KARYA TULIS
PENGGUNAAN INISIATOR UNTUK MENINGKATKAN
PAPAN KOMPOSIT PLASTIK
Disusun Oleh:
APRI HERI ISWANTO, S.Hut, M.Si
NIP. 132 303 844
DEPARTEMEN KEHUTANAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
KATA PENGANTAR
Puji syukur pada Allah SWT atas segala nikmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya tulis mengenai “Penggunaan Inisiator Untuk
Meningkatkan Papan Komposit Plastik “.
Tulisan ini berisi tentang pemakaian bahan kimia dicumyl peroxide sebagai inisiator untuk meningkatkan sifat fisis dan mekanis papan partikel dari serbuk gergaji dan polyprophylene. Penulis berharap semoga karya tulis ini dapat memberikan tambahan informasi dibidang Biokomposit Kayu.
Akhirnya penulis tetap membuka diri terhadap kritik dan saran yang membangun dengan tujuan untuk menyempurnakan karya tulis ini.
Januari, 2009
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ...i
DAFTAR ISI...ii
DAFTAR TABEL...iii
DAFTAR GAMBAR ...iv
PENDAHULUAN ...1
PAPAN PARTIKEL DARI LIMBAH SERBUK GERGAJI DAN PLASTIK POLYPROPHYLENE DAUR ULANG...2
HASIL DAN PEMBAHASAN ...5
DAFTAR TABEL
No Keterangan Halaman
1 Perbandingan sifat fisis-mekanis papan partikel dari limbah serbuk kayu sengon dan Polyprophylene daur ulang dengan standar JIS A 5908 (1994)
2
2 Perbandingan sifat fisis-mekanis papan partikel dari limbah serbuk kayu sengon dan Polyprophylene daur ulang menggunakan compatibilizer dengan standar JIS A 5908 (1994)
DAFTAR GAMBAR
No Keterangan Halaman
1 Histogram Kerapatan Papan Partikel h
5
2 Histogram Kadar Air Papan Partikel 6
3 Histogram Daya Serap Air Papan Partikel 7
4 Histogram Pengembangan Tebal Papan Partikel 8
PENDAHULUAN
Maloney (1993) mengemukakan bahwa papan partikel adalah salah satu jenis produk komposit/panl kayu yang terbuat dari pertikel-partikel kayu atau bahan-bahan berlignoselulosa lainnya, yang diikat dengan perekat atau bahan pengikat lain kemudian dikempa panas. Pada umumnya kelemahan utama papan partikel sebagai bahan bangunan adalah stabilitas dimensi yang rendah dan kekuatannya yang tidak begitu tinggi sehingga penggunaannya hanya terbatas dalam ruangan dan tidak menanggung beban yang tinggi. Urea Formaldehyde (UF), Melamine Formaldehyde (MF) dan Phenol Formaldehyde (PF) adalah perekat thermosetting yang umum digunakan dalam pembuatan papan partikel. Selain perekat termoseting, perekat termoplastik juga dapat digunakan. Polyolefin (Polyprophylene, Polyethylene, Low Density Polyethylene, High Density Polyethylene dan Polystyrene adalah resin termoplastik yang biasa dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari baik sebagai pembungkus ataupun komoditi lain. Polyolefin bersifat hidrofobik dan non polar, jika digunakan sebagai perekat pada papan partikel diharapkan dapat memperbaiki sifat fisis mekanis produk yang dihasilkan. Dilain hal kayu bersifat hidrofilik dan polar, sehingga penggabungan kedua bahan tersebut akan menghasilkan produk yang tidak kompak dan memiliki sifat mekanis yang kurang baik.
merupakan konsentrasi yang optimal berdampak positif terhadap sifat-sifat papan partikel yang dibuat.
Febrianto (1999); Han (1990) melaporkan bahwa sifat mekanis (Tensile strength,
Breaking elongation dan modulus young) dari moulded wood flour dengan
Polyprophylene dan Polylactic acid (PLA) dipengaruhi oleh jenis dan konsentrasi
inisiator yang digunakan.
PAPAN PARTIKEL DARI LIMBAH SERBUK GERGAJI DAN PLASTIK
POLYPROPHYLENE DAUR ULANG
Penelitian mengenai pembuatan papan partikel dari limbah serbuk gergaji dan plastik Polyprophylene daur ulang ini telah dilakukan oleh Mulyadi (2001) dan putri (2002). Dari penelitian yang dilakukan oleh Mulyadi (2001) diperoleh hasil sebagai berikut:
Tabel 1. Perbandingan sifat fisis-mekanis papan partikel dari limbah serbuk kayu sengon dan Polyprophylene daur ulang dengan standar JIS A 5908 (1994)
No Parameter sifat fisis- mekanis Papan partikel standar JIS A 5908 (1994)
Papan partikel dengan (WF/PP): 50/50(%), 20 mesh 1 Kerapatan (kg/cm3) 0,4-0,9 0,73
2 Kadar air (%) 5-13 4,00 3 Daya serap air (%) - 8,50 4 Pengembangan tebal (%) Maks 12 1,60 5 MOR (kg/cm2) Min 82 79,68 6 MOE (Kg/cm2) Min 20400 9291 7 Internal bond (Kg/cm2) Min 1,5 5,25 8 Kuat pegang sekrup (Kg) Min 31 43
Keterangan : WF = Wood Flour
Selanjutnya Putri (2002) melaporkan bahwa MAH dapat berfungsi sebagai
compatibilizer pada pembuatan papan partikel dari limbah serbuk kayu sengon dan
Polyprophylene daur ulang. Sifat-sifat fisis-mekanis papan partikel tersebut dapat
Tabel 2. Perbandingan sifat fisis-mekanis papan partikel dari limbah serbuk kayu sengon dan Polyprophylene daur ulang menggunakan
compatibilizer dengan standar JIS A 5908 (1994)
No Parameter sifat fisis- mekanis Papan partikel standar JIS A 5908 (1994)
Papan partikel pada level konsentrasi MAH 6% Kuat pegang sekrup (kg)
0,4-0,9
Dicumyl Peroxide (DCP) dan Maleic anhydride (MAH)
Aditif dapat meningkatkan ikatan antara thermoplastic dan komponen kayu (Youngquist. 1999). Febrianto et al. (1999) dalam Mulyadi (2001) menyatakan bahwa pada Polyprophylene dapat ditambahkan compatibilizer (bahan untuk meningkatkan kekompakan) untuk membentuk ikatan antara pengisi (tepung kayu) dengan perekat. Dari Scaning Electron Micrograph memperlihatkan patahan-patahan tarikan pada komposit yang dibuat dari tepung kayu dan plastik tanpa
compatibilizer, tepung kayu cenderung menggumpal seperti bundelan dan
penyebarannya tidak merata keseluruh perekat. Umumnya terbentuk lubang dan jarak disekitar serat dan serat seperti tertarik-tarik. Ini mengindikasikan adhesi yang rendah, kesesuaian (compatibility) yang rendah, miskin kontak dan transfer tegangan antara fase yang lebih rendah. Afiniti dan adhesi antara thermoplastik dan kayu sangat rendah, sehingga untuk mengatasi hal ini diberikan suatu
compatibilizer untuk material polimer. MAH dapat diberikan pada polymer seperti
Polyprophylene, Polyethylene (PE), Acrylonitrile Butadine Styrene copolymer
(ABS) untuk membentuk modifikasi polimer MAH dengan kehadiran peroxide. Gaylord dan Metha (1982) mengemukakan beberapa jenis inisiator yaitu
Dicumyl peroxide (DCP), Tert-Butyl Peroxy Benzoat, Benzoyl Peroxide (BP) dan
Dimethyl Formamide (DMF). Kemudian Takase et al. (1989) mengemukakan
bahwa ada beberapa macam katalis yaitu Maleic anhydride (MAH),
Glycidylmethacrylate (GMA), serta Hydroxyethylmethacrylate (HEMA). Menurut
terkenal yaitu Dicumil peroxide (DCP). DCP sangat efektif dalam mengintroduksi cabang rantai panjang menjadi linier polyethylene. Pada konsentrasi rendah mampu dengan baik mengubah distribusi berat molekuler. Pada konsentrasi tinggi menyebabkan terjadinya ikatan silang Polyethylene.
Peran DCP disini adalah sebagai inisiator pada reaksi maleoylation antara rantai Polyprophylene dengan maleic group dari Maleic anhydride. Febrianto (1999) mengemukakan bahwa DCP sebagai inisiator memiliki karakteristik seperti dapat bereaksi pada suhu tinggi (1800C), memiliki sensitivitas oksigen yang rendah dibandingkan dengan peroxide group carboxyl serta sensitif pada asam. Tensile
strength, breaking elongation dan modulus young dari komposit meningkat seiring
dengan peningkatan konsentrasi radikal inisiator dalam hal ini DCP yang optimal. Han (1990), mengemukakan bahwa inisiator diperlukan dalam pembuatan papan partikel berbahan baku limbah serbuk kayu dan limbah plastik Polyprophylene, karena tanpa adanya inisiator maka kinerja dari compatibilizer dalam hal ini Maleic
anhydride hanya bisa terjadi reaksi esterifikasi dengan gugus OH dari serbuk
gergaji sedangkan reaksi maleoylasi dengan Polyprophylene tidak terjadi.
Menurut Gaylord and Maiti (1973), Maleic Anhydride (MAH) berhasil dipolimerisasikan dibawah pengaruh sinar gamma, sinar ultraviolet yang dihasilkan dari photosensitizer, getaran gelombang, katalis radikal bebas berkonsentrasi tinggi dan piridin tipe dasar. Gaylord and Metha (1982) mengemukakan bahwa katalis radikal heterogen sambungan kopolimerisasi dari MAH pada suspensi LDPE didalam Anhydryde acetat menghasilkan ikatan silang MAH-Kandungan film LDPE yang siap menghasilkan pasangan PE makroradikal dengan Poly-MAH radikal. Hal ini telah terbukti bahwa kation intermediet berperan besar dalam katalis radikal dan pelarutan homopolymerisasi dari MAH.
Han (1990) mengemukakan bahwa MAH yang memodifikasi
Polyprophylene (MPP) dikatakan sebagai compatibilizer. Dari suatu pengamatan
sedangkan reaksi antara Maleic anhydride dengan Polyprophylene akan menghasilkan reaksi Maleoylation.
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Sifat Fisis
1. Kerapatan
Data hasil pengujian kerapatan papan partikel disajikan pada Gambar 1.
1.1 1.05
Gambar 1. Histogram Kerapatan Papan Partikel
Kerapatan papan partikel semakin meningkat dengan meningkatnya pemakaian konsentrasi Dicumyl Peroxide (DCP) hingga konsentrasi 15% lalu meningkat kembali pada konsentrasi 20 dan 25%. Kerapatan papan partikel hasil penelitian berkisar antara 0,64-0,72 g/cm3 dengan rata-rata 0,98 g/cm3. Kerapatan terendah terdapat pada papan partikel dengan konsentrasi DCP 25%, sedangkan tertinggi pada konsentrasi DCP 15%.
2. Kadar Air (KA)
Data hasil pengujian kadar air papan partikel disajikan pada Gambar 2.
1.1 1.05 0.94
0.82 0.97 1.03
0 0.5 1 1.5 2
0 5 10 15 20 25
K A D A R A IR ( % )
KONSENT RASI DCP (%)
Gambar 2. Histogram Kadar Air Papan Partikel
Kadar air papan partikel semakin menurun dengan meningkatnya pemakaian konsentrasi Dicumyl Peroxide (DCP) hingga konsentrasi 15% lalu meningkat kembali pada konsentrasi 20 dan 25%. Kadar air papan partikel hasil penelitian berkisar antara 0,82-1,1% dengan rata-rata 0,96%. Kadar air terendah terdapat pada papan partikel dengan konsentrasi DCP 15%, sedangkan tertinggi pada konsentrasi DCP 0%.
JIS A 5908 (1994) mensyaratkan nilai kadar air 5-13%. Semua kadar air papan partikel yang diuji berada jauh dibawah nilai kadar air yang ditetapkan oleh JIS A 5908 (1994). Han (1990) mengemukakan bahwa reaksi kimia yang terjadi pada
moulded product dari limbah serbuk gergaji dan PP daur ulang dengan kehadiran aditif
3. Daya Serap Air (DSA)
Data hasil pengujian daya serap air papan partikel disajikan pada Gambar 3.
4.31 3.38 2.89 2.43 2.92 3.91
17.74
Gambar 3. Histogram Daya Serap Air Papan Partikel
Daya serap air papan partikel semakin menurun dengan meningkatnya pemakaian konsentrasi Dicumyl Peroxide (DCP) hingga konsentrasi 15%, lalu meningkat kembali pada konsentrasi 20 dan 25%. Daya serap air papan partikel untuk perendaman selama 2 jam berkisar antara 2,43-4,31% dengan rata-rata 3,37%, sedangkan untuk perendaman selama 24 jam berkisar antara 8,34-17,74% dengan rata-rata 13,045%. Daya serap air terendah sewaktu perendaman selama 2 dan 24 jam terdapat pada papan partikel dengan konsentrasi DCP 15%, sedangkan tertinggi pada konsentrasi DCP 0%.
Han (1990) mengemukakan bahwa kehadiran DCP membantu terjadinya reaksi maleolasi antara MAH dengan plastik Polyprophylene, sedangkan MAH sendiri mampu membentuk reaksi dengan gugus OH (esterifikasi). Adanya dua reaksi ini menyebabkan ikatan yang kuat antara partikel serbuk kayu dengan plastik
Polyprophylene sehingga air atau uap air tidak mudah masuk kedalam papan partikel.
4. Pengembangan Tebal (PT)
Data hasil pengujian pengembangan tebal papan partikel disajikan pada Gambar 4.
Gambar 4. Histogram Pengembangan Tebal Papan Partikel
1. 13
Pengembangan tebal papan partikel semakin menurun dengan meningkatnya pemakaian konsentrasi Dicumyl Peroxide (DCP) hingga konsentrasi 15% lalu meningkat kembali pada konsentrasi 20 dan 25%. Pengembangan tebal papan partikel untuk perendaman selama 2 jam berkisar antara 0,42-1,13% dengan rata-rata 0,78%, sedangkan untuk perendaman selama 24 jam berkisar antara 0,69-1,77% dengan rata-rata 1,23%. Pengembangan tebal terendah selama 2 dan 24 jam terdapat pada papan partikel dengan konsentrasi DCP 15%, sedangkan tertinggi pada konsentrasi DCP 0%.
B. Sifat Mekanis
1. Modulus of Rupture (MOR)
Data hasil pengujian Modulus of Rupture (MOR) disajikan pada Gambar 5.
Gambar 5. Histogram Modulus of Rupture (MOR) papan partikel
70.75
MOR papan partikel semakin meningkat dengan meningkatnya pemakaian konsentrasi Dicumyl Peroxide (DCP) hingga konsentrasi 15% lalu menurun kembali pada konsentrasi 20 dan 25%. MOR papan partikel hasil penelitian berkisar antara 70,75-125,62 kg/cm2 dengan rata-rata 98,185 kg/cm2. Papan partikel dengan konsentrasi DCP 0% menghasilkan MOR terendah yaitu sebesar 70,75 kg/cm2, sedangkan tertinggi pada konsentrasi DCP 15% yaitu sebesar 125,62 kg/cm2 .
Bila dibandingkan dengan standar JIS A 5908 (1994) yang menetapkan standar nilai MOR papan partikel sebesar min 82 kg/cm2 , maka nilai MOR hasil penelitian ini telah memenuhi standar yang ditetapkan oleh JIS A 5908 (1994). Maloney (1993) menyatakan bahwa nilai MOR dipengaruhi oleh kandungan dan jenis bahan perekat yang digunakan, daya ikat perekat dan panjang serat.
Kekuatan komposit semakin meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi radikal insiator (DCP) sampai konsentrasi 15%, kemudian menurun setelah dilakukan penambahan konsentrasi DCP lebih lanjut. Hal ini diduga karena peningkatan konsentrasi DCP akan meningkatkan formasi Polyprophylene makroradikal, kemudian penambahan konsentrasi DCP lebih lanjut akan menurunkan berat molekul dari
Polyprophylene sehingga menyebabkan kekuatan komposit menurun. Disamping itu
peningkatan konsentrasi DCP akan menurunkan melt viscosity dari komposit. Peningkatan konsentrasi DCP akan meningkatkan formasi radikal pada rantai
2. Modulus of Elasticity (MOE)
Data hasil pengujian Modulus of Elasticity (MOE) disajikan pada Gambar 6.
8336 9563
Gambar 6. Histogram Modulus of Elasticity (MOE) papan partikel
MOE papan partikel semakin meningkat dengan meningkatnya pemakaian konsentrasi Dicumyl Peroxide (DCP) hingga konsentrasi 15% lalu menurun kembali pada konsentrasi 20 dan 25%. Hal ini diduga karena peningkatan konsentrasi DCP akan meningkatkan formasi Polyprophylene makroradikal, kemudian penambahan konsentrasi DCP lebih lanjut akan menurunkan berat molekul dari Polyprophylene sehingga menyebabkan kekuatan komposit menurun. Disamping itu peningkatan konsentrasi DCP akan menurunkan melt viscosity dari komposit. MOE papan partikel hasil penelitian berkisar antara 8336-15352 kg/cm2 dengan rata-rata 11844 kg/cm2. Papan partikel dengan konsentrasi DCP 0% menghasilkan MOE terendah yaitu sebesar 8336 kg/cm2 , sedangkan tertinggi pada konsentrasi DCP 15% yaitu sebesar 15352 kg/cm2 .
Bila dibandingkan dengan standar JIS A 5908 (1994) yang menetapkan standar nilai MOE papan partikel sebesar min 20400 kg/cm2 , maka nilai MOE hasil penelitian ini masih berada di bawah standar yang ditetapkan oleh JIS A 5908 (1994). Maloney (1993) menyatakan bahwa nilai MOE dipengaruhi oleh kandungan dan jenis bahan perekat yang digunakan, daya ikat perekat dan panjang serat. Gillsepie (1984) dalam Gunara (1993) menyatakan bahwa perbedaan kadar resin perekat memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap sifat-sifat mekanik bahan yang direkat. Semakin tinggi kadar resin suatu perekat, semakin tinggi nilai Modulus of Elasticity (MOE) dan
Modulus of Rupture (MOR) dari bahan yang direkat setelah dilakukan pengujian
3. Internal Bond (IB)
Data hasil pengujian Internal Bond (IB) disajikan pada Gambar 7.
Gambar 7. Histogram Internal Bond (IB) papan partikel
1.07 1.54
1.87
3.47
2.42
1.45
0 1 2 3 4 5
0 5 10 15 20 25
IB ( K g /c m
2)
KONSENTRASI DCP (%)
Internal bond papan partikel semakin meningkat dengan meningkatnya pemakaian
konsentrasi Dicumyl Peroxide (DCP) hingga konsentrasi 15% lalu menurun kembali pada konsentrasi 20 dan 25%. Hal ini diduga karena peningkatan konsentrasi DCP akan meningkatkan formasi Polyprophylene makroradikal, kemudian penambahan konsentrasi DCP lebih lanjut akan menurunkan berat molekul dari Polyprophylene sehingga menyebabkan kekuatan komposit menurun. Disamping itu peningkatan konsentrasi DCP akan menurunkan melt viscosity dari komposit. Internal bond papan partikel hasil penelitian berkisar antara 1,07-3,47 kg/cm2 dengan rata-rata 2,27 kg/cm2. Papan partikel dengan konsentrasi DCP 0% menghasilkan internal bond terendah yaitu sebesar 1,07 kg/cm2 , sedangkan tertinggi pada konsentrasi DCP 15% yaitu sebesar 3,47 kg/cm2 .
4. Kuat Pegang Sekrup (KPS)
Data hasil pengujian kuat pegang sekrup disajikan pada Gambar 8.
Gambar 8. Histogram Kuat Pegang Sekrup (KPS) papan partikel
35
57.8 61.4 67.6 54.2
48.2
0 25 50 75 100
0 5 10 15 20 25
K P S ( K g )
KONSENTRASI DCP (%)
Kuat pegang sekrup papan partikel semakin meningkat dengan meningkatnya pemakaian konsentrasi Dicumyl Peroxide (DCP) hingga konsentrasi 15%, lalu menurun kembali pada konsentrasi 20 dan 25%. Hal ini diduga karena peningkatan konsentrasi DCP akan meningkatkan formasi Polyprophylene makroradikal, kemudian penambahan konsentrasi DCP lebih lanjut akan menurunkan berat molekul dari
Polyprophylene sehingga menyebabkan kekuatan komposit menurun. Disamping itu
peningkatan konsentrasi DCP akan menurunkan melt viscosity dari komposit. Kuat pegang sekrup papan partikel hasil penelitian berkisar antara 35-67,6 kg dengan rata-rata 51,3 kg. Papan partikel dengan konsentrasi DCP 0% menghasilkan kuat pegang sekrup terendah yaitu sebesar 35 kg, sedangkan tertinggi pada konsentrasi DCP 15% yaitu sebesar 67,6 kg.
REFERNSI
Bremner, T and Rudin. 1993. Peroxide Modification of Linier Low-Density Polyethylene: a Comparison of Dialkyl Peroxides. J.Appl. Polym.sci: 49: 785-798
Febrianto F. 1999. Preparation And Properties Enhancement Of Moldable Wood – Biodegradable Polymer Composites. [Disertasi]. Kyoto: Kyoto University, Doctoral Dissertation.Division of Forestry and Bio-material Science. Faculty of Agriculture. Tidak dipublikasikan.
Gunara, N. 1993. Pengaruh Berat Labur Beberapa Perekat Termoplastik terhadap Keteguhan Rekat Kayu Perupuk (Lophopetalum Spp). Skripsi fakultas Kehutanan IPB. Tidak Dipublikasikan.
Maloney TM. 1993. Modern Particleboard and Dry-Process Fiberboard Manufacturing. San Fransisco: Miller Freeman, Inc.
Mulyadi. 2001. Sifat-Sifat Papan Partikel Dari Limbah Kayu dan Plastik. Skripsi Fakultas Kehutanan IPB. Tidak dipublikasikan.
