BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Papan Komposit
Komposit merupakan istilah yang digunakan untuk menggambarkan setiap produk kayu yang terbuat dari potongan yang lebih kecil dan direkat bersama-sama (Maloney 1996). Papan partikel merupakan salah satu jenis produk komposit atau panil kayu yang terbuat dari partikel-partikel kayu atau bahan berlignoselulosa lainnya, yang diikat dengan menggunakan perekat sintetis atau bahan pengikat lain dan dikempa panas (Maloney 1993). Produk komposit dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa sistem yang berbeda, yaitu kerapatan (misalnya medium density fiber board), penggunaan (misalnya insulation board), asal bahan baku (misalnya papan partikel), dan tipe proses (misalnya dry process
fiberboard) (Rowell 2007).
Menurut Rowell 1998, bahan baku papan komposit dimasa mendatang sangat bervariasi sebagai akibat dari kekurangan bahan baku kayu. Bagi negara-negara yang memiliki sumberdaya kayu yang cukup banyak dapat mengandalkan kayu sebagai bahan bakunya, tetapi bagi negara-negara yang tidak atau kurang potensi kayu, dapat menggunakan berbagai sumber bahan baku selain kayu. Penggunaan berbagai macam bahan baku dalam satu bentuk produk komposit sangat memungkinkan dimasa mendatang seiring dengan timbulnya berbagai desakan seperti issue lingkungan, kelangkaan sumberdaya, tuntutan konsumen akan kualitas produk yang semakin tinggi, imajinasi, pengetahuan dan penguasaan ilmu yang semakin tinggi serta berbagai faktor lain yang merangsang terciptanya produk komposit berkualitas tinggi dari bahan baku yang berkualitas rendah.
Pemanfaatan limbah sebagai bahan baku papan komposit merupakan salah satu alternatif pemecahan masalah kekurangan bahan baku kayu berkualitas tinggi. Penelitian kreatif dan inovatif tentang pemanfaatan limbah sebagai bahan baku papan komposit merupakan suatu usaha yang sangat baik dalam rangka mengatasi kekurangan pasokan bahan baku kayu serta dapat menekan dampak negatif yang ditimbulkan oleh limbah kayu (Massijaya 1997).
Dalam proses pembuatan papan komposit, semakin tinggi suhu kempa yang digunakan, maka pengembangan tebal dan daya serap air semakin rendah, keteguhan lentur dan kekuatan tarik sejajar permukaan semakin tinggi. Semakin tinggi kadar perekat yang digunakan maka kualitas papan komposit yang dihasilkan semakin baik, namun kerena pertimbangan biaya produksi, umumnya kadar perekat yang digunakan pada produksi papan komposit tidak lebih dari 12% (Massijaya 1997).
Beberapa parameter penting yang berpengaruh terhadap kualitas papan komposit antara lain jenis kayu, bentuk partikel, kerapatan papan, profil kerapatan papan, jenis dan kadar serta distribusi perekat, kadar air adonan, konstruksi papan,
particle alignment dan kadar air partikel (Massijaya 1997).
2.2 Limbah Kayu
Dilihat dari segi lokasi terjadinya limbah, maka limbah kayu dapat dibedakan atas limbah pemanenan kayu yang berada di hutan dan limbah pengolahan kayu. Limbah pemanenan kayu adalah massa kayu yang tidak dimanfaatkan sebagai akibat dari kegiatan pemanenan di hutan alam, dapat berupa jenis-jenis kayu non komersial/tidak termasuk kayu mewah atau kayu dekoratif dengan penggunaan tertentu, kayu bulat dengan diameter kurang dari 30 cm tanpa batasan panjang dan kayu bulat dengan panjang kurang dari 2 meter tanpa batasan diameter (Massijaya 1998).
Limbah pemanenan kayu saat ini sangat besar, biasanya dibiarkan membusuk di areal penebangan. Pada umumnya para pengusaha HPH tidak memanfaatkan limbah pemanenan kayu karena dinilai tidak menguntungkan secara ekonomi. Sedangkan limbah pengolahan kayu adalah massa kayu yang tidak dimanfatkan sebagai akibat dari pengolahan kayu, dapat berupa serbuk gergaji, sebetan, tatal, potongan log, serutan serta debu kayu (Massijaya 1998).
2.2.1 Kelompok Jenis Kayu Famili Dipterocarpaceae
Arti kata Dipterocarpaceae adalah buah bersayap. Akan tetapi secara garis besar semua jenis dari suku ini buahnya bersayap 2, 3, atau 5. Sifat umum dari suku ini antara lain pohon besar atau kecil, berdamar, dan selalu menghijau. Batang pada umumnya berbanir, kulit luar sering mengelupas, bersisik atau
beralur atau merekah. Di Indonesia, suku Dipterocarpaceae meliputi 9 marga dan tumbuh mendominir hutan-hutan dataran rendah, atau dataran tinggi dengan ketinggian mencapai 1800 meter dari permukaan laut. Marga suku Dipterocarpaceae tersebut yaitu Anisoptera spp (mersawa), Cotylelobium spp (resak), Dipterocarpus spp (keruing), Dryobalanops spp (kapur), Hopea spp (merawan), Parashorea spp, Shorea spp (meranti), Upuna, dan Vatica spp (resak) (Balitbang 1991).
Jenis-jenis meranti yang ada dapat dibagi menjadi tiga kelompok besar yaitu meranti merah, meranti putih dan meranti kuning. Jenis-jenis meranti merah adalah Shorea leprosula Miq., Shorea acuminata Dyer., Shorea ovalis Bl., Shorea
johoriensis Foxw., Shorea ovate Dyer., dan sebagainya. Berat jenis untuk meranti
merah rata-rata 0,52 (0,30 – 0,86) dengan kelas awet antara III – IV dan kelas kuat antara III – IV. Jenis ini umumnya digunakan sebagai finir dan kayu lapis, bahan bangunan, daun pintu dan jendela, kayu perkapalan, peti jenazah, alat musik, perabot rumah tangga, dan peti pembungkus (Mandang dan Pandit 1997).
Shorea xanthophylla., Shorea gibbosa Brandis., Shorea multiflora Sym., Shorea polyandra Sym., Shorea hopeifolia Sym., dan Shorea faguetiana
merupakan jenis-jenis kelompok meranti kuning. Berat jenis rata-rata meranti kuning yaitu 0,56 (0,37 – 0,86) dengan kelas awet III – IV dan kelas kuat II – III. Penggunaan jenis ini antara lain untuk lantai dan perabot rumah tangga, finir dan kayu lapis, perahu, papan partikel, pulp, kertas, dan bahan bangunan perumahan.
Jenis-jenis meranti putih adalah Shorea javanica K.et V.S., Shorea
koordesii Brandis., Shorea retinodes Sym., Shorea sororia dan lainnya. Berat
jenis untuk meranti putih rata-rata sebesar 0,63 (0,42 – 0,91). Jenis ini memiliki kelas awet antara III – IV dan kelas kuat II – III. Jenis ini digunakan sebagai finir dan kayu lapis, papan partikel, lantai, bahan bangunan dan perkapalan, serta perabot rumah tangga. Kekurangan kayu meranti putih yaitu sukar dikerjakan karena cepat menumpulkan perkakas pertukangan (Mandang dan Pandit 1997).
2.2.2 Mangium (Acacia mangium Wiilld.)
Mangium atau Acacia mangium dari famili Fabaceae (Mimosoideae). Menyebar alami di Queensland utara Australia, Papua New Guinea hingga propinsi Papua dan Maluku. Cepat tumbuh, pohon berumur pendek (30-50 tahun),
beradaptasi terhadap tanah asam (pH 4.5-6.5) di dataran rendah tropis yang lembab. Tidak toleran terhadap musim dingin dan naungan. Tumbuh baik pada tanah subur yang baik drainasenya tetapi tahan terhadap tanah yang tidak subur dan jelek drainasenya. Pohon muda mudah terbakar. Dapat menjadi gulma pada kondisi tertentu (Joker 2001).
Penanaman di Asia terutama untuk pulp dan kertas. Pemanfaatan lain meliputi kayu bakar, kayu konstruksi dan mebel, kayu tiang, pengendali erosi, naungan dan perlindungan. Nilai lebih lain adalah kemampuan untuk bersaing dengan alang-alang (Imperata cylindrical) (Joker 2001). Berat jenis kayu mangium rata-rata 0,61 (0,43 – 0,66) dengan kelas kuat II – III dan kelas awet III (Mandang dan Pandit 1997).
2.2.3 Sengon (Paraserianthes falcataria (L) Nielsen)
Sengon atau sering disebut jeunjing dari famili Leguminosae tersebar di seluruh Jawa, Maluku dan Irian Jaya. Kayu sengon termasuk kelas awet IV – V dan kelas IV – V dengan berat jenis 0,33 (0,24 – 0,49) (Martawijaya et al 1989). Merupakan kayu serba guna untuk konstruksi ringan, kerajinan tangan, kotak cerutu, veneer, kayu lapis, korek api, alat musik, dan pulp. Selain itu, ditanam sebagai pohon pelindung, tanaman hias, reboisasi, dan penghijauan (Hidayat 2002).
2.3 Bambu
Bambu termasuk ke dalam famili Graminae, sub famili Bambusoidae, dan suku Bambuseae. Bambu biasanya mempunyai batang, akar yang kompleks, daun berbentuk pedang, dan pelepah yang menonjol. Diperkirakan terdapat 1000 jenis bambu dari 80 genera di dunia, dari jumlah tersebut 200 jenis dari 20 genera dijumpai di Asia Tenggara. Bambu tumbuh di daerah tropik, sub tropik, dan daerah yang beriklim sedang di semua benua, kecuali Eropa dan Asia Barat dari dataran rendah sampai ketinggian 4000 meter dari permukaan laut (Dransfield dan Widjaja 1995).
Bambu mudah sekali dibedakan dengan tumbuhan lainnya karena tumbuhnya merumpun, batangnya bulat, berlubang dan beruas-ruas, percabangan
kompleks, setiap daun bertangkai dan bunganya terdiri atas sekam, sekam kelopak, dan sekam mahkota serta 3-6 buah benang sari (Widjaja 2001).
Bambu memliki beberapa kelebihan dan kelemahan jika digunakan sebagai bahan bangunan. Kelebihan bambu antara lain (a) pertumbuhannya cepat, dapat diolah dan ditanam dengan cepat sehingga dapat memberikan keuntungan secara kontinyu, (b) memiliki sifat mekanis yang baik, (c) hanya memerlukan alat yang sederhana, dan (d) kulit luar mengadung silikat yang dapat melindungi bambu. Sedangkan kelemahannya antara lain (a) keawetan bambu relatif rendah sehingga memerlukan upaya pengawetan, (b) bentuk bambu yang tidak benar-benar silinder melainkan taper, (c) sangat rentan terhadap resiko api, dan (d) sulit dalam proses penyambungan (Janssen 1980 diacu dalam Massijaya dan Hadi 2008).
Kadar air bambu bervariasi menurut jenis dan posisi dalam batang, umur batang, dan musim. Dinding bambu bagian luar memiliki berat jenis yang lebih besar dibandingkan dengan bagian dalam. Sifat-sifat mekanis bambu dipengaruhi oleh jenis, umur, tempat tumbuh, dan posisi dalam batang. Keteguhan lentur, tekan dan tarik dari dinding bambu bagian luar lebih besar daripada bagian dalam (Sharma dan Mehra diacu dalam Massijaya dan Hadi 2008).
Jenis-jenis bambu yang umum digunakan untuk bahan bangunan adalah bambu betung (Dendrocalamus asper), bambu andong/gombong (Gigantochloa
pseudoarundunaceae), dan bambu tali (Gigantochloa apus). Penelitian kreatif dan
inovatif yang telah dilakukan tentang pemanfaatan limbah kayu dan anyaman bambu betung (Dendrocalamus asper (Schult.f.) Backer ex Heyne) menghasilkan papan komposit yang memiliki sifat fisis mekanis yang sangat baik (Massijaya dan Hadi 2008).
2.3.1 Bambu Betung (Dendrocalamus asper (Schult.f) Backer ex Heyne) Nama lain Bambusa aspera Schultes f.1930, Dendrocalamus flagellifer Munro (1866), Gigantochloa aspera (Schultes f.) Kurz (1876), Dendrocalamus
merrillianus (Elmer) Elmer (1915).
Nama daerah antara lain Giant Bamboo (English), Indonesia: bambu betung (Indonesia), awi bitung (Sunda), buluh batung (Batak). Malaysia: buloh beting, buloh betong, buloh panching. Filipina: bukawe (Tagalog), botong (Bikol),
butong (visaya). Singapura: rebong china. Laos: hok. Tailand: phai-tong. Vietnam: manh tong. Nama daerah “Giant Bamboo” hanya diberikan pada bambu jenis Dendrocalamus giganteus Wallich ex Munro.
Dimensi serat dari batang Dendrocalamus asper diperkirakan yaitu panjang 3,78 mm, diameter 19 µm, lebar lumen 7 µm, dan tebal dinding 6 µm. Rata-rata kadar air dari batang bambu segar 55% dan kadar air kering udara 15% dengan berat jenis sekitar 0,7. Penyusutan radial saat pengeringan sekitar 5-7% sedangkan penyusutan tangensial sebesar 3,5-5%. Pada batang dalam keadaan basah (kadar air 55%) dan kering udara (15%), Modulus Patah (MOR) adalah 81,6 N/mm2 dan 103,4 81,6 N/mm2. Keteguhan tekan sejajar serat adalah 22,8 N/mm2 dan 31,4 N/mm2 serta keteguhan belah 6,96 N/mm2 dan 7,25 N/mm2. Perkiraan kandungan holoselulosa dari batang adalah sebesar 53%, pentosan 19%, lignin 25% dan abu 3% (Dransfield dan Widjaja 1995).
Tipe bambu betung yaitu simpodial, merumpun yang terdiri dari beberapa batang saja, batang tegak dengan ujung melengkung. Tinggi 20-30 m, diameter 8-20 cm, dan tebal 11-36 mm. Panjang ruas 10-8-20 cm (bagian bawah) sampai 30-50 cm (bagian atas). Buku-buku menggelembung, buku dekat pangkal batang mempunyai akar udara. Batang muda berwarna coklat keemasan. Cabang muncul dari buku bagian tengah kearah atas, beberapa dari setiap buku terdapat yang dominan. Pelepah jenis bambu ini memiliki ukuran 20-40 cm x 20-25 cm, bagian bawah sangat kecil, tertutup bulu coklat tua sampai coklat muda, pelepah melancip keujung (lanceolate), lidah pelepah batang (ligule) panjang 10 cm. Helaian daun berukuran 30cm x 2.5 cm, bagian dasar pendek, membesar diatas, berbulu, lidah daun pendek, tidak mempunyai telinga daun (auricle) (Dransfield dan Widjaja 1995).
Batang dari Dendrocalamus asper mempunyai dinding yang tebal, sangat kuat dan tahan lama. Digunakan sebagai bahan bangunan untuk rumah dan jembatan (Dransfield dan Widjaja 1995). Selain untuk bahan bangunan, batangnya sering dipakai untuk tempat mengambil air, saluran air di desa-desa, penampungan air aren yang disadap, dan untuk pipa penyulingan air aren menjadi saguer atau sopi. Selain itu, batangnya juga dipakai untuk membuat dinding
rumah yang dianyam atau dibelah. Baik juga untuk bahan anyaman misalnya keranjang atau tempat makanan atau tempat beras (Sastrapradja 1980).
2.4 Perekat
Perekat adalah substansi yang memiliki kemampuan untuk mempersatukan bahan sejenis/tidak sejenis melalui ikatan permukaannya. Merekatnya dua buah benda yang direkat terjadi disebabkan adanya gaya tarik menarik antara perekat dengan bahan yang direkat (gaya adhesi) dan gaya tarik menarik (gaya kohesi) antara perekat dengan perekat/antara bahan yang direkat (Vick 1999).
Dilihat dari reaksi perekat terhadap panas, maka perekat dapat dibedakan atas perekat thermosetting dan thermoplastic. Perekat thermosetting merupakan perekat yang dapat mengeras bila terkena panas atau reaksi kimia dengan sebuah katalisator yang disebut hardener dan bersifat irreversible. Perekat jenis ini jika sudah mengeras tidak dapat lagi menjadi lunak. Contoh perekat yang termasuk jenis ini adalah phenol formaldehyde, urea formaldehyde, melamine
formaldehyde, isocyanate, resorcinol formaldehyde. Perekat thermoplastic adalah
perekat yang dapat melunak jika terkena panas dan menjadi mengeras kembali apabila suhunya telah rendah. Contoh perekat yang termasuk jenis ini adalah
polyvynil adhesive, cellulose adhesive, dan acrylic resin adhesive (Pizzi 1983).
Faktor yang berpengaruh dalam pemilihan perekat yaitu memasukkan biaya, proses perekatan, kekuatan ikatan, dan daya tahan perekat. Kekuatan produk bergantung pada distribusi penggunaan tekanan yang tepat antara tahap perekat dan kayu. Perekat pada produk komposit (standboard, fiberboard,
particleboard) diaplikasikan pada kayu (strand, serat, partikel), kemudian
dibentuk kedalam mat dan dikempa panas sampai menjadi produk jadi (Frihart 2005).
Perekat merupakan unsur yang sangat berperan dalam pembuatan papan partikel, karena sifat papan partikel yang dihasilkan sangat ditentukan oleh jenis dan komposisi perekat yang digunakan. Selain itu perekat menduduki porsi yang paling tinggi dalam biaya total pembuatan papan partikel.
2.4.1 Isocyanate
Senyawa kimia organik isocyanate dasar dikembangkan di Jerman pada akhir tahun 1930 dan perekat berdasarkan isocyanate digunakan pertama kali di pertengahan tahun 1940. Penggunaan diisocyanate sebagai perekat kayu baru-baru ini sangat menarik perhatian, walaupun diisocyanate telah digunakan 30 tahun yang lalu pada pembuatan polyurethane untuk berbagai produk industri, penggunaannya sebagai perekat kayu merupakan hal yang baru. Pelopor penggunaan diisocyanate sebagai perekat kayu adalah Deppe dan Ernst (1951). Sebagai konsekuensi dari pekerjaannya, pembuatan papan partikel komersial dengan menggunakan diisocyanate dimulai di Jerman pada tahun 1975 (Pizzi 1983).
Polymeric methylene diphenyl diisocyanate (pMDI) dikembangkan sebagai
perekat kayu dengan kekuatan tinggi dan tahan lama. Perekat ini sekarang digunakan secara luas dalam pembuatan produk komposit (Vick 1999). MDI
binder bereaksi dengan molekul yang mengandung hidrogen aktif untuk
menghasilkan molekul dasar polyurethane dan polyurea. Sumber hidrogen aktif dapat berikatan dengan gugus hidroksil didalam kayu, ekstrakstif kayu, dan atau resin kayu sebagaimana halnya kadar air dalam kayu. Serbuk gergaji yang berasal dari papan yang dibuat dengan MDI aman dan tidak berbahaya bagi kesehatan (Structural Board Association 2004).
Perekat isocyanate berbasis pada reaktifitas yang tinggi dari radikal
isocyanate, ─N=C=O. Ikatan dengan polaritas yang kuat dari senyawa yang juga membawa radikal ini tidak hanya mempunyai potensi daya rekat yang baik tetapi juga potensial untuk membentuk ikatan kovalen dengan substrat yang mempunyai gugus hidrogen reaktif. Jika molekul memuat 2 radikal isocyanate seperti
diisocyanate, kombinasi perekat akan memiliki kemampuan untuk membentuk
ikatan kohesi melalui polimerisasi. Reaksi bifungsional isocyanate dengan bifungsional alkohol menghasilkan molekul linear, dimana molekul-molekul tri- dan tetrafungsional memungkinkan terjadinya ikatan silang. Sifat material ini dapat bervariasi dengan kisaran yang luas dari elastomer ke rigid, yang memungkinkannya untuk dibuat berbagai macam produk (Marra 1992).
Isocyanate berbentuk liquid yang mengandung isomer dan oligomer dari methylene diphenyl diisocyanate. Perekat ini berwarna coklat terang dan garis
perekatannya tidak terlihat. Diperlukan temperatur dan tekanan yang tinggi untuk menghasilkan perkembangan ikatan yang terbaik pada papan partikel. Penggunaan perekat isocyanate saat ini umumnya untuk produk flakeboard dan OSB. Sifat kekuatan perekat ini yaitu kekuatan kering dan basah tinggi, sangat tahan terhadap air dan udara lembab, serta dapat direkat pada besi dan plastik (Vick 1999).
Keuntungan menggunakan perekat isocyanate dibandingkan perekat berbahan dasar resin adalah (Marra 1992) :
1. Dibutuhkan dalam jumlah sedikit untuk memproduksi papan dengan kekuatan yang sama.
2. Dapat menggunakan suhu kempa yang lebih rendah. 3. Memungkinkan penggunaan kempa yang lebih cepat. 4. Lebih toleran pada partikel berkadar air tinggi. 5. Energi untuk pengeringan lebih sedikit dibutuhkan. 6. Stabilitas dimensi papan yang dihasilkan lebih stabil. 7. Tidak ada emisi formaldehyde.
2.4.2 Melamine Formaldehyde (MF)
Melamine (melamin) adalah bahan kimia berupa kristal berwarna putih
yang kelarutannya sangat rendah dalam air, alkohol atau pelarut umum lainnya. Tetapi melamine ini dapat larut dalam formalin yang dihangatkan dan membentuk polimer yang bersifat resin dengan cara dipanaskan dan kondisinya agak basa. Perbandingan antara melamin dan formaldehida adalah 1 : (1,5-3,5) pH antara 8 – 9, dan temperatur mendekati titik didih larutan tersebut, kondisi inilah yang digunakan dalam reaksinya. Bila pH dalam reaksinya di bawah enam maka polimer yang tidak larut akan terbentuk dengan cepat (Ruhendi et al. 2007).
Melamin formaldehida dapat mengeras pada suhu yang jauh lebih rendah daripada urea formaldehida (UF) dengan cara menurunkan pH-nya, tetapi hasil garis rekatnya kurang memuaskan, dimana kohesi dan adhesinya rendah. Selain itu, MF ini dapat dikempa panas dengan suhu 120 – 130 °C tanpa hardeners dengan waktu relatif singkat dan hasil memuaskan. Namun demikian, pada umumnya kempa panas yang diberikan adalah sekitar 100 °C dengan adanya
penambahan hardeners berupa asam atau garam amonium dari asam kuat (Ruhendi et al. 2007).
Resin MF digunakan untuk perekat eksterior dan semi eksterior kayu lapis dan papan partikel. Perlakuan dalam penggunaannya sangat mirip dengan resin UF untuk penggunaan yang sama dengan kelebihan daya tahan air dan cuaca yang baik sekali (Pizzi 1994). Menurut Ruhendi et al. (2007) bahwa kelebihan MF adalah cukup tahan terhadap air panas, yakni dapat direbus dalam air selama 3 jam, stabilitas terhadap panasnya tinggi, dapat mengeras pada suhu sangat rendah serta dapat digunakan untuk impregnasi. Kekurangan perekat ini adalah harganya relatif lebih mahal dibandingkan UF.
2.5 Parafin
Parafin ditambahkan untuk mengurangi higroskopisitas dan meningkatkan stabilitas dimensi papan (Tsoumis 1991). Parafin diharapkan untuk memberikan ketahanan terhadap penyerapan air cair. Parafin tidak menyumbat dinding sel dan merubah kadar air setimbang akhir tetapi cukup untuk membantu produk menahan air sehingga membuatnya kedap air. (Bowyer et al 2003). Parafin mengandung 50 – 60 % air dan sejumlah kecil pengemulsi, coupling agent, stabilisator beku/cair. Partikel parafin kecil dibuat dalam emulsi lebih dulu untuk meningkatkan distribusi menjadi lebih baik pada beberapa keadaan (Structural Board
Association 2004).
Fungsi lain parafin pada produksi papan adalah menimbulkan kesan licin pada permukaan, mengurangi penyerapan air, dan mempermudah pemotongan papan serta pengolahan dengan mesin. Penambahan parafin sebesar 1 % atau kurang (berdasarkan kering tanur partikel) mempunyai pengaruh yang kecil atau tidak mempengaruhi sifat kekuatan papan partikel, akan tetapi penambahan lebih besar dari 1 % kadang kala akan menurunkan sifat kekuatan papan partikel. Hal tersebut dapat dicegah dengan penambahan perekat, menaikkan kerapatan atau mengubah ukuran partikel (Maloney 1993).
