basah. TKS dibersihkan untuk menghilangkan kotoran atau tanah yang menempel pada serat TKS. Kemudian dikeringkan sampai kondisi kering udara, dan selanjutnya digunting hingga berbentuk serpihan dengan panjang 3-5 cm.
Bahan baku yang digunakan adalah TKS, dan gipsum dengan berbagai perbandingan. Bahan aditif tambahan berupa CaCl2 ditambahkan sebanyak 2%
dari berat perekat gipsum yang akan dibuat menjadi papan gipsum dan dianggap tidak mempengaruhi komposisi bahan baku karena jumlahnya yang sedikit. Air dalam hal ini diberikan sebanyak 80% dari berat gipsum yang digunakan dengan anggapan bahwa air akan mengalami penguapan setelah dilakukan pengempaan dan pengkondisian, maka air tidak diperhitungkan dalam penghitungan komposisi bahan baku dalam pembuatan papan gipsum.
Kebutuhan TKS , air, gipsum dan CaCl2 yang digunakan untuk pembuatan sebuah papan gipsum tergantung pada perlakuan yang dilakukan dan kerapatan sasaran. Kerapatan sasaran yang dipakai yaitu sebesar 0,80 gr/cm3. Komposisi kebutuhan bahan baku disajikan pada tabel 7.
Tabel 7. Komposisi Kebutuhan Bahan Baku Papan Gipsum
Perlakuan Bahan Baku (gr)
Perendaman Kadar Gipsum (%) TKS Gipsum Air CaCl2
Kontrol 90 50 450 360 9 85 75 425 340 8,5 80 100 400 320 8 Dingin 90 50 450 360 9 85 75 425 340 8,5 80 100 400 320 8
Perlakuan Pendahuluan Partikel
Partikel berupa serpihan tandan kosong kelapa sawit (TKS) diberikan perlakuan pendahuluan tanpa perendaman sebagai kontrol dan perendaman dalam air dingin selama 24 jam. Perendaman ini dimaksudkan untuk melarutkan zat-zat ekstraktif yang terkandung dalam TKS sehingga kadarnya dapat berkurang. Selanjutnya masing-masing perlakuan dimasukkan ke dalam oven dan dikeringkan mencapai kadar air 8-12%. Penelitian ini menggunakan kadar air partikel sebesar 10%.
Proses Pembuatan Papan Gipsum Pembuatan Adonan ( Pencampuran)
Air, gipsum, CaCl2 dan tandan kosong kelapa sawit (TKS) yang telah dikeringkan dimasukkan ke dalam bak dan dimulai proses pencampuran. Adonan selanjutnya dimasukkan ke dalam alat pencetak lembaran 25 x 25 x 1 cm3 dan ditekan supaya adonan menjadi padat.
Pengempaan
Setelah dicetak, adonan diletakkan diantara dua plat alumunium dan dilakukan pengempaan dingin dengan tekanan kempa sebesar 30 kg/cm2 hingga mencapai ketebalan 1 cm selama 10 menit.
Pengkondisian
Selanjutnya cetakan lembaran dikeluarkan dari alat kempa. Lembaran yang masih dalam keadaan sangat lunak dibiarkan ± 10 menit agar terjadi pengerasan
perekat sebelum dikeluarkan dari cetakan. Kemudian dilakukan pengkondisian selama satu minggu untuk mencapai distribusi kadar air yang seragam dan melepaskan tegangan sisa dalam papan akibat pengempaan. Papan yang dihasilkan disimpan dalam plastik pengkondisian sebelum dilakukan pengujian.
Pengujian
Pengujian Kadar Zat Ekstraktif Tandan Kosong 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 gr contoh uji kering tanur (BKT1) dimasukkan ke dalam gelas piala dan direndam dalam air dingin sebanyak 200 ml selama 24 jam. Setelah itu disaring dan dikeringkan. Contoh uji yang telah direndam dioven kembali pada suhu 103 ± 2 0C selama 24 jam dan selanjutnya ditimbang (BKT2). Kadar Zat Ekstraktif (KZE) dapat dihitung dengan rumus :
KZE (%) = 1 2 1 BKT BKT -BKT x 100%
b. Pengujian pada Perendaman Air Panas selama 2 jam
Pengujian kadar zat ekstraktif pada Perendaman Air Panas selama 2 jam dilakukan berdasarkan metode TAPPI 207 om-88 dalam Batubara (2005)
Sebanyak 2 gr contoh uji kering tanur (BKT1). Contoh uji dimasukkan ke dalam gelas piala dan direndam dalam air panas sebanyak 100 ml dengan temperature 100 oC selama 2 jam kemudian dimasukkan kedalam waterbath yang airnya telah mencapai titik didih. Setelah itu disaring dan dikeringkan. Contoh uji
yang telah direndam dioven kembali pada suhu 103 ± 2 0C selama 24 jam dan selanjutnya ditimbang (BKT2). Kadar Zat Ekstraktif (KZE) dapat dihitung dengan rumus : KZE (%) = 1 2 1 BKT BKT -BKT x 100%
Pengujian Papan Gipsum
Gambar 2. Pola Pemotongan Contoh Uji Papan Partikel
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 sifat-sifat papan gipsum menggunakan berbagai standar antara lain : 1.Standar Nasional Indonesia (SNI) 03-2105-1996
Standar ini mencakup definisi, istilah, klasifikasi, syarat mutu, cara pengukuran dimensi, cara pengambilan contoh, cara pengujian, syarat lulus uji, syarat penandaan dan pengemasan.
2. Jappanesse Industrial Standart (JIS) A 5908-2003
Berdasarkan sifat mekanisnya, papan partikel dikelompokkan menjadi 3 golongan yaitu :
a. Decorative Particleboard
b.Based Particleboard
c. Veneered Particleboard
Tabel 8. Sifat Fisis dan Mekanis Papan Partikel dengan Berbagai Standar
No. Sifat Fisis Mekanis SNI 03-2105-1996 JIS A 5908-2003
1. Kerapatan (g/cm3) 0.5-0.9 0,4-0,9
2. Kadar Air (%) <14 5-13
3. Daya Serap air (%) - -
4. Pengembangan Tebal (%) Maks 12 Maks 12
5. MOR (kg/cm2) Min 80 Min 80
6. MOE (kg/cm2) Min 15000 Min 20000
7. Internal Bond (kg/cm2) Min 1,5 Min 1,5 8. Kuat Pegang Sekrup (kg) Min 30 Min 30
Pengujian Sifat Fisis Papan Gipsum a. Kerapatan
Pengujian kerapatan dilakukan pada kondisi kering udara dan volume kering udara. Contoh uji berukuran 10 x 10 x 1 cm3 ditimbang beratnya, lalu diukur rata-rata panjang, lebar, dan tebalnya untuk menentukan volume contoh uji. Titik pengukuran dimensi disajikan pada gambar 3. Nilai kerapatan papan gipsum dihitung dengan rumus :
Kerapatan (g/cm3) = ) ( ) ( 3 cm Volume gram Berat Keterangan : : Pengukuran lebar : Pengukuran panjang
Gambar 3. Titik Pengukuran Dimensi Contoh Uji b.Kadar Air (KA)
Contoh uji berukuran 10 x 10 x 1 cm3 yang digunakan adalah bekas contoh uji kerapatan. Kadar air papan gipsum dihitung berdasarkan berat awal (BA) dan berat kering tanur (BKT) selama 24 jam pada suhu 103 ± 2 0C. Nilai kadar air papan gipsum dihitung berdasarkan rumus :
Kadar Air (%) =
BKT BKT
c. Daya Serap Air
Contoh uji berukuran 5 x 5 x 1 cm3 ditimbang berat awalnya (B1). Kemudian direndam dalam air dingin selama 2 dan 24 jam, setelah itu ditimbang beratnya (B2). Nilai daya serap air papan gipsum dihitung berdasarkan rumus :
Daya Serap air (%) = 1 1 2 B B B − x 100% d. Pengembangan Tebal
Contoh uji berukuran 5 x 5 x 1 cm3 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 dan 24 jam. Nilai pengembangan tebal papan gipsum dihitung berdasarkan rumus :
Pengembangan Tebal (%) = 1 1 2 T T T − x 100%
Pengujian Sifat Mekanis Papan Gipsum a. MOE (Modulus of Elasticity)
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 : MOE = 3 3 . . . 4 . d b Y L P ∆∆ Dimana :
MOE : Modulus lentur (kg/cm2) ∆P : Beban sebelum batas proporsi (kg)
∆Y : Lenturan pada beban (cm) b : Lebar contoh uji (cm) d : Tebal contoh uji (cm) b. MOR (Modulus of Rupture)
Pengujian keteguhan patah dilakukan dengan menggunakan alat Universal
Testing Machine dengan lebar bentang (jarak penyangga) 15 kali tebal nominal,
tetapi tidak kurang dari 15 cm. Nilai MOR dihitung dengan rumus :
MOR = 2 . . 2 . . 3 d b L P Dimana :
MOR : Modulus patah (kg/cm2) P : Beban Maksimum (kg) L : Jarak sangga (cm) b : Lebar contoh uji (cm) d : Tebal contoh uji (cm)
Contoh uji yang digunakan berukuran 20 x 5 x 1cm3 pada kondisi kering udara dengan pola pembebanan disajikan pada gambar 4.
c. Kuat Pegang Sekrup (Screw Holding Power)
Gambar 5. Posisi Sekrup Pada Pengujian Kuat Pegang Sekrup
Contoh uji berukuran 10 x 5 x 1 cm3. 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.
c. Keteguhan Rekat Internal (Internal Bond)
Contoh uji berukuran 5 x 5 x 1 cm3 direkatkan pada dua buah blok aluminium dengan perekat dan dibiarkan mengering. Kedua blok ditarik tegak lurus permukaan contoh uji sampai beban maksimum. Pengujian keteguhan rekat internal disajikan pada gambar 5. Nilai keteguhan rekat internal dihitung berdasarkan rumus :
IB =
A P max
Dimana :
IB : Keteguhan rekat internal (kg/cm2) Pmax : Beban maksimum (kg)
A : luas permukaan contoh (cm2)
Gambar 5. Cara Pengujian Keteguhan Rekat
Analisa data
Analisa data yang digunakan adalah analisis ragam Rancangan Acak Lengkap (RAL) Faktorial dengan 2 faktor perlakuan yaitu perlakuan perendaman dan kadar perekat masing-masing dengan 3 ulangan. Perlakuan perendaman terdiri atas 2 taraf yaitu tanpa perendaman (kontrol) dan perendaman air dingin 24 jam. Kadar gipsum terdiri atas 3 taraf yaitu kadar 90% ; 85% ; dan 80%.
Model statistik dari rancangan percobaan ini adalah : Yijk = µ + αi + ßj +(αß)ij + ∑ijk
Yijk = Nilai pengamatan pada perlakuan perendaman taraf ke-i, kadar perekat taraf ke-j dan ulangan ke-k
αi = Pengaruh perlakuan perendaman taraf ke-i
ßj = Pengaruh kadar perekat taraf ke-j
(αß)ij = Pengaruh interaksi perlakuan perendaman taraf ke-i dan kadar perekat taraf ke-j
∑ijk = Pengaruh acak pada perlakuan perendaman taraf ke-i dan kadar perekat ke-j dan ulangan ke-k
i = kontrol dan perendaman dingin 24 jam j = kadar perekat
k = 1,2,3
Hipotesis yang digunakan adalah : 1. Pengaruh utama perlakuan perendaman
Ho : Perlakuan perendaman tidak berpengaruh terhadap sifat fisis mekanis papan gipsum.
H1 : Perlakuan perendaman berpengaruh terhadap sifat fisis mekanis papan gipsum.
2. Pengaruh utama kadar perekat
Ho : Kadar perekat tidak berpengaruh terhadap sifat fisis mekanis papan gipsum.
H1 : Kadar perekat berpengaruh terhadap sifat fisis mekanis papan gipsum. 3. Pengaruh interaksi perlakuan perendaman dan kadar perekat
Ho : Interaksi perlakuan perendaman dan kadar perekat tidak berpengaruh terhadap sifat fisis mekanis papan gipsum.
H1 : Interaksi perlakuan perendaman dan kadar perekat berpengaruh terhadap sifat fisis mekanis papan gipsum.
Untuk mengetahui pengaruh faktor perlakuan terhadap sifat fisis mekanis papan gipsum dilakukan analisis keragaman dengan kriteria uji jika F hitung ≤ F tabel maka Ho diterima dan jika F hitung > F tabel maka Ho ditolak dengan memakai program SPSS 12. Untuk mengetahui taraf perlakuan mana yang berpengaruh di antara faktor perlakuan (perlakuan perendaman dan kadar perekat) maka pengujian dilanjutkan dengan menggunakan Uji Wilayah Berganda Duncan (Duncan Multiple Range Test).
Data hasil pengujian selanjutnya dibandingkan dengan persyaratan JIS A 5908-2003 dan SNI 03-2105-1996 untuk mengetahui apakah sifat-sifat papan partikel yang dihasilkan memenuhi standar yang telah ada atau tidak.
