PENGARUH ASAM AKRILAT TERHADAP SIFAT MEKANIS PAPAN
PARTIKEL DARI SERBUK KAYU KELAPA SAWIT, POLYPROPILENA
BEKAS DAN UREA FORMALDEHIDA
Oleh :Sukatik Suryati Satwarnirat
Staf Pengajar Politeknik Negeri Padang
ABSTRACT
The research of making particle board of OPT powder, waste polypropylene (pp) and urea formaldehyde had investigated. Waste polypropylene as the reinforcer was modified with acrilyc acid coused has the polar function group ( pp-ak), so it can interacted with OPT’s cellulose. It can increased the mechanical property and stability dimension of particle board. The making of particle board was carried out by mixing OPT powder, pp-ak and urea formaldehyde. The pp-ak composition were 5, 10, 15, 20, 25, 30% and urea formaldehyde was 10% of the weight. The mixing of the materials was carried out at the melting point of the pp-ak ( ± 70 C ) and then they had to formed. The curing process was done in the Hot-Press mechine at the melting point of the pp-ak temperature. The sample of particle boards were characterized include mechanical test, fisical test and chemical test ( FT-IR ). The result showed that the addition ( modification ) waste pp with acrilyc acid can increased the mechanical property and stability dimension of the particle board. From analyses of the FT-IR showed there were interacted between OPT’s cellulose and pp-ak, that is hidrogen bridge.
Keyword : Oil Palm Trunk, waste polypropylene, reinforce, modification, interacted, mechanical property, hidrogen bridge.
PENDAHULUAN.
Limbah batang kelapa sawit di Indonesia hingga tahun 2005 diprediksi mencapai 117 juta pohon/(ha perkebunan), yang setara dengan 5,85 juta ton kayu kering/th. Kayu kelapa sawit (KKS) belum dimanfaatkan secara ekonomis karena kualitasnya yang rendah, tidak homogen dan mudah rusak oleh pengaruh cuacadan serangga. Beberapa peneliti telah menawarkan berbagai metoda pengolahan KKS agar menjadi bahan yang bernilai ekonomis. Darnoko (94) memanfaatkan serbuk KKS untuk papan partikel dengan perekat urea formaldehida, tetapi sifat mekanisnya belum memadai standar FAO. Sedang Afrina dkk (2001) memanfaatkan serbuk KKS untuk papan partikel dengan perekat campuran polypropilena (pp) dan urea formaldehida, ternyata papan partikel yang dihasilkan mempunyai kestabilan dimensi yang cukup baik tetapi campuran bahan-bahan hanya berinteraksi secara fisik.
Peningkatan pemakaian bahan plastik khususnya polypropilena ke segala aspek kehidupan telah menimbulkan masalah lingkungan karena plastik ini sukar terdegradasi secara alamiah. Masalah lain yang ditimbulkan oleh sampah plastik ini terutama yang berbentuk kantong kemasan/film adalah peresapan air tanah, penyumbatan saluran air, got dan sungai bahkan sampai ke muara sungai dan pantai yang sulit dibersihkan. Akibatnya peresapan air tanah dan saluran air terganggu, bahkan dapat mengakibatkan banjir. Sampah plastik (pp) ini ternyata dapat dimanfaatkan setelah dilakukan beberapa proses, diantaranya modifikasi dengan asam akrilat menggunakan inisiator dikumil peroksida, sehingga matrik polypropilena mempunyai gugus ujung yang bersifat polar.
Papan partikel umumnya dibuat melalui pencampuran serbuk kayu dengan perekat urea formaldehida. Pada proses ini hanya terjadi interaksi fisik, sehingga pada masa
pemakaian papan partikel ini tidak tahan terhadap kelembaban/air.
Dalam tulisan ini dipaparkan bahwa papan partikel dibuat dengan mencampur serbuk KKS, pp bekas hasil modifikasi dengan asam akrilat sebagai penguatdan urea formaldehida sebagai perekat. Akibatnya antara matriks pp hasil modifikasi yang mempunyai gugus polardapat berinteraksi secara kimia dengan selulosa KKS sehingga papan partikel yang dihasilkan lebih tahan terhadap pengaruh cuaca.
Kayu Kelapa Sawit
Kayu kelapa sawit ( KKS ) biasa diambil dari perkebunan kelapa sawit saat peremajaan, atau setelah batang kelapa sawit berumur 25 tahun. KKS terdiri dari serat dan parenkim. Kandungan parenkim meningkat sesuai dengan peningkatan ketinggian pohon. Parenkim pohon kelapa sawit bagian atas mengandung pati sampai 40% sehingga tidah layak digunakan sebagai bahan baku pembuatan pulp.
Pemanfaatan batang kelapa sawit didasarkan sifat kimianya yang terkandung pada batang. Bagian bawah sampai ketinggian 2 meter diatas tanah tepat untuk industri perkayuan, sedang diatas 2 meter memerlukan pengolahan lebih lanjut bila akan digunakan untuk industri kayu. Bagian ini dapat diarahkan untuk bahan pembuatan papan partikel. Pada penelitian ini serbuk KKS diambil dari batang kelapa sawit pada ketinggian diatas 2 meter. Selulosa
Selulosa merupakan komponen utama bahan kayu. Kira-kira 40 - 50% bahan kering dari kebanyakan spesies kayu adalah selulosa. Selulosa merupakan homopolisakarida dengan rumus molekul sebagai berikut :
Gbr. 1.Struktur Molekul Selulosa. Struktur morfologis selulosa berbentuk serat yang mengakibatkan selulosa mempunyai kekuatan tarik yang tinggi dan tidak larut dalam kebanyakan pelarut. Selulosa adalah polimer alam yang mudah terdegradasi terutama pada produk kayu seperti pulp, yang menyebabkan perubahan ikatan rantai utama makro molekulnya dan dapat menurunkan berat molekul atau panjang rantainya. Hidrolisis selulosa dalam suasana asam akan menghasilkan monosakarida utama D(+) glukosa (Sjostrom, 1981).
Selulosa juga dapat mengalami substitusi disekitarnya, sehingga asetilasi dapat terjadi pada gugus hidroksil primer, sekunder dan tersier. Gugus hidroksil primer (OH-6) memiliki reaktifitas yang lebih tinggi (Sjostrom, 1998). Reaksi selulosa dengan bahan polimer yang bersifat polar juga terjadi substitusi gugus hidroksil primer ( OH-6 ). Reaksi pp dengan asam akrilat dapat terjadi seperti reaksi (1) dan pp termodifikasi dengan asam akrilat ( pp-ak) terlihat pada reaksi (2).
Mekanisme reaksi.
1. PP dengan asam akrilat
ROOR
→
2RO
*
O OH H CH 2O H H H H OH O H O O O H H H H H OH OH CH 2O H n H RO* * + ROH PP rad CH2 = CHCOO H CH 2 - CHCOO H PP2. PP-ak dengan sellulosa
Papan Partikel.
Papan partikel adalah papan yang dihasilkan dengan memampatkan partikel-partikel kayu dan sekaligus mengikatnya dengan suatu perekat sintesis kemudian dipress (Dumanauw, 1990). Material gabungkan dan diawetkan dibawah panas dan tekanan. Kekuatan produk terutama tergantung bahan perekat serta ukuran dan bentuk partikel (Riegel’s, 1992). Tipe papan partikel ini tergantung ukuran dan bentuk partikel, jumlah resin (perekat) yang digunakan, kerapatan papan partikel yang dihasilkan, sifat dan kegunaan potensial papan partikel berbeda-beda dengan peubah-peubah ini.
Tipe utama partikel yang digunakan untuk papan partikel adalah sebagai berikut :
1. Pasahan, partikel kayu kecil berdimensi tak menentu, berasal dari limbah pengetaman.
2. Serpih, partikel kecil dengan dimensi yang ditentukan, berasal dari pealatan khusus, serat sejajar dengan permukaan. 3. Bentuk kiskuit, berupa serpih
tetapi lebih lebar. Biasanya lebih besar dari o,o25 inci tebalnya dan lebih dari 1 inci panjangnya. 4. Tatal, dihasilkan dengan
memotong kayu menggunakan pisau atau pemukul.
5. Serbuk gergajian, berasal dari limbah gergajian kayu.
6. Untaian, pasahan panjang. Pipih dengan permukaan sejajar. 7. Kerat, potongan hampir persegi,
melintang, panjang sedikitnya 4 x ketebalannya.
8. Wol kayu, (ekselsior), keratin panjang, berombak, ramping (Haygreen, 1996).
Sebagian papan partikel digunakan untuk lapisan furniture dan dalam rumah sebagai interior dinding dan langit-langit, sebagai bahan pengganti lantai, bahan pelapis dan sebagai komponen dalam interior. Tipe yang tebal digunakan sebagai papan serat dan papan keras dan dipakai sebagai pelapis permukaan (Riegel’s, 1992).
Papan pertikel tidak mengalami penyusutan, ketahanan terhadap jamur tinggi karena adanya pengawet. Dalam penelitian ini penggunaan polipropilena dapat bertindak sebagai penguat yang dapat meningkatkan ketahanan pengembangan dimensi. Asam akrilat sebagai pemodifikasi pp juga dapat bertindak sebagai pengawet terhadap serangga karena bersifat toxid. Papan partikel juga merupakan bahan isolasi panas dan bahan akustik yang baik. Keuntungan penggunaan papan partikel adalah :
1. Merupakan bahan konstruksi yang cukup kokoh.
2. Dapat menghasilkan bidang yang luas.
3.
Pengerjaannya mudah dan cepat.4. Mudah dilapisi kertas dekor, finir dan lain-lain.
5. Memiliki kestabilan dimensi (Dumanau, 1990)
+
Sellulosa
PP-ak
COOH
CH
CH
2Celluloce interacted PP- ak
O
OH
OC
CH
CH
2MATERI DAN METODA Bahan-bahan
Serbuk KKS diambil dari perkebunan PPKS saat peremajaan pada ketinggian 2m dari atas tanah. PP bekas hasil daur ulang. Asam akrilat dan benzoil peroksida pa Merk. Xilena dan urea formaldehida teknis dari Bramaco. Alat-alat. - Spektrometer FT.IR - Timbangan elektronik - MechanicTest - Hot Press - Mixer - Alat-alat kimia Metode. 1. Penyediaan serbuk KKS
Kayu dipotong dan dikeringkan, selanjutnya dijadikan serbuk dengan ukuran 80 mesh. Lalu dikarakterisasi.
2. Modifikasi pp
Plastik pp bekas dibersihkan dan dikeringkan. Dipotong-potong dan dimodifikasi dengan asam akrilat dalam alat refluks, diperoleh pp-ak . Dikarakterisasi sebelum dan sesudah modifikasi.
3. Pencetakan papan partikel.
Serbuk KKS dimasukkan dalam larutan pp-ak. Diaduk terus dan ditambahkan 10% berat urea formaldehida. Dalam keadaan panas, campuran ini dimasukkan kedalam cetakan dengan ukuran 1 cm x 2,5 cm x 15 cm dan di press. Dilakukan hal yang sama pada berbagai konsentrasi pp-ak ( 5; 10; 15; 20; 25 dan 30% berat ).
4. Karakterisasi papan partikel.
Karakterisasi papan partikel meliputi uji mekanis, uji fisik dan uji kimia.
Uji mekanis dilakukan dengan alat mechanic test untuk mengetahui kelenturan bahan. Sampel diletakkan diantara dua tiang sanggah. Lalu diberi beban, beban terus menerus diperbesar sedikit demi sedikit. Sampai sampel mengalami lengkung maksimum. Dicatat besarnya beban (P’). Beban dinaikkan lagi hingga sampel patah dan dicatat besarnya beban (P). Dilakukan untuk semua sampel.
Uji fisik untuk mengetahui kestabilan dimensi bahan. Sampel dengan ukuran (volume = 1 cm3 ) direndam dalam air selama 12 jam.
Lalu sampel ditiriskan. Diukur kembali dimensinya untuk mengetahui perubahan volumenya. Volume sampel setelah perendaman dicatat dan dibandingkan dengan volume sebelum perendaman. Dilakukan untuk semua sampel.
Uji kimia dengan spektrometer untuk mengetahui adanya perubahan gugus fungsi pada sampel. Sampel serbuk KKS dan sampel papan partikel dikarakterisasi menggunakan spektrometer FT.IR.
HASIL DAN PEMBAHASAN.
1.
Hasil Penelitian.Hasil penelitian dapat dilihat dari beberapa tabel berikut:
Tabel 1.Hasil uji kuat lentur.
ppak % Y cm P’ kg P kg MOE Kg/cm2 MOR Kg/c m2 5 10 15 20 25 30 0,2 5 0,2 6 0,2 8 0,2 9 19,86 20,56 21,73 25,46 27,43 32,66 20, 2 21, 2 23, 2 27, 5 12014,6 12400,5 12519,9 13006,3 13291,9 14794,8 132,4 2 148,3 7 162,2 9 171,6 4
9 0,3 0 6 36, 4 7 198,8 2 Keterangan :b = 1 cm; d = 2,5 cm, l = 15 cm L = 12 cm Y : jarak defleksi d : lebar sampel l : panjang sample L : jarak penyangga P’ : beban lentur P : beban patah b : tebal sampel
Tabel 2. Hasil Uji Pengembangan Volume.
No Vo2 ∆Vo V2 ∆V 1 48,21 38,21 14,23 4,23 2 46,12 36,12 14,70 4,70 3 48,92 38,92 13,90 3,90 4 47,98 37,98 13,80 3,80 5 45,27 35,27 14,23 4,23 6 47,50 37,50 14,04 4,04
Vo : Vol. Sampel papan partikel tanpa bpo Vo1: vol. Sampel seb direndam = 10 cm3
No So S1 ∆S %DSE 1 319,48 38,21 14,23 4,23 2 385,48 36,12 14,70 4,70 3 387,65 38,92 13,90 3,90 4 433,07 37,98 13,80 3,80 5 368,93 35,27 14,23 4,23 6 378,92 37,50 14,04 4,04
Vo2 : Vol sampel ssd direndam ( cm 3 )
V1& V2 : Vol sampel dg bpo sb & sd direndam (cm 3 )
So : % pengembangan vol kontrol ( cm 3 )
S1 : : % pengembangan vol sampel ( cm 3
)
Tabel 3. Hasil Uji FT.IR
Sampel Bil. Gelombang Gugus Fungsi
Papan partikel hasil penelitian 34001 1114,80 – 1045,37 2949,27 – 2839,18 1738,60 – 1652,00 1462,90 – 1427,44 1377,10 – 1165,26 1165,26 OH Memperkuat OH - C – H C = O - CH2 -CH3 C-O- ring PEMBAHASAN
Analisis Sifat Mekanis Papan Partikel
Kuat Lenturdiuji dengan pemberian beban tertentu pada sampel hingga terjadi patahan. Uji ini dimaksudkan untuk mengetahui ketahanan menerima beban daripada sampel. Hasil uji kuat lentur diperoleh harga MOE adalah 14794,84 kg/cm2 dan MOR 19,82
kg/cm2 pada komposisi pp-ak 30%. Bila
dibandingkan dengan standar FAO ternyata harga MOE dan MOR papan partikel hasl penelitian lebih tinggi. Dan bila dibanding dengan papan partikel dari bahan yang sama tanpa bpo juga mempunyai harga MOE dan MOR yang sedikit lebih tinggi. Sehingga dapat dikatakan penambahan asam akrilat sebagai pemodifikasi pp dapat meningkatkan sifat mekanis papan partikel. Hal ini disebabkan adanya interaksi kimia antarapp-ak dengan selulosa KKS.
Adapun hubungan antara MOE dan MOR dengan komposisi PP-ak dapat dilihat pada grafik berikut :
Gambar 3. Grafik hubungan MOE Vs % PP-ak
Gambar 4. Grafik hubungan MOR Vs % PP-ak
Analisis Stabilitas Dimensi.
Derajat stabilitas dimensi (DSE) merupakan parameter yang penting dalam persyaratan kualitas kayu maupun kayu olahan. Bila DSE bahan rendah menandakan bahan
% PP-ak Vs MOE 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 0 5 10 15 20 25 30 35 % PP- Ak M O E ( K g /c m 2) % PP-ak Vs MOR 100 120 140 160 180 200 220 0 5 10 15 20 25 30 35 % PP- Ak M O E ( K g /c m 2)
tersebuk mudah rusak, patah dan hancur. Dari hasil uji sampel hasil penelitian diperoleh nilai DSE berkisar antara 81,6 - 91,7%. Terlihat ada peningkatan DSE sebanding dengan peningkatan % PP-ak. Ini disebabkan adanya gugus fungsi polar pada matrik pp hasil modifikasi ( B. Wiryosentono, 96) yang dapat berinteraksi dengan gugus hidroksil selulosa KKS sehingga menurunkan sifat hidroksil KKS ( Joly, 96 ). Hubungan antara %DSE dengan % PP-ak terlihat pada gambar berikut:
Gambar 5. Grafik hubungan % DSE Vs % PP-ak.
Dapat dikatakan bahwa penambahan asam akrilat sebagai bahan pemodifikasi pp dapat meningkatkan stabilitas papan partikel.
Analisis FT.IR
Spektroskopi IR membantu memberi informasi tentang perubahan gugus fungsi dan interaksi kimia dengan cara mengamati serapan pada bilangan gelombang tertentu.
Pada spektra pp-ak dan sampel yang dihasilkan (Lampiran A1 dan A2) terjadi perubahan puncak pada serapan serta munculnya puncak-puncak baru. Perubahan intensitas bilangan gelombang dari 3195,8 cm-1
menjadi 3400,1 cm-1 terjadi akibat adanya
interaksi hidrogen antara pp-ak dengan gugus OH selulosa KKS saat proses pencampuran. Puncak pada bilangan gelombang 3400,1 cm-1
merupakan bilangan gelombang yang khas terjadinya interaksi hidrogen. Interaksi ini terjadi akibat pp-ak telah memiliki gugus hodroksil dari akrilat sehingga dapat bereaksi dengan gugus yang sama dari selulosa KKS dan membentuk jembatan hidrogen (Joly dkk, 96) dan disebut ikatan intra molekuler (Fengel, 95) dan pada
spektra FT.IR pada bilangan gelombang 1206 - 1000 cm-1.
KESIMPULAN
Dari hasil analisa sifat mekanis, stabilitas dimensi dan FT.IR dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Penambahan asam akrilat pada polipropilena dapat meningkatkan sifat mekanis papan partikel yang dihasilkan. 2. Terjadi interaksi baik fisik maupun kimia
antara pp-ak dan selulosa KKS.
3. Interaksi kimia yang terjadi dapat meningkatkan stabilitas dimensi papan partikel yang dihasilkan dan merupakan ikatan yang disebut jembatan hidrogen.
UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan kepada :
1. P4D sebagai penyandang dana penelitian
ini.
2. Kepala Labor dan teknisi Labor Sipil Politeknik Negeri Padang dan Labor Produksi UMSB.
3. Rekan-rekan yang telah membantu baik pengambilan data maupun saat proses penyelesaian laporan ini.
DAFTAR PUSTAKA
Al Malaika S, Scott and Wirjosentono B ( 1993 ), “ Polimer Stabilitation and Degradation “, 40, 23-238.
Afrina, Thamrin (2000), “ Pembuatan Papan Partikel dari Serbuk KKS, Polypropilena dan Ureaformaldehyde”, thesis S1 FMIPA USU Medan.
Coorperative Research Center for Polymer Blend (1997),” Waste Plasticks and Paper Combined to ProduceTimber Substitute”, Plasticks NewsInternational, Monash University, p.37. % PP-ak Vs % DSE 80 82 84 86 88 90 92 94 0 5 10 15 20 25 30 35 % PP- Ak % D S E
Darnoko, Purboyo dan Aldin (1994),” Prospek Industri dengan Bahan Baku Limbah Padat Kayu Kelapa Sawit di Indonesia”, Berita PPKS Vol. 2, 204 – 207.
Dumanau, J.F ( 1990 ), “Mengenal Kayu”, Cetakan pertama Kanisius Yogyakarta, 21 – 100.
Haygreen G.J (1996), “Hasil Hutan dan Ilmu Kayu”, Gajah Mada University Press, Yogyakarta, 65 – 538.
Ismail dan IN Hasliza(1999),” Effects of Bonding Agents on the Mechanical Properties of the Composites Made of Natural Rubber and Oil Palm Fruit Bunch”, Polymer Plasticts Tecknology & Engineering, 38 (1), 137-148.
Joly C, Gauthier R and Chababert B (1997),” Physical Chemistry of the Interface in Polyproyilene/Cellulosic-Fiber Composites”,
J of Composites Science and Technology, 56, 761-765.
Maldas D, Kokta B (1994), “ Role of Coupling Agent on Performance of M-Phenylene Bismalinide-Modified Wood Fibre in Polypropilene Composites”, J. Appl. Polym. Material Citation – 27 No. 1-2 p 77-88.
Sain MM, Kokta B (1994),” Polyolefyne – Wood Filler Composites I, Performance of m-Phenylene Bismanilinede-Modified Wood Fibre in Polypropylene Composites”, J. Appl. Polym. Sci. Citation-54 No. 10.p 45-59.
Wirjosentono B, Guritno P (1998),” Utilyzation of Palm Empty Bunches as Filler to Degredable Plasticks Packaging”, The Proceding ifInternational International Oil Palm Conference, Bali.
