KARAKTERISTIK ORIENTED STRAND BOARD (OSB) DARI VASCULAR BUNDLES LIMBAH BATANG
KELAPA SAWIT BERPENGIKAT METHYL METHACRYLATE (MMA) DAN STYRENE
SKRIPSI
HARDIANSYAH TAMBUNAN 171201088
DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2021
KARAKTERISTIK ORIENTED STRAND BOARD (OSB) DARI VASCULAR BUNDLES LIMBAH BATANG KELAPA SAWIT
BERPENGIKAT METHYL METHACRYLATE (MMA) DAN STYRENE
SKRIPSI
Oleh:
HARDIANSYAH TAMBUNAN 171201088
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana di Fakultas Kehutanan
Universitas Sumatera Utara
DEPARTEMEN TEKNOLOGI HASIL HUTAN FAKULTAS KEHUTANAN
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2021
ABSTRACT
HARDIANSYAH TAMBUNAN: Characteristics of Oriented Strand Board (OSB) Made from Vascular Bundles of Oil Palm Stem Residue Bonded with Methyl Methacrylate (MMA) and Styrene, supervised by ARIF NURYAWAN and NANANG MASRUCHIN
The availability of wood from forest for wood composite products raw materials has been increased due to deforestation. Utilization of vascular bundles derived from oil palm stem residue is an effort to substitute wood raw materials.
The objectives of this study were to evaluate characteristic of oriented strand board (OSB) made from vascular bundles of oil palm stem residue based on the height position bonded with MMA (Methyl methacrylate) and styrene and to test the effect of addition of MEKP (Methyl Ethyl Ketone Peroxide) catalyst. The method of making OSB is carried out in a laboratory scale using raw material of vascular bundles with different positions, namely top, middle, base, and mixture using binders of MMA and styrene with and without the addition of MEKP catalyst. After conditioning, the characteristics were evaluated by testing the physical and mechanical properties based on JIS A 5908-2003 standard type 8 base particleboard and decorative particleboard. Further advance testings consisting of SEM, FTIR, and DSC were also carried out. The results showed that the physical properties of density and moisture content met the standard except for thickness swelling. The mechanical properties of MOR in dry conditions almost entirely met the standard and screw holding power did, too. Unfortunately, the MOE value for dry condition and internal bond (IB) did not meet the standard. The results of advance testing, namely SEM allowed the binder to penetrate and perform mechanical bonding, DSC test result showed MMA polymerized with the addition of styrofoam, which was proven that there was a peak at around 100oC, and FTIR test result showed the addition of styrene to polymerize MMA, was able to form MMA-styrene-vascular bundles grafting.
Overall, the position of the vascular bundles in the oil palm trunk and the addition of the MEKP almost entirely affected the characteristics of the OSB.
Keywords: methyl ethyl ketone peroxide, methyl methacrylate, oriented strand board, styrene, vascular bundles
ABSTRAK
HARDIANSYAH TAMBUNAN: Karakteristik Oriented Strand Board (OSB) dari Vascular Bundles Limbah Batang Kelapa Sawit Berpengikat Methyl Methacrylate (MMA) dan Styrene, dibimbing oleh ARIF NURYAWAN dan NANANG MASRUCHIN
Ketersediaan kayu dari hutan untuk keperluan bahan baku produk kayu komposit jumlahnya semakin terbatas akibat dari deforestasi. Satu di antara upaya yang dapat dilakukan untuk mensubstitusi bahan baku kayu adalah dengan memanfaatkan vascular bundles limbah batang kelapa sawit. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi karakteristik oriented strand board (OSB) yang dibuat dari vascular bundles limbah batang kelapa sawit berdasarkan posisi ketinggian batang berpengikat MMA (Methyl methacrylate) dan styrene serta melihat pengaruh penambahan katalis MEKP (Methyl Ethyl Ketone Peroxide).
Metode pembuatan OSB dilaksanakan skala laboratorium dengan bahan baku vascular bundles dibedakan atas bagian ujung, tengah, pangkal, dan campuran dengan pengikat MMA dan styrene dengan perlakuan penambahan katalis MEKP dan tanpa katalis MEKP. Setelah dilakukan pengkondisian, dievaluasi karakteristiknya dengan melakukan pengujian sifat fisis, mekanis berdasarkan standar JIS A 5908-2003 tipe 8 base particleboard and decorative particleboard, dan pengujian lanjut terdiri atas SEM, FTIR, dan DSC. Hasil penelitian menunjukkan sifat fisis yaitu kerapatan dan kadar air sudah memenuhi standar kecuali pada pengembangan tebal. Sementara itu sifat mekanis yaitu MOR kering hampir seluruhnya memenuhi standar dan KPS sudah memenuhi standar.
Sedangkan nilai MOE kering dan keteguhan rekat (IB) belum memenuhi standar.
Hasil pengujian lanjut SEM memungkinkan pengikat berpenetrasi dan melakukan ikatan mekanis, hasil pengujian DSC menunjukkan MMA terpolimerisasi dengan penambahan styrofoam terbukti adanya peak pada sekitaran suhu 100oC, dan hasil pengujian FTIR menunjukkan penambahan styrene untuk mempolimerisasi MMA, mampu menghasilkan grafting MMA-styrene-vascular bundles. Posisi ketinggian vascular bundles dalam batang kelapa sawit dan penambahan MEKP hampir secara keseluruhan berpengaruh terhadap karakteristik OSB yang dihasilkan.
Kata kunci: methyl ethyl ketone peroxide, methyl methacrylate, oriented strand board, styrene, vascular bundles
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sibolga pada tanggal 11 Januari 1999. Penulis merupakan anak pertama dari tiga bersaudara oleh pasangan Hendrik Tambunan dan Almh. Masniani Galingging.
Penulis memulai pendidikan di SD Negeri 084083 Sibolga pada tahun 2005-2011, pendidikan tingkat Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 3 Sibolga pada tahun 2011-2014, pendidikan tingkat Sekolah Menengah Atas di SMA Negeri 1 Sibolga pada tahun 2014-2017. Pada tahun 2017, penulis lulus di Fakultas Kehutanan USU melalui jalur Seleksi Bersama Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SBMPTN). Penulis memilih minat Departemen Teknologi Hasil Hutan.
Semasa kuliah penulis merupakan anggota organisasi Himpunan Mahasiswa Sibolga – Tapanuli Tengah (Himastap), anggota biasa Himpunan Mahasiswa Islam (HMI), dan sebagai asisten praktikum Silvika. Penulis telah mengikuti Praktik Pengenalan Ekosistem Hutan di Hutan Mangrove Sei Nagalawan, Kabupaten Serdang Bedagai dan di KHDTK Hutan Diklat Pondok Buluh, Kabupaten Simalungun pada tahun 2019. Pada tahun 2020 penulis juga telah menyelesaikan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di KPH Wilayah XI Pandan, Sumatera Utara. Semasa kuliah penulis juga mengikuti beberapa kompetisi dan mendapatkan juara yaitu juara 3 lomba karya tulis ilmiah dalam rangka Seminar Nasional Silvikultur VII dan Kongres Masyarakat VI tahun 2019, sebagai mahasiswa berprestasi 3 Fakultas Kehutanan Universitas Sumatera Utara tahun 2020, juara 3 Online Creative Writing Competition mahasiswa tingkat nasional tahun 2020, dan the best proposal ―Build The Young Leader in Forestry and Environment‖ tahun 2020. Penulis juga mendapatkan beasiswa selama perkuliahan yaitu beasiswa Bidikmisi Universitas Sumatera Utara pada semester satu hingga delapan. Pada akhir tahun 2020 penulis melaksanakan penelitian dengan judul ―Karakteristik Oriented Strand Board (OSB) dari Vascular Bundles Limbah Batang Kelapa Sawit Berpengikat Methyl Methacrylate (MMA) dan Styrene‖ di bawah bimbingan Arif Nuryawan, S.Hut., M.Si., Ph.D. dan Nanang Masruchin, S.T., M.T., Ph.D.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas Rahmat dan Karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul ―Karakteristik Oriented Strand Board (OSB) dari Vascular Bundles Limbah Batang Kelapa Sawit Berpengikat Methyl Methacrylate (MMA) dan Styrene‖. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk untuk memperoleh gelar sarjana di Program Studi Kehutanan, Fakultas Kehutanan, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Arif Nuryawan, S.Hut., M.Si., Ph.D. dan Bapak Nanang Masruchin, S.T., M.T., Ph.D. selaku komisi pembimbing yang telah membimbing dan mengarahkan penulis serta memberikan berbagai masukan berharga kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
2. Kedua orang tua Bapak Hendrik Tambunan dan Almh. Ibu Masniani Galingging yang telah memberikan semangat, dukungan, dan do’a serta nasihat-nasihatnya.
3. Teman-teman penelitian di workshop dan laboratorium teknologi hasil hutan terutama Elysabet Siringo-Ringo, Devita Sari Sirait, Raja Biandi Damanik, Dinda Amelia Ernala, M. Andhika Ramadhan, dan Bang Roby atas bantuan dan kerja sama yang baik saat penelitian.
4. Teman-teman diskusi terutama Cahaya Sri Dinda, Cici Ramadhani Hasibuan, dan Ilfa Nindita Harahap atas bantuan dan partisipasi dalam penelitian dan penulisan skripsi.
Skripsi ini merupakan bagian dari penelitian WCR (World Class Research) penugasan kepada komisi pembimbing dari Kemendikbud RI kepada Universitas Sumatera Utara tahun anggaran 2020 yang ditunda karena pandemi covid 19 dan pada akhirnya didanai pada tahun anggaran 2021. Hasil penelitian ini direncanakan akan dipublikasikan pada Polymers MDPI, sebuah jurnal ilmiah quartile 1 (Q1) yang memfokuskan pada bidang polimer.
Penulis berharap semoga skripsi ini memberikan manfaat ke berbagai pihak. Akhir kata penulis mengucapkan terimakasih.
Medan, 16 Juni 2021
Hardiansyah Tambunan
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR PENGESAHAN ... i
PERNYATAAN ORISINALITAS ... ii
ABSTRACT ... iii
ABSTRAK ... iv
RIWAYAT HIDUP ... v
KATA PENGANTAR ... vi
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL... x
DAFTAR LAMPIRAN ... xi
PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1
Tujuan Penelitian ... 3
Manfaat Penelitian ... 3
Hipotesis ... 3
TINJAUAN PUSTAKA Kelapa Sawit dan Sifat-sifatnya (Berdasar Ketinggian dan Posisi dalam Batang) ... 4
Oriented Strand Board (OSB) ... 6
Styrofoam ... 7
Styrene ... 7
Methyl methacrylate (MMA) ... 8
Methyl Ethyl Ketone Peroxide (MEKP) ... 9
BAHAN DAN METODE Waktu dan Tempat ... 10
Bahan dan Alat ... 10
Prosedur Penelitian ... 11
Pengujian Sifat Fisis ... 14
Kerapatan ... 14
Daya Serap Air ... 14
Pengembangan Tebal ... 14
Kadar Air ... 14
Pengujian Sifat Mekanis ... 14
Modulus of Elasticity (MOE) ... 14
Modulus of Rupture (MOR) ... 15
Internal Bond (IB) ... 15
Kuat Pegang Sekrup (Screw Holding Power) ... 16
Pengujian Lanjut ... 17
Pengujian FTIR (Fourier Transform Infrared) ... 17
Pengujian SEM (Scanning Electron Microscopy) ... 17
Pengujian DSC (Differential Scanning Calorimetry) ... 18
Rancangan Percobaan ... 18
Skoring OSB Terbaik ... 20
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengujian Lanjut ... 21
Sifat Fisis OSB ... 25
Kerapatan ... 25
Kadar Air ... 26
Pengembangan Tebal ... 28
Daya Serap Air ... 31
Sifat Mekanis OSB ... 33
Modulus of Elasticity (MOE) ... 33
Modulus of Rupture (MOR) ... 36
Internal Bond (IB) ... 38
Kuat Pegang Sekrup (Screw Holding Power) ... 39
Retensi Kekuatan (Strength Retention) ... 41
Kriteria OSB Terbaik ... 42
KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ... 45
Saran ... 45 DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
No. Halaman
1. Distribusi Vascular Bundles dan Parenkim pada Batang Kelapa Sawit ... 5
2. Skema Reaksi Kopolimerisasi Styrene dan MMA. ... 8
3. Teknik Pemotongan Batang Kelapa Sawit... 9
4. Spesifikasi MMA yang digunakan. ... 9
5. Skema Pembuatan OSB dengan pengikat MMA dan styrene... 10
6. Pemotongan Contoh Uji. ... 12
7. Pengujian Keteguhan Rekat. ... 14
8. Vascular bundles bagian pangkal (a), tengah (b), dan ujung (c). ... 21
9. Hasil pemindaian SEM vascular bundles pada bagian pangkal (a), tengah (b), dan ujung (c). ... 22
10. MMA yang dipolimerisasi dengan styrene asal styrofoam menunjukkan puncak cured sekitaran 100C. ... 22
11. Ikatan kimia yang terjadi pada bilangan gelombang sekitar 3000 cm-1 akibat penambahan styrene yang terkandung dalam Styrofoam terhadap MMA. ... 23
12. Detail ikatan kimia yang terjadi berupa grafting vascular bundles-MMA- styrene. ... 24
13. Grafik Kerapatan OSB. ... 26
14. Grafik Kadar Air OSB. ... 27
15. Grafik Pengembangan Tebal OSB Setelah 2 Jam. ... 29
16. Grafik Pengembangan Tebal OSB Setelah 24 Jam. ... 29
17. Grafik Daya Serap Air OSB Setelah 2 Jam. ... 31
18. Grafik Daya Serap Air OSB Setelah 24 Jam. ... 31
19. Grafik MOE Kering OSB. ... 34
20. Grafik MOE Basah OSB. ... 35
21. Grafik MOR Kering OSB. ... 36
22. Grafik MOR Basah OSB. ... 37
23. Grafik Keteguhan Rekat OSB. ... 38
24. Grafik Kuat Pegang Sekrup OSB. ... 40
25. Grafik Retensi Kekuatan MOE OSB. ... 41
26. Grafik Retensi Kekuatan MOR OSB. ... 41
DAFTAR TABEL
No. Halaman
1. Sifat-sifat Penting Batang Kelapa Sawit. ... 5
2. Sifat-sifat Batang Kelapa Sawit Berdasar Ketinggian. ... 5
3. Sifat Fisis dan Mekanis OSB. ... 6
4. Sifat-sifat Khas Polystyrene. ... 7
5. Standar JIS A 5908 (2003). ... 12
6. Deskripsi Ikatan Kimia yang Dihasilkan dari Karakterisasi FTIR. ... 24
7. Rekapitulasi Skoring OSB. ... 42
DAFTAR LAMPIRAN
No. Halaman
1. Kebutuhan Bahan Baku Vascular Bundles (VB) dan Pengikat. ... 52 2. Data Hasil Uji Sifat Fisis OSB. ... 52 3. Data Hasil Uji Sifat Mekanis OSB. ... 53 4. Data Hasil Analisis Sidik Ragam dan Uji Lanjut Sifat Fisis dan Mekanis
OSB.. ... 55 5. Proses Pembuatan dan Pengujian OSB. ... 62
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Ketersediaan kayu dari hutan untuk keperluan bahan baku konstruksi, produk kayu komposit, furniture jumlahnya semakin terbatas akibat dari kegiatan illegal logging, perambahan hutan dan deforestasi yang semakin meningkat 5 tahun terakhir dalam kurun waktu tahun 2014 – 2018 berkisar antara 223 ribu – 815 ribu ha/tahun (BPS, 2020). Sementara itu, luas areal dan produksi perkebunan kelapa sawit setiap tahunnya meningkat. Pada tahun 2018 luas areal dan jumlah produksi buah sebagai bahan baku pembuatan minyak kelapa sawit dari perkebunan kelapa sawit di Indonesia sebesar 12,7 juta hektar dan 36,6 juta ton, data sementara pada tahun 2019 sebesar 14,6 juta hektar dan 45,8 juta ton (BPS, 2019; Ditjenbun, 2019).
Peningkatan jumlah produksi perkebunan kelapa sawit juga diiringi dengan peningkatan jumlah industri pengolahannya (Susilawati dan Supijatno, 2015) yang hanya memanfaatkan buahnya untuk bahan baku pembuatan minyak kelapa sawit dengan umur produktif kelapa sawit untuk menghasilkan buah yaitu 25 – 30 tahun (Aini et al., 2009). Hal ini berarti bahwa setelah umur tersebut kelapa sawit harus dilakukan peremajaan, sehingga menimbulkan limbah berupa batang, pelepah, cangkang, serabut (Erivianto et al., 2016), yang sampai saat ini belum optimal dalam hal penanganan dan pemanfaatannya.
Di sisi lain, kebutuhan manusia terhadap plastik dan penggunaan barang- barang berbahan plastik semakin meningkat dan diikuti juga oleh peningkatan jumlah sampah plastik. Setiap harinya masyarakat Indonesia menghasilkan 0,8 kg sampah per orang atau secara total sebanyak 189 ribu ton sampah/hari, dari jumlah tersebut 15% berupa sampah plastik atau sejumlah 28,4 ribu ton sampah (Surono dan Ismanto, 2016). Styrofoam adalah salah satu jenis plastik, yang banyak digunakan oleh masyarakat untuk berbagai keperluan misalnya kemasan makanan yang setelah digunakan, kemudian dibuang dan menjadi sampah (Fitidarini dan Damanhuri, 2011). Styrofoam memiliki kandungan aktif styrene yang dapat digunakan sebagai bahan pengawet kayu yang cukup efektif (Hadi et al., 2016) dan dapat dikopolimerisasi dengan monomer lainnya seperti MMA
(Methyl methacrylate) sehingga dapat dikombinasikan (Harper dan Petrie, 2003) dan digunakan sebagai bahan pengikat suatu produk komposit.
Solusi untuk mencari bahan baku substitusi kayu karena hutan mengalami deforestasi dan konversi serta juga upaya pemanfaatan dan penanganan limbah kelapa sawit serta plastik menjadi lebih bernilai dengan tujuan untuk menjaga kelestarian lingkungan agar tidak terjadi kerusakan perlu dicari. Hal ini juga sesuai dengan tujuan target tujuan pembangunan berkelanjutan (TPB) poin 12 butir 5 yang menyatakan negara secara substansial mengurangi timbulan sampah melalui pencegahan, pengurangan, daur ulang, dan penggunaan kembali dapat dicapai (BPS, 2016).
Satu di antara upaya yang dapat dilakukan untuk mensubstitusi bahan baku kayu adalah dengan memanfaatkan limbah perkebunan kelapa sawit khususnya batang kelapa sawit karena mengandung lignoselulosa (Erivianto et al., 2016) menjadi produk komposit. Pemanfaatan batang kelapa sawit menjadi produk komposit diharapkan memberikan hasil yang optimal karena pemanfaatan batang kelapa sawit dalam bentuk utuh tidak optimal disebabkan tingginya kandungan air pada batang segar mencapai 500%, keawetan alami yang sangat rendah, pada pengerjaannya menyebabkan pisau dan gergaji tumpul, dan dalam proses pengerjaan akhirnya memerlukan banyak bahan pelapis cat atau vernish (Balfas, 2003).
Penggunaan batang kelapa sawit untuk kayu lapis juga kurang optimal karena sifat higroskopisnya masih tinggi, stabilitas dimensi dan keteguhan rekat yang rendah (Balfas, 2009). Tingginya kadar air dan rendahnya keawetan alami batang kelapa sawit pada kondisi segar disebabkan oleh kandungan pati dan gula yang terdapat dalam parenkim sehingga kayu mudah terserang oleh faktor perusak kayu (Rahayu, 2001). Oleh karena itu, untuk memperoleh hasil yang optimal dari pemanfaatan batang kelapa sawit dilakukan pembebasan dari parenkimnya dan hanya memanfaatkan bagian vascular bundles-nya saja. Hasil penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa vascular bundles mempunyai kadar selulosa 56,91% yang sudah memenuhi kadar selulosa pada kayu sekitar 50% (Miller 1999), hemiselulosa 25,47% (Lamaming et al., 2015) yang berarti dapat
mensubstitusi kayu sebagai bahan baku pembuatan produk komposit seperti oriented strand board (OSB).
Untuk itu perlu dilakukan penelitian pembuatan OSB dari vascular bundles limbah batang kelapa sawit berpengikat MMA (Methyl methacrylate) dan styrene dari limbah styrofoam yang diharapkan memberikan hasil yang optimal juga menjadikan limbah batang kelapa sawit dan styrofoam lebih bernilai sehingga dapat mengurangi jumlah limbah tersebut. MMA dan styrene terbukti dapat meningkatkan sifat fisis dan mekanis kayu serta ketahanan terhadap serangan faktor perusak kayu (Hadi et al., 2016; Hadi et al., 2019). Lebih lanjut penggunaan Methyl Ethyl Ketone Peroxide (MEKP) sebagai katalis pada pencampuran MMA dan styrene dari styrofoam ini juga dipelajari pengaruhnya.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengevaluasi karakteristik OSB yang dibuat dari vascular bundles limbah batang kelapa sawit berdasarkan posisi ketinggian batang berpengikat MMA (Methyl methacrylate) dan styrene serta melihat pengaruh penambahan katalis MEKP.
Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah untuk memberikan informasi tentang kualitas OSB yang dibuat dari vascular bundles limbah batang kelapa sawit berpengikat MMA (Methyl methacrylate) dan styrene dan sebagai upaya dalam memanfaatkan limbah batang kelapa sawit dan styrofoam menjadi lebih bernilai.
Hipotesis
Posisi ketinggian vascular bundles dalam batang kelapa sawit dan penambahan katalis MEKP berpengaruh terhadap karakteristik oriented strand board yang dihasilkan.
TINJAUAN PUSTAKA
Kelapa Sawit dan Sifat-sifatnya (Berdasar Ketinggian dan Posisi dalam Batang)
Kelapa sawit adalah tanaman perkebunan dari famili palmae berasal dari Afrika yang dahulu tumbuh liar dikenal sebagai penghasil minyak nabati. Kelapa sawit pertama kali diperkenalkan di Indonesia pada tahun 1848 oleh pemerintah Belanda. Pada masa pendudukan Belanda, perkebunan kelapa sawit maju pesat sampai menggeser dominasi ekspor negara Afrika pada waktu itu. Saat ini Indonesia adalah produsen minyak sawit mentah terbesar di dunia. Dalam perekonomian Indonesia, kelapa sawit mempunyai peranan penting karena merupakan bahan baku utama minyak goreng, sehingga pasokan bahan baku yang kontinyu ikut menjaga kestabilan harga minyak goreng dan terjangkau oleh masyarakat. Sebagai salah satu komoditas ekspor non migas yang mempunyai prospek yang sangat baik sebagai sumber devisa negara dan dalam proses produksi maupun pengolahannya mampu menciptakan lapangan pekerjaan dan meningkatkan kesejahteraan rakyat (Nora dan Mual, 2018).
Kelapa sawit adalah tanaman monokotil, batangnya tidak mempunyai kambium dan umumnya tidak bercabang. Batang kelapa sawit berfungsi sebagai penyangga tajuk, menyimpan, dan mengangkut bahan makanan (Alimah, 2013).
Kelapa sawit mempunyai batas umur produktif 25 – 30 tahun (Aini et al., 2008), di atas umur tersebut kemampuan kelapa sawit dalam menghasilkan buah akan menurun dan harus diremajakan. Kegiatan peremajaan kelapa sawit akan menghasilkan limbah khususnya batang kelapa sawit yang sampai saat ini belum optimal dalam penanganan dan pemanfaatannya. Salah satu masalah yang serius dalam hal penanganan dan pemanfaatan adalah batang kelapa sawit mempunyai sifat higroskopis yang berlebihan (Balfas, 2003).
Batang kelapa sawit mempunyai beberapa kelemahan yaitu berat jenis dan kekuatan yang rendah, keawetan yang rendah, kadar air yang sangat tinggi, kandungan pati yang tinggi sehingga sangat rentan terhadap serangan faktor- faktor perusak kayu seperti kapang, jamur pewarna, jamur pelapuk dan serangga
(Iswanto et al., 2010). Berdasarkan hasil penelitian Bakar (2003) diketahui bahwa batang kelapa sawit mempunyai sifat yang bervariasi dari bagian luar ke pusat batang dan sedikit variasi dari bagian pangkal ke ujung batang. Beberapa sifat penting dari bagian batang kelapa sawit disajikan pada Tabel 1 dan sifat batang kelapa sawit berdasar ketinggian disajikan pada Tabel 2.
Tabel 1. Sifat-sifat Penting Batang Kelapa Sawit
Sifat-sifat Penting Bagian dalam Batang
Tepi Tengah Pusat
Berat Jenis 0,35 0,28 0,20
Kadar Air (%) 156 257 365
Kekuatan Lentur (kg/cm2) 29.996 11.421 6.980
Keteguhan Lentur (kg/cm2) 295 129 67
Susut Volume (%) 26 39 48
Kelas Awet V V V
Kelas Kuat III-V V V
Sumber : Bakar (2003)
Tabel 2. Sifat-sifat Batang Kelapa Sawit Berdasar Ketinggian Sifat-sifat Posisi Ketinggian Batang
Pangkal Tengah Ujung
Berat Jenis 0,62 0,56 0,46
Kadar Air (%) 44,58 38,49 101,07
Perubahan Dimensi (%) 11,54 17,03 19,84
Kekuatan Lentur (kg/cm2) 10.062,40 9.511,42 4.456,77 Keteguhan Lentur (kg/cm2) 354,47 328,97 108,20 Keteguhan Tekan Sejajar
Serat (kg/cm2)
69,96 41,60 16,56
Kelas Kuat V V V
Sumber : Endy et al. (2014)
Komponen utama penyusun batang kelapa sawit adalah vascular bundles dan jaringan parenkim, kedua komponen tersebut berperan penting pada sifat dasar batang kelapa sawit (Darwis et al., 2013). Vascular bundles mempunyai sifat fisik padat dan berserat, sedangkan jaringan parenkim jarang dan seperti spons (Olamilekan, 2019) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 berikut.
Gambar 1. Distribusi Vascular Bundles dan Parenkim pada Batang Kelapa Sawit (Bakar et al., 2008)
Oriented Strand Board (OSB)
Oriented strand board (OSB) adalah produk panel yang dibuat dari strand atau unting kayu yang disusun dalam lapisan terdiri atas 3 - 5 lapis pada arah tegak lurus masing-masing lapisan yang diikat dengan perekat tahan air menggunakan kempa panas (APA, 2012). Youngquist (1999) mengemukakan bahwa OSB adalah produk panel untuk penggunaan struktural yang dibuat dari unting kayu tipis biasanya berukuran panjang 114 - 152 mm (4,5 - 6 inci), lebar 12,7 mm (0,5 inci), dan tebal 0,6 - 0,7 mm (0,023 - 0,027 inci) yang diikat bersama dengan resin tahan air di bawah tekanan panas. Sifat fisis dan mekanis OSB dipengaruhi oleh struktur lapisan, panjang unting, jenis dan kadar perekat (Arifin et al., 2018). Hasil penelitian menunjukkan bahwa panjang unting dan kadar perekat meningkatkan sifat fisis dan mekanis OSB seperti kerapatan dan kekuatan lengkung (bending strength seperti MOE, dan MOR) (Angin, 2012;
Idris, 2015).
OSB memiliki beberapa kelebihan jika dibandingkan produk komposit lainnya (Hiziroglu, 2017) yaitu dapat digunakan untuk aplikasi struktural dan non-struktural, seperti bingkai furnitur, panel dinding dekoratif, rak, pengemasan, dan permukaan meja industri. Arah berlawanan dari lapisan unting bagian permukaan (face) dan inti (core) memberikan sifat lentur yang sangat tinggi pada OSB, yang hampir sebanding dengan kayu lapis. Selain kelebihan, OSB juga memiliki kelemahan yaitu ketebalannya yang lebih besar daripada kayu lapis, ketika OSB dalam kondisi basah, OSB mengembang lebih cepat (Fisette, 2005;
Hiziroglu, 2017). Beberapa sifat fisis dan mekanis OSB dibandingkan dengan kayu lapis disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3. Sifat Fisis dan Mekanis OSB
Sifat OSB Kayu Lapis
Kekuatan Lentur (kg/cm2) 49.214,870 – 84.368,349 70.306,958 – 133.583,220 Keteguhan Lentur (kg/cm2) 210,920 - 281,227 210,920 – 492,148 Kekuatan Tarik (kg/cm2) 70,306 – 105,460 105,460 – 281,227 Kekuatan Tekan (kg/cm2) 105,460 - 175,767 210,920 – 351,534 Kekuatan Geser (kg/cm2) 70,306 – 105,460 42,184 – 210,920 Ekspansi Linier
(dari kelembaban relatif 30% ke 90%)
0,15 % 0,15 %
Sumber : Hiziroglu (2017)
Styrofoam
Styrofoam disebut juga busa polystyrene adalah plastik serbaguna yang mempunyai sifat keras dan padat digunakan untuk membuat berbagai macam produk seperti wadah makanan dan peralatan laboratorium yang dibuat dari merangkai atau mempolimerisasi monomer styrene (Nasution et al., 2020). Busa polystyrene atau polystyrene diperluas/expanded polystyrene (EPS) dimanfaatkan dan bernilai karena sifat insulasi dan bantalannya. Busa polystyrene terdiri atas 95% udara dan 5% styrene (Mizwar et al., 2012) dan banyak digunakan untuk membuat insulasi rumah dan peralatan, kemasan pelindung, kemasan makanan, dan sebagainya (ACC, 2014).
Styrofoam banyak digunakan khususnya sebagai wadah makanan karena pemakaiannya yang praktis dan bisa langsung dibuang. Namun, styrofoam mengandung zat karsinogenik jika digunakan secara berlebihan. Selain berbahaya bagi kesehatan, penggunaan styrofoam secara berlebihan juga berbahaya bagi lingkungan karena menyebabkan pencemaran (Mukminah, 2019). Polystyrene memiliki ketahanan yang baik terhadap air, bahan kimia anorganik, dan alkohol (Harper dan Petrie, 2003). Beberapa sifat-sifat khas dari polystyrene disajikan pada Tabel 4.
Tabel 4. Sifat-sifat Khas Polystyrene
Sifat Nilai
Berat Jenis 1,04
Kekuatan Tarik (kg/cm2) 351,534 – 703,069
Elongasi (%) 1,0 – 2,3
Kekuatan Lentur (kg/cm2) 703,069 – 1.054,604
Suhu Penggunaan Kontinyu (oC) 71 - 96
Kekuatan Dielektrik (volts/mil) >500
Sumber : Harper dan Petrie (2003)
Styrene
Styrene disebut juga cinnamene, cinnamol, styrol, dan vinylbenzene adalah cairan bening, tidak berwarna yang mempunyai karakteristik bau yang menyengat. Bahan baku yang digunakan untuk membuat styrene diperoleh dari gas alam atau liquified petroleum gas (LPG), styrene secara kimiawi cukup reaktif, dan dapat berpolimerisasi dengan cepat (Miller et al., 1994). Penggunaan methyl methacrylate (MMA) yang dikombinasikan dengan styrene dapat meningkatkan daya tahan, retensi warna, dan ketahanan terhadap erosi serat dan
meningkatkan ketahanan terhadap cuaca (Harper dan Petrie, 2003). Styrene dapat digunakan untuk membentuk suatu model kopolimer (polimerisasi pasangan monomer berbeda) dengan MMA yaitu kopolimer blok dan graft menggunakan teknik polimerisasi anionik, polimerisasi radikal konvensional, dan polimerisasi massal pada suhu 50oC (Kotaka et al., 1968; Chiu et al., 2006 ). Maka dalam penelitian ini digunakan MMA dan styrene sebagai pengikat pada pembuatan OSB dari vascular bundles limbah batang kelapa sawit. Skema reaksi kimia kopolimerisasi styrene dan MMA ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. Skema Reaksi Kopolimerisasi Styrene dan MMA (Chiu et al., 2006) Methyl methacrylate (MMA)
Methyl methacrylate (MMA) adalah cairan atau padatan tidak berwarna yang dapat larut dalam air, dapat terbakar, beracun dan bahan yang iritan. MMA mempunyai berat molekul 100,11, titik didih 100oC, titik beku -42,2 oC, dan kerapatan 0,936 (Wahyuni dan Dew, 2003). MMA adalah kelompok monomer dengan struktur kimia yang secara utama ditentukan oleh R-sebagai gugus samping. Perbedaan MMA dengan jenis akrilat yaitu mempunyai gugus metil pada posisi α dari gugus vinil (Putri, 2008) dan mempunyai sifat mudah menguap yang berasal dari aseton, sianohidrin, metanol, dan asam sulfat encer yang digunakan dalam produksi resin akrilik (Harper dan Petrie, 2003). MMA dapat dipolimerisasi menggunakan styrene menjadi kopolimer dengan teknik polimerisasi radikal konvensional atau dengan polimerisasi radikal bebas terminasi (Baldwin, 1963; Kotaka et al., 1968). Polimerisasi MMA juga dapat melalui polimerisasi panas (heat cured) dengan suhu polimerisasi 50 - 170oC (Jovanovic dan Adnadjevic, 2007) dan pada penelitian ini MMA dipolimerisasi menggunakan styrene yang terkandung dalam styrofoam.
Methyl Ethyl Ketone Peroxide (MEKP)
Methyl Ethyl Ketone Peroxide (MEKP) adalah bahan kimia yang dikenal sebagai katalis. MEKP termasuk senyawa polimer dengan bentuk cair, berwarna bening. Katalis berfungsi mempercepat proses pematangan/pengerasan (curing) pada bahan matriks suatu produk komposit. Katalis yang dicampurkan pada cairan matriks akan mempercepat proses laju curing, tetapi akibat mencampurkan katalis terlalu banyak dapat membuat produk komposit menjadi getas (Adryani dan Maulida, 2014).
MEKP berperan sebagai agen pengerasan (hardening agent) dalam pembuatan resin akrilik, sebagai agen pematangan untuk resin poliester tak jenuh (Shirazy dan Fayed, 2015). MEKP bekerja melalui pembentukan radikal bebas yang mengkatalisis polimerisasi monomer. Berdasarkan percobaan sistematis yang sudah dilakukan yaitu polimerisasi monomer vinyl, styrene, dan methyl methacrylate (MMA) pada suhu suhu 65-80oC (Gopalan dan Santhappa, 1957).
Berdasarkan penelitian, penggunaan MEKP berdasarkan kebutuhan yaitu sebesar 1% (b/b) dari jumlah matriks memberikan hasil tidak berbeda nyata dengan kebutuhan sebesar 2%, dan 3% (b/b) terhadap sifat fisis dan mekanis komposit (Oktaviana, 2014; Adryani dan Maulida, 2014; Hestiawan et al., 2017; Parnata et al., 2019). Maka dalam penelitian ini digunakan katalis MEKP sebesar 1% (b/b) dari jumlah matriks MMA dan styrene sebagai pengikat pada pembuatan OSB dari vascular bundles limbah batang kelapa sawit.
BAHAN DAN METODE
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
1 Kerapatan (g/cm³) 0,4 – 0,9
2 Kadar Air (%) ≤14
3 Daya Serap Air (%) -
4 Pengembangan Tebal (%) ≤12
5 6
MOE Kering (kgf/cm2) MOE Basah (kgf/cm2)
≥20.400 - 7
8
MOR Kering (kgf/cm2) MOR Basah (kgf/cm2)
≥82 - 9
10
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.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Morfologi Vascular Bundles yang Memungkinkan Terjadinya Interlocking Action dengan Polimer
Pada penelitian ini, vascular bundles dipisahkan dengan parenkimnya sehingga menyisakan domain lignoselulosa seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.
(a) (b) (c)
Gambar 8. Vascular bundles bagian pangkal (a), tengah (b), dan ujung (c)
Berdasarkan penelitian sebelumnya oleh Nuryawan et al. (2012) bahwa dimensi vascular bundles dengan panjang rata-rata bagian pangkal sebesar 8,98 cm, tengah sebesar 11,49 cm, ujung sebesar 11,18 cm. Diameter rata-rata bagian pangkal sebesar 0,73 mm, tengah sebesar 0,66 mm, ujung sebesar 0,62 mm.
Pada Gambar 9 hasil pemindaian SEM mengkonfirmasi bahwa permukaan ketiga bagian vascular bundles tidak smooth (rata) sehingga memungkinkan polimer/perekat/pengikat berpenetrasi dan melakukan ikatan mekanis (aksi bersikunci/ interlocking action).
(a) Bagian pangkal
(b) Bagian tengah
(c) Bagian ujung
Gambar 9. Hasil pemindaian SEM vascular bundles pada bagian pangkal (a), tengah (b), dan ujung (c)
Hasil Polimerisasi MMA dengan Styrene yang Berasal dari Styrofoam
Pada penelitian ini, styrofoam digunakan untuk mempolimerisasi MMA.
Berdasarkan Gambar 10 disajikan hasil pengujian DSC yang menyatakan bahwa MMA terpolimerisasi dengan penambahan styrofoam terbukti adanya peak (puncak) pada sekitaran suhu 100oC.
Gambar 10. MMA yang dipolimerisasi dengan styrene asal styrofoam menunjukkan puncak cured sekitaran 100C
Uji FTIR pada Gambar 11 dan 12 menunjukkan penambahan styrene yang berasal dari styrofoam terhadap MMA sebesar 1/4 bagian (MMA: styrofoam = 3:1 bagian berat) untuk mempolimerisasi MMA, mampu menghasilkan grafting MMA- styrene-vascular bundles.
Gambar 11. Ikatan kimia yang terjadi pada bilangan gelombang sekitar 3000 cm-1 akibat penambahan styrene yang terkandung dalam Styrofoam terhadap MMA
Vascular bundles
Vascular bundles dan MMA
13016-VB_1 Name
13016-VB By FPS Date Selasa, Februari 23 2021 Description
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500400
100
86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99
cm-1
%T
1031,64cm-1 1415,91cm-1
3333,18cm-1 874,04cm-1
1327,88cm-1
2920,16cm-1 1593, 98cm- 1
1643,92cm-1 1159,25cm-1 2850,68cm-1
559,44cm-1 438,07cm-1 515,19cm-1 712,22cm-1 426,49cm-1 897,73cm-1
656,07cm-1 2287,36cm-1
2323,89cm-1
776,86cm-1 2163,12cm-1
2107,55cm-1
2083,22cm-1 1737,60cm-1
2050,67cm-1 1981,01cm-1
412,04cm-1 1795,69cm-1
2022,32cm-1
1907,90cm-1 402,86cm-1
1963,45cm-1
13016-VB MMA_1 Name
13016-VB MMA By FPS Date Selasa, Februari 23 2021 Description
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500400
100
91 92 93 94 95 96 97 98 99
cm-1
%T
1032,05cm-1 1420,61cm-1 3326,24cm-1
874,90cm-1 1324,78cm-1
1159,65cm-1 1593,11cm-1 2919,28cm-1
1645, 68cm- 1
2849,83cm-1 438,19cm-1
559,95cm-1 579,69cm-1 896,97cm-1 1231,22cm-1
656,75cm-1
712,40cm-1 2286,39cm-1
2324,91cm-1 2162,43cm-1 2348,11cm-1
1981,87cm-1
2105,34cm-1
672,71cm-1
2086,03cm-1
1739, 80cm- 1
2050,45cm-1 3749,38cm-1
2036,92cm-1
780,08cm-1 1914,52cm-1
2152,18cm-1 3901,84cm-1
Vascular bundles dan styrene
Vascular bundles, MMA dan styrene
Gambar 12. Detail ikatan kimia yang terjadi berupa grafting vascular bundles- MMA-styrene
Tabel 6. Deskripsi ikatan kimia yang dihasilkan dari karakterisasi FTIR VB VB MMA VB Styrene VB MMA
+ Styrene
Assignment Compound Class
438 438 437 436 Cl-C=O Acid chlorides
559 560 537 538 C-H out of
plane bending
Alkene
- - 695 695 C-C-CHO Aldehyde
712 712 753 753
874 874 875 902 C-H out of
plane bending
Alkene
1031 1032 1028 1028 C-O Esters
1159 1159 1154 1157 C-O-C Ethers
1416 1420 - CH3 bending Alkane
- - 1451 1451 C-H bending Alkane
- - 1492 1492 N-O
streching
Nitro compound
1594 1593 1600 1600 C=C Alkene Aromatic
1644 1645 - 1634 C=C
streching
Alkene
1737 1740 1740 1722 C=O
streching
Aldehyde
2851 2850 2850 2850 C-H
streching
Alkane
13016-VB styrene_1 Name
13016-VB styrene By FPS Date Selasa, Februari 23 2021 Description
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500400
99
82 84 86 88 90 92 94 96 98
cm-1
%T
695,02cm-1
1027, 93c m- 1
1451,51cm-1
753,76cm-1 537,64cm-1 1492,21cm-1
2920,37cm-1
3 0 2 5 , 2 1 c m- 1
1600,68cm-1 2849,39cm-1
663,75cm-1 1373,81cm-1
3059,76cm-1 905,00cm-1
1154,68cm-1 3337,64cm-1
3082,10cm-1
1583,40cm-1
1327,79cm-1
456,12cm-1 620,04cm-1
475,98cm-1 437,84cm-1
424,20cm-1 875,35cm-1
1645, 64c m- 1
411,76cm-1 1228,30cm-1
2324,06cm-1 2286,92cm-1
841,12cm-1
2239,71cm-1 2162,82cm-1
3609,89cm-1 1739,95cm-1
3629,23cm-1 1938,29cm-1
1869,75cm-1 1981,23cm-1
2111,85cm-1
2078,14cm-1 1799,80cm-1
2050,42cm-1 3749,73cm-1
3901,83cm-1
2022,12cm-1 3852,94cm-1
2010,26cm-1
13016-VB MMA+styrene_1 Name
13016-VB MMA+styrene By FPS Date Selasa, Februari 23 2021 Description
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500400
99
84 86 88 90 92 94 96 98
cm-1
%T
695,15cm-1
1 0 2 8 , 0 5 c m- 1
537,99cm-1 1451,77cm-1
3335,97cm-1
753,64cm-1
2918,96cm-1 1492,45cm-1
1600,60cm-1
3025,50cm-1 1156,93cm-1 663,95cm-1
1371,89cm-1 1318,48cm-1 3060,38cm-1
3082,84cm-1 2850,08cm-1
619,21cm-1 902,05cm-1 1634,79cm-1
436,72cm-1 425,63cm-1
455,48cm-1
2324,02cm-1 1721,89cm-1 1203,01cm-1
2360,33cm-1 2162,51cm-1
2111,11cm-1 2084,64cm-1 2050,58cm-1
840,58cm-1 1980,90cm-1
1869,02cm-1
1941,65cm-1 2041,57cm-1
1801,54cm-1
813, 92cm-1
2920 2919 2920 2919 C-H Alkane
- - 3025 3025 C-H
streching
Alkane
3333 3326 3337 3336 O-H Alcohols
Absorpsi yang kuat dan luas pada daerah serapan 3400 - 3200 cm-1 menunjukkan O-H peregangan (stretching) pada gugus hidroksil selulosa (Khalil et al., 2011). Gugus fungsional C-H adalah kerangka selulosa tampak pada bilangan gelombang 2800 - 3000 cm-1 (Kinney et al., 2012). Daerah serapan 1740 – 1720 cm-1 dan 1600 cm-1 menunjukkan adanya gugus karbonil (C=O) dari MMA dan C=C cincin benzene yang berasal dari styrene (Suhardjo et al., 2011).
Sifat Fisis Oriented Strand Board (OSB) Kerapatan
Nilai rata-rata kerapatan OSB yang disajikan pada Gambar 13 diketahui bahwa kerapatan yang dihasilkan berkisar antara 0,44 – 0,58 g/cm3. Nilai rata-rata kerapatan OSB tertinggi terdapat pada perlakuan pangkal dengan pengikat MMA yang dipolimerisasi radikal dengan keton, sedangkan nilai rata-rata kerapatan OSB terendah terdapat pada perlakuan ujung dengan pengikat MMA yang dipolimerisasi radikal dengan styrene. Hal tersebut dikarenakan OSB yang dihasilkan dari vascular bundles bagian pangkal memiliki struktur yang lebih padat, dengan struktur anatomi di mana dari pangkal yang mendominasi adalah berkas vaskuler yang memiliki serat-serat yang berdinding tebal dan parenkim berdinding tipis (Rohadi, 1992). Oleh karena itu OSB yang dihasilkan dari vascular bundles bagian pangkal berdinding tebal memiliki rongga-rongga sel yang kecil sehingga proporsi volume rongga sel menjadi lebih kecil. Bowyer et al.
(2003) menyatakan bahwa perbedaan kerapatan dipengaruhi oleh ketebalan dinding sel, jenis kayu, kadar air dan proses dalam perekatan.
Nilai kerapatan OSB yang dihasilkan pada penelitian belum mencapai target kerapatan (0,75 g/cm3). Namun sudah memenuhi standar JIS A 5908-2003 tipe 8 base particleboard and decorative particleboard yang mensyaratkan kerapatan berkisar antara 0,40 – 0,90 g/cm3.
