Sintesis dan Pencirian Resin Lignin Resorsinol Formaldehida Untuk Perekat Kayu Lamina

SINTESXS DAN PENCKJUAN

RESIN H G r n RESORSl'NOL FORMALDErnA

UNTUK PERIEKAT KGYU

LAMINA

PROGRAM PASCASARJANA

INSTITW PERTANIAN

B O W R

ADI SANTOSO. Sintesis dan Pencirian Resin Lignin Rasorsinol Formaldehida untuk Perekat Kayu Lamina. (Di h w a h bim bingan SURDlDlNG RUHENDI sebagai ketua, SUMINAR S. ACHMADI dan YUSUF S U N M I sebagai anggota).

Lindi hitam yang dihasilkan oleh pabrik pulp di Indonesia diperkirakan mencapai lebih dari 2,3 juta tonhhun. Larutan ini sudah sejak lama diupayakan pemanfaatannya sebagai bahan perekat untuk keperluan industri

kayu,

terutama untuk jenis perekat kempa dingin (cddswng).

Namun demikian, sampai saat ini belum diperoteh formulasi perekat yang sesuai dengan kebutuhan industri, khususnya dalam ha1 pot h n y a yang sing kat. Dalam penelrban ini dilakukan bebetapa modifikasi pada komposisi bahan perekat, dengan tujuan mmperokh formula yang bersifht lebih aplikatif.

Kopolimer hasil rea ksi tersebut diaplikasikan pada kayu lamina dua lapis berukumn panjang 50 cm, bbar 5 cm, dan tebal 2 cm, setiap bilah kayu dilaburi dengan perekat sebanyak 170 g/m2 permukaan. Selanjutnya contoh dikempa

dengan

waMu

berbeda, yaitu 8 jam dan 15 jam, pada tekanan t ,O MPa. Daya rekat dan emisi formaldehida pemkat ciiuji dan dievaluasi berdasarkan standar Jepang (JAS).

Hssil penelltian menunjukkan bahwa lignin isoiat mengandung 49% siringitlguaiasil, dengan

bobot

molekut 1046, kadar metoksil 9 0,694, hidrok- sifenolik 2,1%, a h 16,794, lignin mumi 70,8%, dan suhu transisi pelelehan

ABSTRACT

AD1

SANTOSO. Synthesis and Characterization of Lignin Resorcinol Formaldehyde Resin for Laminated Wood Adhesive. (Under supervision of SURDIDING RUHENOl as chairman, SUMINAR S. ACHMADI and YUSUF SUOO HAD1 as members).

Black liquor generated

from

pulp mills in Indonesia is estimated more than 2.3 millions tones per year. This Rquid has been explored to be used for wood adhesive, however the resub for industrial application is considered

unsatisfactory due to the fact that the pot life of adhesive is shod relatively. This study examined several modifications on adhesive composition to achieve applicable formulae for cold setting adhesive.

First, the dispersed lignin in the liquor was separated by re- precipitation to prduce isolated lignin, followed by its characterization. The characteristics were compared to an imported lignin (tndulin-AT), which is

emission of the adhesive were tested and evaluated based on Japanese

(JAS) standard.

The Results indicated that the isolated lignin contained approximately

49% of syringillguaiacyf, with 1046 molecule weight, 10.6% rnethoxyl group,

2.1 % phenolic group, 16.7% ash, 70.9% pure lignin, and 138OC temperature

of transition phase. The characteristics are similar to IndulimAT that was

used as reference. After mbdng with resordnol and formaldehyde

constituents,

the r e d showed that the optimum L: R: F mole ratio was

1 :0.5:2 and the percentage of para formaldehyde was 1 . 5 O h of solid content.

The pot life of adhesive was 227 minutes, with 48.95% resin content, 3.71%

free formaldehyde, 1220 molecule weight, 1-16 specific gravity and 1 50°C

temperature of transition phase. The test on laminated wood indcated that

bonding strength of the product was 51.82

kg(cm2

(wet test) and 11 7.47

kglcrn2 (dry test), The formaldehyde emission

was

about 0.014 ppm.

Therefore, the synthesis of isolated lignin with the resorcinol and

formaldehyde produced LRF, a unique wood adhesive with good copolymer

characteristics and met bonding strength and formaldehyde emission

Saya menyatakn dengan sebenamya-benamya bahwa segala

pemyataan

&lam

disertasi saya yang berjudul: 'Sintesis dan Pencirian Resin

Lignin Resorsinol Formaldehida untuk Perelcat Kayu lamina* merupakan

gagasan atau

hasir

penelin diertasi saya sendin, dengan pembimbingan

Komisi Pembimbing, kecuali yang dengan jelas dikrnjukkan rujukannya.

Disertasi ini belum pemah diajukan untuk mernperoleh

gelar

pada program

sejenis di perguruan tinggi lain.

Semua

data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.

Bogor, 14 Juli 2003

Nama : Adi Santoso

SINTESIS

DAN

PENCIRIAN

RESIN LIGNIN RESORSINOL

FORMALDEHIDA

UNTUK

PEREKAT

KAYU LAMINA

Dirtasi

Sebagai salah

satu

syarat untuk memperoleh gelar Do ktor pada

Program Studi llmu Pengetahuan Kehutanan

PROGRAM PASCASARTANA

IlYSTITUT

PERTANIAN

BOGOR

Judul Disertasi : Sintesis dan

Pencirian

Resin Lignin Resorsinol

Formaldehida untuk Perekat Kayu Lamina

Nama ma hasiwa : Adi Santoso

N I M :

P

14600014 1 IPK

Menyetujui

1 . Komisi Pembim bing :

(Prof. Dr. Ir. H. surdding ~uhendi, M.Sc) Ketu a

I I

(Dr. Ir. Suminar S. Achmadi) (Prof.

.

Yusuf Sudo Hadi, M.Agrj

Anggota Anggota

2. Ketua rogram Studi IPK

R

3. DireMur Program Pascasarjana

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal

5

Juti 1958 sebagai anak tunggal dari pasangan K. Prajitno dan Supiah. Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan llmu Pengetahuan Alam

Unpad, Bandung, lulus pada tahun 1986. Pada tahun 1991, penulis

mendapat tugas belajar dari Departemen Kehutanan pada Progtam Studi t lmu Pengetahuan Kehutanan IPB Bogor dan menamatkannya pada

&hun

1994. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doMor pada program studi dan perguruan tinggi yang sama diperoleh pada tahun 2000.

Penulis bekerja sebagai Peneliti di Pusat Penelitian dan Pengem-

bangan Teknologi Hasil Hutan

sejak

tahun

1M6.

Bidang

Penelitian yang

rnenjadi tangg ung jawa b penulis adala h Pemanfaatan Hasil Hutan.

Selama mengikuti program S3, penulis menjdi anggota Masyarakat Peneliti Kayu Indonesia, Himpunan Polimer Indonesia, Himpunan M ikrobio- logi Indonesia, dan Persatuan Sarjana Kehrrtanan Indonesia.

Karya ilmiah berjudul 'Daya Tahan Garis Rekat

LRF

pada Kayu Lamina Manii terhadap serangan Rayap Kayu Kering" telah disajikan pada Seminar Nasional V Masyarakat Peneliti k y u Indonesia

(MAPEKI) di

-or

pada bulan Juli 2002. Dua buah artikel telah diterbitkan masing-masing dengan judul 'Penganrfi Komposisi Perekat

Lignin

Resorsinol Formaldehida terhadap Emisi Formaldehida dan S h t Fisis-Mekanis Kayu Lamina" pada

Jumal Teknologi Hasil Hutan, 14(2): 7-15,

2001

dan 'Pemanfaatan Lindi

dan Pengembivlgan Kehutanm,

3(2):

145-156, 2002. Artikel lain rnasing- masing berjudul 'fsutasi dan Karakterisasi Lignin dari Lindi Hitam untuk

Bahan Perekat Kayu Kempa Dingin" akan diterbitkan p d a Majalah IPTEK,

ITS pada tahun 2004, dan Vengaruh Komposisi Resin dan Kadar AdKi

dalam Perekat Linin Resorsinol Formaldehida tehadap Keteguhan Rekat

Kayu Lamina Kernpas", akan diterbrtkan pada Buletin Penelilian Hasil Hutan

pada tahun 2004.

Karya-karya

ilmiah tersebut merupakan bagian dari

PRAKATA

Penurts memanjatkan segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT dengan selesainya

karya ilmiah ini,

yang menrpakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi llmu Pengetahuan Kehutanan, Program Pascasarjana l n t i i Pertanian Bogor.

Karya ilmiah yang berjudul 'Sintesis dan Pancirian Resin Lignin Resorsinol Fomatdehida untuk Perekat Kayu Lamina" ini dapat diselesaikan berkat hntuan dan sumbangan pemikiran dari berbagai pihak. Unkrk itu penulis menyatakan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya, khuslanya

kepada

Prof. Dr. Ir. H. Surdiding Ruhendi, M.Sc selaku ketua komisi pembimbing, Dr. tr. Suminar S. Achmadi dan Prof.

Dr.

Ir. H. Yusuf Sudo Hadi, M.Agr selaku anggota komisi pembimbing, Kepala Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Hasil

Hutan yang tela h memberrkan kesempatan dan fasilis selama penulk

menjahni kuliah dan peneliian, dan selunrh rekan karyawan dan

karyawati di Pusat Penelitian dan Pangem-bangan Teknologi Hasil Hutan, seda para kerabat penulis atas dorongan moril dan materil yang dberikan.

Penulis berharap, agar semua yang disajikan ini d a p t rnemberikan

dasar bagi penelian lebih lanjut dan bermanfaat bagi perkembangan

keitmuan khususnya di bidang kehutanan.

Bogor, Juli 2003

DAFTAR

1st

Halaman

[image:183.612.42.506.40.781.2]

DAFTAR TABE L

...

xiv

...

DAFTAR GAMBAR xv

...

DAFTAR LAMPIRAN

...

.

.

xvii

I

.

PEN DAH U

1

UAN ... 1

... 1.1. Latar Belakang I 1.2. Tujuan Penelitran ... 4

II

.

TtNJAUAN PUSTAKA

...

5

2.1. Lignin

...

5

2.1 . 1. Lignin dari Lindi Hitam Kraft

...

5

...

2.A . 2. Aplikasi tignin

sebagai

Perekat Kayu 10 ... 2.1 .3

.

Perekat Kernpa Dingin Lignin Resorsinol Formaldehida 11 2.2. Kay

u

Lamina

...

1 4 2.3. Deskri pi Kayu Kern pas (Koompassia malaceensis Maing . )

...

18

... 2.4. Teknik Pencirian Lignin dan Kopolimernya -20 ... 2.4.1. Pencirian Unsur dan Gugus Fungsi 21 ... 2.4.2. Penentuan Disttibusi B o k t Molekul 22

...

2.4.3. Pencirian Kekristatan -24

...

...

2.4.4. Pencirian Cara Termal

....

-27

2.4.5. Pencirian Mikroskopis Penetrasi Koplimer LRF pada Kayu

...

Lamina -30 III

.

ISOLASI DAN PENClRlAN LIGN1N DARl LtNDl HlTAM

...

31

xii

...

3.2. Bahan dan Metode 32

...

3.2.1. Bahan dan Alat

-32

3.2.2.

Metode

...

33

...

3.3. Hasil dan Pembahasan 39

...

3.3.1. Ciri tindi Hitam 39

...

3.3.2. Ciri Kualitati t i n i n Isobt 40

...

3.3.3. Ciri Kuantitatif Lignin Isolat -43

...

3.4. Kesimpulan 51

IV

.

SlNTESlS DAN PENClRlAN KOPOLIMER

...

UGNIN RESORSINOL FORMALOEHIDA

.

.

...

-52

4.1. Pendahuluan

...

52

...

4.2. Bahan dan Metode 53

4.2.1. Bahan dan Alat

...

..

..

..

...

53 4.2.2. Metode

...

54

...

4.3. Hasil dan Pernbahasan 57

...

4.3.1. Ciri Kualitatif Kopolimer Lignin Resorsinol Farmaldehlda -57 4.3.2. Optimasi Kualitatif Ciri Komposisi Kopolimer Lignin

Resorsinol Formaldehida

...

.

.

.

.

...

4

4.3.3. Stfat Fisiskimia Resin Lignin Resorsinol Formatdehida

...

70

...

4.4. Kesirnpulan -74

V

.

PENGARUH KOMPOSiSI DAN KADAR ADITIF DAIAM PEREKAT

11GNIN RESORSINOL FORMALDEHIDA TERHAOAP KUALITAS

...

KAYU LAMINA KEMPAS 75

...

5.1

.

Pendahu luan

75

...

5.2. 8ahan dan Mebde

77

...

5.2.1

.

Bahan dan Alat

77

...

...

5.3. Hasil dan Pembahasan -84

5.3.1. Optimasi Komposisi Resin dan Penggunaan Aditif ... 84

5.3.2. Kinerja Perekat Lignin Resominot

Formaldehida

...

94

VI

.

PEMBAHASAN UMUM

...

.

.

...

108

6

.

1 . Ciri Lig nin tsolat sebagai Bahan Baku Perekat Kayu ... 108

...

6.2. Pencirian Kopolimer Lignin Resorsinol Fomatdehida 109 6.3. Ciri Komposisi Aplikatif Perekat Lignin Resorsinol

...

Formaldehida 111

6.4. Kinerja Perekat Linin Resorsinol Formalde hida ... 113

...

VII

.

KESIMPULAN DAN SARAN 116

...

7.1. Kesimpulan 116

...

7.2. Saran 117

...

OAFTAR TABEL

Ta be1 Halaman

3. I. Pita serapan spektrometer infmmerah lignin isolat 1

dad iindi hitam (cm- )

...

..40

3.2. Ciri kuantitatif lignin isolat

...

44 4. f

.

Komposisi resin lignin resorsinol formawe hida (LRF), dalam mo1.

..

55 4.2. Pita serapan spektrorneter inframerah

reaktan,

kopdlimer LRF,

1

dan perekat PRF (cm- )

...

.

.

...

-58

4.3. Derajat kekristalan (%)

koptimer

lignin resorsinol formaldeh rda

pada berbagai komposisi ... .66

4.4. Suhu fa- transisi pelelehan (OC) kopolimer lignin

resorsinol formaldehida pada krbagai kornpsisi

...

..68

4.5. lkhtisar hasil pengujian sifat fisis-kimia resin lignin resarsinol

...

formaldehida. 77

5.1. Komposisi Resin Lignin Resorsinol Formaldehida (LRF) ... ..80

5.2. Derajat kekristalan resin

LRF

pada komposisi optimum

dengan berbagai kadar aditif

...

.

.

... .86 5.3. Suhu fase transisi pelelehan resin LRF pada komposisi optimum .. .88

5.4. Sidik ragam kadar resin padat dan waktu tergetatin LRF.. ... .90

5.5. Sidik ragam

kadar formaldehida bebas

LRF

...

93

5.6. Nilai

. .

ntaan keteguhan geser tekan kayu lamina kempas (kg/crn2),

...

UJI kering -95

DAFTAR GAMBAR

Garnbar Ha faman

2.1. Stnrkhrr lignin Kraft (8orregarad 2001 )

...

6

2.2. Unit fenil propanoid lignin ... 7

...

2.3. Reaksi lignin dengan alkali {Hon 1 998) 8 2.4. Perkiraan reaksi pembentukan lignin formaldehida. pada suhu 80% (Landucci 1981

dsdam

Hemingway

...

dan Conner t 988) 9

...

2.5. Tahapan proses pernbuatan kayu lamina 15 2.6. StruMur kristal-amorf polimer. (a) mewakili daemh berkristal dan (b) m ~ k i l i daerah arnorf (Cowd 1991)

...

24

2.7. (a) interfemnsi membangun. (b) interferensi merusak

...

(Cowd 1991 ) 25

...

2.8. Skema pemantulan sinar-X oleh bidang netral (Cowd 1991) 26

...

2.9. Bagan kristalit (a) tak terarah. (b) terara h -27

...

2.1 0 . Cara menaksir plot DTA (Surdia 1 994) 29

...

3.1. Transmitans spektrum inframerah lignin isolat dan indulin-AT 40 3.2. Difraktogram lignin isolat dan indulin-AT

...

42

3.3. Termogram trrtnsisi fase Iignin isoiat dan indulin-AT

...

43

4.1. Spektrum inframerah lignin reaktan bahan resin LRF

...

59

4.2. Spektrum inframerah kopotimer LRF dan resin PRF

...

59

4.6. Temogmrn lignin. lignin formaldehida. dan lignin resorsinol

...

formaldehida

63

4.7. Spsktnrm inframerah kopolimer lignin resorsinol formaldehida ... 65 4.8. Difraktogram kopolimer LRF pada berbagai komposisi

...

65 4.9. Termogram kopolimer lignin resorsinol fonnaldehida

...

89

...

5.1 . Contoh uji ketegu han geser tekan 81

...

5.2. Spemrn inframerah kopolimer lignin resorsinol formaldehida 85

...

5.3. Dim ktograrn perekat LRF dengan berbagai kadar aditif 86 5.4. Tennogram perekat LRF dengan berbagai kadar aditif

...

87

...

5.5. Kadar resin padat dalam LRF 89

...

5.6. WaMu tergelatin LRF -89

...

5.7. Formaldehida bebas LRF 92

5.8. Hubungan antara kadar aditif dengan formaldehida

...

bebas 93

5.9. Emisi formaldehida kayu lamina. masa kern pa 8 jam

...

100

...

5.10. Emisi formaldehida kayu lamina. masa kempa 5 jam 100

5.1 1

.

Hubungan antara kadar aditif dengan emisi formaldehida

kayu lamina. masa kernpa 8 jam

...

103 5.12. Hubungan antara kadar aditif dengan emisi formaldehida

...

kayu lamina, masa kempa 15 jam 104

5.13. Penampang linkng kayu lamina kempas

DAFTAR LAMPlRAN

Lampiran Halarnan

1. Ciri kuantitatif iignin isolat asal lindi hitam

...

I25

2.

Kadar resin padat lignin resorsinol formaldehida.

.. . .. . .. . .. .

.

..

. .. . . .. .

.1

3. Waktu tergelatin resin lignin resorsinol formaldehida

pada 25

OC

(menit).

.. . .. . .. . .

. . .. . . .

. .

.

.

.

. .

.. . . .

.

.

,

. . .. . .. . .. .

..

.

..

.

. . ..

, , , ,

.

, ,

.

I

Z

5 . Uji beda Waktu Tergeiatin (menit)

...

..

... ...

...

...

. ... ....

128

6. Fomaldehlda bebas ( x 10%) resin lignin resorsinol

fomaldehida

. .. . .. .

..

. .. . .

..

. ..

.

..

. .. . . .. .. .. .

..

. .. .

..

. . .. . ..

,

..

, .

.

,

.

.. . . .

. . .

..

. , . . -129

7.

Uji beda kadar fonnaldehida bebas (%) . .. .

.. . .. . .. .

.

..

. . .

.

. .

. .. . .. . .. . .

..

. .. .I30

8. Keteguhan geser tekan kayu lamina kempas

(masa kempa 8

jam)..

.

.. . .

.

..

. ..

.

.. .

..

.

..

. .. . . .. . .. . .. .

..

. . .

. . .. . .

.

..

. ..

..

. . .

..

131

9. Vji beda keteguhan geser tekan kayu lamina kernpas (kglcm2),

uji kering .

..

. .. . .. . .. . .

..

.

. . .

. . .

.

.

. . .

.

. .

. . .

. .

..

. . .

. . .

.

. .

-133 1 0. Uji M a

keteguhan

geser tekan kayu lamina kern pas

2 a -

(kglcm ), UJI

bsah

...

135

1 1 . Emisi formaMehida (ppm) kayu lamina

kempas

.... . .

.

.

. . .

. . . ..

,137 12. Uji beda ernisi formaldehida kayu lamina kempas (ppm)

. ...

... 138 ? 3.

Penampang longitudinal

(a1 dan a2) dan penam pang

transversal (bl dan

b)

garis rekat kopolimer LRF

pada kayu lamina kempas

...

140

14. Kedalarnan penetrasi dan ketebalan garis rekat kopolimer

L

PENDAHULUAN

1 .I. Latar Belakang

Perekat merupakan salah satu bahan utama yang amat penting

dalam industri pengolahan

kayu,

khususnya kayu kornposit. Dari total

biaya produksi kayu yang dibuat dalam berbagai bentuk dan jenis kayu

kornposit, lebih dari 32% adalah biaya perekat (Sellers

2001).

Sampai saat ini, sebagian besar perekat yang diproduksi di

Indonesia adalah perelcat sintetik yang terdiri atas urea formaldehida

(80%), fend formaldehida (1 0%) dan melamin formaldehida (1 0%), p n g

peruntukannya memenuhi kebutuhan industri kayu lapis, papan partikel,

dan venir lamina. Sementara untuk produksi kayu pertukangan (wood

working)

untuk keperluan struktural atau

bangunan

dan perkapatan masih

menggunakan perekat irnpor, antara lain dari Belgia dan Jepang, yaitu

perekat dingin tipe WBP

dad jenis

fend resorsinol formaldehida (phenol

resorcinol

hmajdehyde,

PRF) dan resorsinol formaldehida

(resorcinol

formaldehyde,

RF). Sesungguhnya Indonesia bisa membuat perekat

serupa bila ditinjau dari potensi bahan baku fenolik ysng dimiliki, y a k dari

larutan sisa pemasak serpih kayu dari pabrik pulp.

tarutan sisa pemasak serpih kayu dari pabrik pulp dengan proses

kimia sulfat,

secara

teknis disebut lindi hitarn kraft

(kt&

black liquor).

Larutan ini sebagian besar mengandung lignin, dan sisanya terdiri atas

asam format,

asam

asetat, zat ekslraktif,

dan kornponen lain.

Beberapa hasil penehtian terdahulu mengungkapkan bahwa lignin

Lewis dan

L a m

1985). Sebagai bahan rnentah, penggunaan lignin madh sangat terbatas, padahal potensi

yang

didapat dari Indi hitam pada

pabrik pulp di lndonesia cukup besar. Oengan asumsi produksi pulp di Indonesia pada tahun 1999

adalah 4,9 juta

ton (Ibnusantoso 2000), maka dapat diperoleh lignin 0,4-1,1 juta ton.

Berkenaan dengan aplikasi perekat da tam bidang industri peng* lahan kayu, lignin dari lindi

hitam

bila dikopolimerisasi dengan resorsinol dan formaldehida akan mernbentuk lignin resorsinol formaldehida (LRF),

yang merupakan

perekat kempa dingin

seperti

halnya perekat RF dan PRF

( P i n i

1994).

Perekat

lignin jenis ini bisa dipakai untuk membuat kayu

komposit untuk keperluan struktural, seperti papan atau balok lamina. Bila diasumsikan bahwa untuk setiap total formula perekat dibutuhkan 20%

lignin, maka dari lignin yang diperoleh sebanyak 0,4-1,1

juta

ton akan

dapat diproduksi perekat sebesar 2,1-5,7

juta

ton.

Helsil penelitian menunjukkan bahwa produksi kayu pertukangan

Indonesia untuk tahun 1 999 tercatat sebanya k 842.5 ribu m3 (Djsjaredja

dan

Hidayat

2001) atau 547,6 ribu ton (dengan asumsi bobot jenis

rata-

rata 0,65)

dengan

nilai US $.25f ,31 juta. Bila diasumsikan bahwa setiap

produk kayu tersebut mernerlukan perekat sebanyak SO%, maka untuk memproduksi kayu pertukangan sebanya k itu diperlukan perekat 54,8 ribu

ton. Dengan demikian dapat diperkirakan bahwa lignin dari lindi hitam

ini

bisa mensubstitusi bahan baku untuk perekat berbasis fenofik, khususnya

RF dan PRF secara signifikan, dengan harga yang kbih murah karena

Upaya pembuatan perekat LRf dalam skala laboratorium telah

dilakukan, yaitu dengan mereaksikan lignin (1 mol), resorsinol (0,l-0,4

mol), dan formatdehida (2 mol) lalu rnenmplikasikan resin yang diperoleh

pada kayu lamina sengon (Paraserianthes falcataria

(L)

Nie tsen), kta pi

kualitas keteguhan rekatnya masih

belum

memenuhi persyarater n yang

diinginkan (Ruhendi 1999), sementara hasil penelitian

Santoao

et al.

(2001 ) rnenunjukkan bahwa kayu lamina manii (Mesopsis

eminii

Engl.)

yang direkat dengan perekat sejenis dengan kadar resorsinol sekiir 0,7-

0,9

rnol,

aman dalam ha1 ernisi formaldehidanya. Kedua penelitian di atas

tidak mengemukakan ciri dari tignin isolat yang digunakan, padahal

pernahaman yang lebih luas dan mendalam tentang ciri lignin yang

digunakan itu amat penting agar pemanfaatan kembali lignin sesuai

dengan fungsinya dapat lebih

ditingkatkan.

Bertolak pada kedua hasil penelian di atas, maka selanjutnya

dilakukan penelitian sintesis dan pencirian resin lignin resorsinol

formaldehida untuk perekat kayu lamina, yang meliputi spesifiknsi isolat

lignin kraft yang berasal dari lindi hitam sebagai bahan substitusi perekat

kayu lamina, menentukan perlakuan untuk memperoleh perekat berbahan

dasar lignin p n g memenuhi syarat untuk penggunaan industri pengolahan

kayu struktural sepeiti kayu lamina, dan mengkaji kinerja perekat lignin

yang diperoleh dalam aplikasinya pada papan lamina kayu kernpas

19. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan menetapkan ciri isolat lignin dan menen-

tukan

perlakuan

untuk rnendapatkan komposisi optimum perekat ber-

bahan dasar lignin, serta mempetajari kinerjanya

yang

sesuai untuk

produk kayu lamina.

Untuk mencapai tujuan tersebut, dlakukan 3 tahap kegiatan

penelitian yang terdiri atas (a) isolasi dan pencirian lignin dari lindi hitam,

(b) sintesis dan pencirian kopolimer lignin resorsinol formaldehida, dan (c)

pengaruh komposisi dan kadar aditif dalam perekat lignin resorsinol

formaldehida terhadap mutu kayu lamina kempas.

1.3. Hipotesis

lignin memiliki struktur dan reaksi kimia tertentu yang apabila

diperla kukan melatui proses kopolimerisasi dapat dibuat sebsgai bahan

perekat kayu lamina. Kualitas perelrat kayu lamina yang dibuat dari lignin

itu diduga dipengaruhi oleh kornposisi bahan

baku,

kadar bahan aditif dan

waktu pengempaan yang diterapkan.

1 A.

Kegunaan

Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat dimanfaatkan sebagai

masukan bagi kalangan induslri perekat dan industri pengolahan kayu

dalam upaya peningkatan diversifikasi produk guna rnenghasilkan produk

II. TlNJAUAN PUSTAKA

2.1.

Lignin

2.1 .I. Lignin dari Lindi Hitam Kraff

Lindi hitam (black Iquor) mew pakan larutan sisa pemasak serpih kayu

yang berasal dari limbah pabrik pulp dengan proses kimia

sulfat,

mengan- dung krbagai komponen kimia dengan struMur dan susunan yang krbeda.

Pada dasamya lindi hitam ini dapat dikelornpokkan menjadi

t i a

bagian, yaitu

produk-produk degradasi karbohidrat, resin, dan lignin.

Lignin yang diperoleh dari lindi hitam proses kraft dengan bagan

struktur sepetti tercantum dalam a m b a r 2.1, secara teknis disebut Iignin kraff. Kornposisi komgonen kimian ya beragam bergantung pada spesies kayu

dan kondisi pemasakann ya. Untuk mendapatkan lignin dari tind i hitam, bisa

dengan

cam

pengendapan benhang (Kim et

el.

1987).

Lignin yang diperoleh dengan teknik isolasi tersebut adalah lignin yang

bobot molekulnya masih rendah atau derajat polimerisasinya rendah. Namun

demikian, menu rut Gillespie (1985) lignin ini adalah yang paling reaktif dalam

ha1 reaMifitas dengan fomaldehida bila dibandingkan dengan lignin

yang

diperaleh dari jenis lain seperti lwnin sulfit, lignin klason, atau lignin modifrkasi

(sulfometilasi ), sehingga memiliki potensi untuk bisa dimanfaatkan setmgai

[image:195.618.50.499.26.720.2]

Gambar 2.1 Sbktur lignin Kraft (Borregaard 2001 )

Sehin lignin yang merupakan komponen terbesar y ang terdapat pada

lindi hitarn, berbagai jenis produk k h a n kirnia dapat pula dihasilkan dari

isolasi dan pemisahan komponen kimia yang terdapat dalam larutan sisa

pemasak ini, di antaranya lignosulfonat, gula,

asam

atdonat, etil alkohol, protein, asam asetat, butanol, dan asam laktat.

Lignin adaiah polimer yang terbentuk dari monomer-monomer fenif

propana

(Cg),

yang terikat satu sama lain melalui ikatan eter dan ikatan

karbon ke karbon seperti halnya

ikatan

karbn-oksigen. Baik lignin alami

maupun lignin dari lindi hitam

bersifat

amoff dan mempakan senyawa

Menurut struMur penyusunnya, lignin

dapat

dibagi ke dalam dua

kelompok, yaitu lignin guaiasil

dan

lignin guaiasil4iringil.

(1). Lignin guaiasil, ialah lignin

yang

terdapt pada hampir semua kayu

konifer yang sebagian besar rnerupakan produk polimerisasi dari

koniferil alkohol.

(2). l g n i n guaiasil-siringil, ialah lignin khas kayu daun lebar yang

merupakan produk polimerisasi dari koniferil alkohol dan

sinapil

alkohol dengan nisbah krvariasi dari 2: 1 sampai 4:l.

Pizzi (1994) mengasumsikan bahw stnrktur lignin terbentuk dari p-

hidroksisinamil alkohol melalui perangkai oksidatif yang teroksidasi oleh

hidrogen peroksida dan peroksidase mernbentuk radikal fenoksi. EleMron tak

berpasangan dalam radikal fenoksi terdelokalisasi dan bereaksi pada

tiga

[image:196.628.47.527.14.801.2]

tempat radikal yang berbeda (Gambar 2.2).

Gambar 22. Unitfenil propanoid lignbr:

R,R2 = H, OCHj, R3 = H, CHa CH2

ateu I dan

(8

iMan yaw mungldn pada unit-unit fenil propanoid yang

Mn.

Lignin pada umumnya termasuk isolat lignin dad lindi hitam, rnerniliki

tiga

gugus

fungsi, yaitu gugus karbonil, hidmksienolik, dan hidroksilbenzilik.

hidroksifenolik berpean penting dalam reaksi yang menggunakan katalis

alkali terutama dalam pemanfaatan lig nin sebagai bahan baku perekat untuk

kayu lapis melalui reaksi hidroksimetilasi (Piui 1983. Gillespie 1 985, dan

S a n t ~ et al. 1985) maupun kopolimeri~si dengan fend (Santoso et al.,

2001). Di lain pihak. Hon (1 996) mengutarakan bahwa reaksi lignin dalam

kondisi basa akan rnenghasdkan produk utama yang terdiri

abs

senyawa- [image:197.612.43.529.29.735.2]

senyawa epoksi (1 01, difenilmetana (1 2-1 3 ) , a-eter karboksilat (1 41, dan unit terkondensasi (1 5) (Gambar 2.3).

[image:198.622.50.516.36.792.2]

L i n i n juga bereaksi dengan fomaldehida dan dapat krikatan silang dengannya,

dalam

cam y ang sama dengan resin-resin sintetik polifenolik (Gambar 2.4).

Gambar 2.4. Perkiraan reaksi pembentukm lignh formaldehida, pada suhu 80% (Landwci 1981 dalam Herningway et 81.1988)

Gillespie (1985) d&m Hemingway

et

a). (1988) menyatakan bahwa isolat lignin dari lindi hitarn mempunyai reaMivitas yang baik dengan formal- dehida, karena setiap 0,5 mol formaldehida dapat breaksi dengan 1 mot lrgnin (dengan asumsi b b o t molekul 1 rnol lignin s e k a r 180 gram, yang menrpakan bobot rataan dari unit fenil propana). Proses hid roksirnetilasi lignin yang dilakukan dengan

cam

mmenambahkan formaldehida, air, trietilena glikol, NaOH dan asam asetat glasial maisulat lignin, serta menggunakan katalis asam sambil diaduk

secara

mekanis pada pH sekitar 5,5 dan suhu

ruangan, akan menghasifkan perekat kayu yang memiliki kekuatan rekat yang

2.1 2. Apllkasi Lignin sebagai Perekat

Kayu

Lignin sebagai limbah yang dihasilkan dari pembuatan puip telah digunakan sebagai bahan perekat

sejak

dikenal pemasakan

kayu

dengan proses sulfit. Pemanfaatan lignin dari lindi hitarn didasari untuk mengurangi kebergantungan terhadap kebutuhan perekat sintetis sebagai hasil olahan asal minyak bumi yang merupakan sumber daya t'lak terbrukan, me-

ng

urang i pencemaran lingkungan dan menekan biaya perekat (Nimz 1983

dalam Pizzi 1994).

Berdasarkan strukturnya yang merupakan polifenol, lignin sebagai perekat mirip dengan resin fend formaklehida (phenol fomaMehybe, PF). Hal ini terutama secara nyata berlaku bagi lignin alam datam kayu, sernenbra

lignin teknis (lignosulfonat dan lindi hitam) haws diberi taut silang guna mengubahnya ke dalarn bentuk resin

yang

tidak larut. Namun reaksi kondensasi dalam tignin

dengan

pemanasan atau

asam

mineral tidak seefektif dalarn resin PF diwbabkan oleh tiga hal,

(1)

.

Hanya terdapat 0,5 posisi orto b b a s (orto pada

gugus

fenolik) per unit

G;

posisi 6 dan 2 kurang reaktif.

(2).

Kurangnya satu bnzil alkohol atau gugus eter per

unit

Cs

dalam lignin, sementara dalam resin PF rnencapai 3 gugus rnetilol yang dapat dimasuldcan ke dalam satu cincin fenalik.

(3) . Inti aromatik dalam lignin amat

kurang reaktif

daripada fenol terhadap

yang ekuivalen dengan metoksil daripada gugus hidroksil pada cincin-cincin aromatk lignin.

Selain itu, menurut Hon (1996) energi aktivasi dari hidroksimetilasi lignin (15 kkal) lebih rendah daripada reaksi fenolik sederhana (24 kkal). Dengan atasan-alasan tersebut, maka lignin teknis tidak dapat bertaut silang secara efektif

seperti

resin PF. Untuk aplikasinya diperlukan suhu kempa yang tinggi dengan waku pemanasan yang lebih lama atau dengan

menggunakan konsentmsi asam yaw lebih pekat.

Sutitnya

upaya pembuatan lignin sebagai bahan perekat t e r n s e t

telah mendorong pemakaian ll~nin ini sebatas

sebagai

campuran bahan perekat, dengan maksud untuk menghemat pemakaian perekat utama. Hal ini tercermin dari beberapa hasil penelitian, yang antara lain telah diungkapkan oleh

Falkehag

(1975), Pizzi (1

983),

Syafii (1

999),

Sellers (2001 ), lskandar

dan Sanbso (2001).

Meski

demjkian, tidak terutup kemungkinan bahw Vignin

dapat

pula dikopoiimerisasi dewan fenol atau resorsinol dan formaldehida sehingga rnernbentuk resin lignin fenot formaldehida (iignin phenol fmerldehyde, LPF) (Santoso et al- X)Ola), atau lignin resorsinot formaldehida (LRF) ( P h i 1994, Ru hendi

1999

; Santow et ai. 2001 b).

2.13. Perekat Kempa Dingin Lignin Remrsinol Formaldehlda