TEKNOLOGI PEMBUATAN PAPAN SERAT
1. Dian Anggraini Indrawan, S.Hut., MM.
2. Dr. Ir. Han Roliadi, MSc
3. Rossi M. Tampubolon, S.Si.
4. Prof. Dr. Drs. Adi Santoso, M.Si.
5. Prof. Gustan Pari, M.Si.
6. Mohammad Iqbal, S.Hut. M.Si.
PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN KETEKNIKAN
KEHUTANAN DAN PENGOLAHAN HASIL HUTAN
BADAN PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN KEHUTANAN
KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP DAN KEHUTANAN
BOGOR, DESEMBER 2014
Bogor, Desember 2014
Mengetahui
Ketua Kelti,
Djeni Hendra Dipl. Chem, MSi NIP. 19550108 198503 1 001
Ketua Tim Pelaksana,
Dian Anggraini Indrawan, MM
.
NIP. 19800514 200604 2 005
Menyetujui
Koordinator,
Prof. Dr. Drs. Adi Santoso, M.Si NIP. 19580705 198903 1 007
Mengesahkan
Kepala Pusat,
Dr. Ir. Rufi’ie, MSc. NIP. 19601207 198703 1 005
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR TABEL ……….. iv
Abstrak ……….. 1
BAB I PENDAHULUAN ... 2
A. Latar Belakang ………... 2
B. Tujuan dan Sasaran ...……….. 3
C. Luaran ...……… 4
D. Hasil yang Telah Dicapai ....………. 4
E. Ruang Lingkup ...……….. 8
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..………... 9
BAB III METODE PENELITIAN ...……….. 16
A. Lokasi Penelitian ...………. 16
B. Bahan dan Peralatan ...……….. 16
C. Prosedur Kerja ...………... 17
D. Pengujian ...………... 22
E. Rancangan Percobaan dan Analisis Data ... 24
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...………. 27
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 64
DAFTAR PUSTAKA ... 66
LAMPIRAN ... 72
DAFTAR TABEL Tabel 1 Komposisi bahan serat dan bahan aditif untuk pembentukan Hardboard ……… 20
Tabel 2 Analisis keragaman terhadap kerapatan dan komposisi kimia bahan serat berligno selulosa ... 27
Tabel 3 Hasil uji jarak beda nyata jujur Tukey terhadap kerapatan dan komposisi kimia bahan serat (dinyatakan dalam grade/mutu dan skor) *) ... 28
Tabel 4 Analisis keragaman terhadap dimensi serat dan nilai turunannya bahan serat berlignoselulosa ... 30 Tabel 5 Hasil uji beda nyata jarak Tukey terhadap dimensi serat dan
nilai turunannya pada bahan serat berligno-selulosa
(dinyatakan dalam grade/mutu dan skor) ... 30 Tabel 6 Analisis keragaman terhadap sifat pengolahan pulp individu
bahan serat, pada konsentrasi alkali tertentu ... 32 Tabel 7 Hasil uji beda nyata jarak Tukey terhadap sifat pengolahan pulp
individu bahan serat, pada konsentrasi alkali tertentu
(dinyatakan dalam grade/mutu dan skor) ... 33 Tabel 8 Analisis keragaman terhadap sifat fisis dan kekuatan papan
serat tipe hardboard, hasil penyempurnaan ... 37 Tabel 9 Data sifat fisis dan mekanis papan serat tipe hardboard, hasil
penyempurnaan, diikuti dengan uji jarak beda nyata jujur (Tukey) – dinyatakan dalam mutu (G); dan dengan analisis
diskriminan (Y-dioscr) berikut korelasi kanonik (R) ... 38 Tabel 10 Analisis keragaman terhadap sifat fisis dan kekuatan papan
serat tipe hardboard, tentang evaluasi hasil penyempurnaan .... 43 Tabel 11 Data sifat fisis dan mekanis papan serat tipe hardboard, untuk
evaluasi hasil penyempurnaannya, diikuti dengan hasil uji jarak beda nyata jujur (Tukey) - dinyatakan dalam mutu dan
skor ... 44 Tabel 12 Analisis keragaman terhadap sifat fisis dan kekuatan papan
serat tipe hardboard, tentang performa serat sisal untuk
hardboard ... 48 Tabel 13 Data sifat fisis dan mekanis papan serat tipe hardboard, dari
campuran pulp RG + pulp TKKS + pulp sisal, diikuti dengan uji jarak beda nyata jujur (Tukey) – dinyatakan dalam mutu (G); dan dengan analisis diskriminan (Y-dioscr) berikut korelasi
kanonik (R) ... 49
Tabel 14 Analisis keragaman terhadap sifat fisis dan kekuatan papan serat tipe hardboard, tentang pencermatan performa serat sisal sebagai substitusi serat bambu ... 53 Tabel 15 Data sifat fisis dan mekanis papan serat tipe hardboard, untuk
penelaahan performa serat sisal sebagai substitusi serat bambu, diikuti dengan hasil uji jarak beda nyata jujur (Tukey) – dinyatakan dalam mutu dan skor ... 54 Tabel 16 Kristalinitas bahan serat ... 62
Abstrak
Pembuatan papan hardboard berskala laboratorium dilakukan tahun 2014, bertujuan menyempurnakan mutu hasil percobaan sebelumnya (2013). Hardboard tersebut dibentuk dari campuran serat yaitu pulp rumput gelagah (RG) + pulp tandan kosong kelapa sawit (TKKS) + pulp bambu (andong). Bahan aditif yang digunakan (tahun 2013) berkomposisi perekat tanin formaldehida (TF) + alum + emulsi lilin. Berdasarkan sifat fisis-mekanisnya, hardbord tahun 2013 tidak banyak memenuhi persyaratan JIS dan ISO. Usaha penyempurnaan (2014) mencakup modifikasi campuran bahan serat (penggunaan pulp RG dan pulp bambu andong masing-masing hasil pemasakan berkonsentrasi alkali lebih tinggi (10,5%); dan untuk pulp TKKS pada konsentrasi 12%; perubahan macam/komposisi aditif (perekat tanin-resorsinol formaldehida (TRF) + alum + arang aktif); dan kemungkinan substitusi serat bambu andong melalui inntroduksi serat bambu betung dan serat sisal.
Hasil mengindikasikan, campuran pulp RG (50%) + pulp TKKS (50%) paling berprospek untuk hardboard; prospek kedua, ketiga, dan keempat berturut-turut adalah hardboard dari pulp RG (100%), campuran pulp RG (50%) + bambu andong (50%), dan campuran pulp RG (50%) + pulp bambu betung (50%). Prospek serat
sisal untuk hardboard di bawah bambu andong. Prospek terbaik hardboard yang melibatkan sisal adalah dari campuran pulp TKKS (50%) + pulp sisal (50%). Mutu hardboard hasil penyempurnaan lebih baik dari hasil tahun 2013, karena lebih banyak memenuhi persyaratan JIS/ISO (terutama yang berprospek kesatu, kedua, dan ketiga). Serat yang masih kurang prospektif (bambu betung dan sisal) diharapkan dapat diperbaiki diantaranya menggunakan pulp sisal dari pemasakan berkonsentrasi alkali lebih rendah (< 9,0%), perekat TRF berporsi lebih banyak, arang aktif berukuran nano, dan cross-linking agent.
Kata kunci: papan hardboard, bahan serat konvensional kayu, serat alternatif non-kayu, teknologi penyempurnaan hardboard, persyaratan standar
BAB I. PENDAHULUAN A. Latar Belakang
Papan serat adalah salah satu produk panel hasil rekonstitusi kayu atau bahan berserat ligno-selulosa lain. Papan serat dibuat dengan pertama-tama dengan menceraiberaikan kayu atau bahan berserat berligno-selulosa lain menjadi serat-serat terpisah (pulping), dan selanjutnya dibentuk menjadi lembaran papan serat menggunakan media air (proses basah) atau media udara (proses kering). Ikatan antar serat bisa berasal dari bahan kimia serat sendiri (lignin), dengan demikian bahan perekat tidak selalu diperlukan. Guna memperbaiki sifat-sifat papan serat (seperti kekuatan, ketahanan air, dan ketahanan api), bahan lain bisa ditambahkan selama pembentukan lembaran (aditif internal) atau sesudah lembaran terbentuk (aditif external/finishing), seperti perekat thermosetting atau thermoplastic, emulsi lilin, bahan laminasi/coating, bahan pengawet, bahan tahan api, dan perlakuan
minyak (oil tempering). Salah satu keuntungan papan serat adalah dapat dibuat dari kayu bermutu rendah, limbah kayu, atau kayu (bahan berserat ligno-selulosa lain) berukuran kecil. Kegunaan papan serat banyak menyamai, atau bahkan bisa melebihi, papan kayu solid (Anonim, 2003; 2009; 2012).
Berdasarkan kerapatan, papan serat terdiri dari 3 macam, yaitu rendah (insulation board; 0,02-0,40 g/cm3), sedang (medium density fiberboard/MDF; 0,40-0,80 g/cm3), dan tinggi (hardboard; 0,80-1,20 g/cm3). Semakin tinggi kerapatan papan serat, maka semakin besar pula potensi kemampuannya untuk tujuan konstruksi/struktural (Tsoumi, 1993; Anonim, 2003; 2009a; 2012; 2012a).
Di Indonesia arti penting kegunaan papan serat tercermin dari kecenderungan
lebih besarnya volume impor papan serat (termasuk hardboard) dibandingkan volume impornya periode 2008-2012. Selama periode tersebut kisaran volume expor papan serat adalah 73,9-112,8 juta kg, sedangkan volume impornya 191,2-244,7 juta kg (Anonim, 2009; 2012i; 2013a). Pada periode tersebut pula, volume impor papan serat Indonesia jauh melebihi expornya. Ini berindikasi produksi papan serat Indonesia dalam negeri saat ini belum dapat memenuhi kebutuhan domestik. Hal yang mengkhawatirkan, sejalan dengan laju pertambahan penduduk Indonesia di masa mendatang, diperkirakan kebutuhan produk kayu (termasuk papan serat) akan meningkat pula. Ini akan lebih memperparah lagi kesenjangan (defisit) yang sudah terjadi antara kemampuan produksi papan serat Indonesia dan kebutuhan domestiknya (Anonim, 2009, 2013a). Hal ini mengingat sumber/potensi persediaan bahan baku serat konvensional papan serat (khususnya kayu hutan alam), semakin langka dan terbatas (Anonim, 2012h).
Sehubungan dengan itu, perlu dipikirkan pemanfaatan bahan serat alternatif non-kayu yang potensinya berlimpah dan belum banyak dimanfaatkan, seperti rumput gelagah, tandan kosong kelapa sawit, dan bambu (Pasaribu dan Roliadi, 2006; Anonim, 2008a; Puspitasari, 2011). Terkait dengan hal tersebut, pada tahun 2013 telah dilakukan percobaan pembuatan papan serat tipe hardboard menggunakan campuran bahan baku serat rumput gelagah, TKKS, dan serat bambu
andong di Pusat Litbang Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan (P3KKPHH, Bogor). Hardboard tersebut dibuat dari campuran bahan serat (sudah dibentuk pulp) yaitu pulp rumput gelagah (RG) + pulp tandan kosong kelapa sawit (TKKS) + pulp bambu andong, pada berbagai proporsi (Anggraini et al., 2013). Bahan aditif yang digunakan berkomposisi perekat tanin formaldehida (TF) + alum +
emulsi lilin. Hasil mengindikasikan penggunaan rumput gelagah paling berprospek; sedangkan penggunaan TKKS menimbulkan masalah pada pembentukan lembaran hardboard yang diduga masih terdapatnya sejumlah tertentu sisa lemak/minyak, sehingga berpengaruh negatif pada sifat terutama kekuatan, kestabilan dimens, dan warna permukaan lembaran agak gelap. Juga, berdasarkan sifat fisis-mekanisnya, sebagian besar produk hardboard tidak memenuhi persyaratan standar JIS (Anonim, 2003) dan ISO (Anonim, 2013)
Sebagai kaitannya, telah dilakukan kegiatan penyempurnaan sifat harboard antara lain modifikasi teknonogi pengolahan ketiga macam bahan serat tersebut (RG, TKKS, dan bambu andong), introduksi serat alternatif lain (bambu betung dan sisal), dan perubahan macam/komposisi bahan aditif (a.l. penggunaan perekat tanin-resorsinol formaldehida dan arang aktif). Hasil dari kegiatan penyempuraan tersebut disajikan lebih rinci berikut ini.
B. Tujuan dan Sasaran 1. Tujuan
Kegiatan penelitian bertujuan mendapatkan data dan informasi teknologi penyempurnaan sifat papan serat tipe hardboard menggunakan bahan baku serat alternatif non-kayu berupa rumput gelagah, tandan kosong kelapa sawit (TKKS), bambu dan sisal.
2. Sasaran
Tersedianya informasi teknologi penyempurnaan sifat papan serat tipe hardboard dari rumput gelagah, tandan kosong kelapa sawit (TKKS), bambu dan sisal.
C. Luaran
1. Informasi teknologi penyempurnaan sifat papan serat tipe hardboard serat tipe hardboard dari rumput gelagah, TKKS, bambu dan sisal.
2. Draf karya tulis ilmiah hingga penilaian akhir menjadi publikasi ilmiah 3. Contoh produk papan serat tipe hardboard
1. Hasil kegiatan institusi ini -Kegiatan tahun 2010
Kegiatan tersebut adalah Uji Coba Pembuatan Kertas Bungkus Skala Usaha Kecil dari Berbagai Bahan Serat Alternatif (Anggraini et al., 2011). Kertas bungkus memiliki berbagai kegunaan seperti untuk kertas amplop, tas, dan hal-hal terkait pembungkusan/pengepakan, sedangkan ketersediaan bahan baku serat konvensional (kayu hutan alam) semakin terbatas dan langka. Dengan demikian, kertas bungkus terutama harus memiliki sifat kekuatan, keliatan (toughness), dan ketahanan air yang tinggi. Bahan serat alternatif yang digunakan adalah jenis kayu pionir (jabon dan terentang), limbah kayu pembalakan hutan (sengon), sludge industri pulp/kertas, dan serat daun nenas. Pengolahan pulp masing-masing serat menggunakan proses semi-kmia soda panas tertutup (untuk bahan serat kayu) dan terbuka (untuk bahan serat non-kayu). Bahan aditif yang digunakan alum (tawas), kaolin, sabun rosin, dan emulsi lilin). diharapkan secara teknis dihasilkan produk kertas bungkus dengan sifat tertentu (fisis/kekuatan/optis) yang dikehendaki. Hasil mengindikasikan bahan serat yang paling paling berprospek untuk ketas bungkus adalah campuran pulp kayu terentang (20%), + pulp kayu jabon (20%) + pulp kayu sengon (40%) + pulp serat daun nenas (20%), tanpa sludge. Proporsi sludge yang bisa ditolerir sekiranya sludge dimanfaatan adalah campuran sludge (20%) + pulp terentang (20%) + pulp jabon (20%) + pulp sengon (20%) +pulp serat daun nenas (20%). Pada proporsi tersebut (baik melibatkan sludge atau tidak), hasil lembaran pulp banyak memenuhi sifat fisis-kekuatan kertas bungkus komersial (Anggraini et al., 2011)
- Kegiatan tahun 2011
Topik pada kegiatan tersebut adalah Potensi Teknis Pemanfaatan Pelepah Nipah dan Campurannya dengan Sabut Kelapa untuk Pembutatan Papan Serat Berkerapatan Sedang (MDF) (Roliadi et al., 2012). Pelepah nipah dan sabut kelapa merupakan bahan serat alternantif yang potensinya berlimpah dan belum banyak dimanfaatkan. Pengolahan pulp menggunakan proses semi-kimia soda panas terbuka. Macam dan komposisi bahan aditif adalah perekat urea formaldehida (UF); bahan retensi tawas, dan arang aktif. Pembentukan lembaran MDF menggunakan cara basah. Hasilnya adalah arang aktif menurunkan sifat kekuatan MDF, tetapi menurunkan penyerapan air dan pengembangan tebal. Sifat fisis-mekanis MDF dari pelepah nipah lebih banyak memenuhi persyaratan standar (JIS dan ISO). Meskipun demikian, serat sabut kelapa (bentuk pulp) bisa bermanfaat untuk MDF dengan mencampurnya dengan pulp pelepah nipah pada proporsi 25%+75% dan 50%+50%.
- Kegiatan Tahun 2012
Kegiatan tahun tersebut berjudul Penyempurnaan Sifat Papan MDF dari Pelepah Nipah dan Campurannya dengan Sabut Kelapa (Anggraini et al., 2012). Kegiatan bertujuan
memperbaiki sifat papan MDF, dan meningkatkan performa sabut kelapa. Proses pengolahan pulp terhadap masing-masing bahan serat (pelepah nipah dan sabut kelapa) menggunakan proses semi-kimia soda panas terbuka, sedangkan bahan aditif yang digunakan terdiri dari bahan perekat TF (tanin formaldehida); bahan retensi tawas, emulsi lilin, dan arang aktif. Sebagai pembanding digunakan perekat fenol formaldehida (PF), sedangkan bahan aditif lainnya tetap sama Pembentukan lembaran MDF juga menggunakan cara basah, dengan kondisi yang tetap sama seperti pada tahun 2011. Performa perekat TF untuk MDF sebanding dengan perekat PF. MDF dengan perekat TF memiliki sifat lebih baik dibandingkan MDF hasil percobaan sebelumnya (2011) yang menggunakan perekat UF. Sifat MDF dari pelepah nipah 100% paling banyak memenuhi persyaratan (JIS dan ISO). Sabut kelapa tetap bisa prospektif (bentuk pulp) melalui pencampurannya dengan pulp nipah pada proporsi 25%+75% dan 50%+50%.
- Kegiatan Tahun 2013
Kegiatan tersebut bertopik Teknologi Pembuatan Papan Serat Tipe Hardboard (Anggraini et al., 2013). Kegiatan dilaksanakan dalam rangka diversifikasi produk papan serat, lebih menambah wawasan penggunaan bahan serat bukan kayu. Produk di sini adalah papan serat tipe hardboard, sedangkan bahan serat alternatif yang digunakan adalah rumput gelagah (RG), TKKS, dan bambu andong. Seperti untuk MDF, pengolahan pulp untuk hardboard juga menggunakan proses semi-kimia soda panas terbuka (pada 2 taraf konsentrasi alkali); sedangkan pembentukan lembarannya memakai cara basah pula. Bahan aditif yang digunakan berkomposisi perekat TF, alum, dan emulsi lilin. Hasil mengindikasikan bahwa serat RG paling prospektif untuk hardboard (HB), diikuti oleh serat TKKS dan bambu andong. Peningkatan konsentrasi alkali dan penggunaan perekat TF berpengaruh positif pada sifat kekuatan HB. Akan tetapi emulsi lilin berpengaruh negatif pada sifat kekuatan tersebut. Sifat HB dari serat SG (100%) paling banyak memenuhi persyaratan (JIS dan ISO). Meskipun demikian, serat TKKS dan bambu andong bisa bermanfaat untuk HB, melalui pencampurannya (bentuk pulp) dengan pulp RG pada proporsi (b/b): 50%+0%+50%, 0%+50%+50%, and 33.33%+33.33%+33.33%. Percobaan lebih lanjut melibatkan TKKS untuk HB disarankan menggunakan konsentrasi alkali lebih inggi (>10.5%) guna mengatasi sisa minyak/lemaknya, karena menimbulkan kesulitan selama pembentukan lembaran HB dan
penampakan noda berwarna gelap pada permukaannya. Juga disarankan pula mengintrodusir serat alternatif lain seperti bambu betung dan sisal.
2. Hasil kegiatan institusi lain
Percobaan pembuatan hardboard telah dilakukan menggunakan campuran bahan serat non kayu (50% tangkai gandum + 50% merang kedelai; b/b) (Ye et al., 2005). Sebagai pembanding dibuat pula hardboard dari 100% serat kayu. Kondisi pengolahan pulp dan pembentukan lembaran hardboard, sama untuk ke dua macam bahan serat tersebut (non kayu dan kayu). Pengolahan pulp menggunakan cara steam-induced explosion; pembentukan lembaran dengan cara kering; dan perekat yang digunakan adalah UF. Sifat kekuatan dan kestabilan dimensi hardboard dari campuran serat non-kayu ternyata sebanding dengan sifat dari serat kayu. Ini menunjukkan pula prospek positif pemanfaatan serat non-kayu untuk hardboard. Percobaan lain pembuatan hardboard dilakukan menggunakan bahan serat bambu (Gigantochloa scortechinii) (Ashaari et al., 2010). Mula-mula bambu, yang dibentuk menjadi serpih, mengalami perlakuan perendaman dalam larutan NaOH (2%) pada suhu 60oC selama 6 jam jam. Sesudahnya, serpih bambu yang mengalami perlakuan uap super heated (suhu 150oC) dalam alat yang secara bersama melakukan fungsi refining (refiner-mechanical pulping) selama 3 jam, menjadi pulp. Pulp bambu yang diperoleh dibentuk menjadi lembaran hardboard (dengan target kerapatan 1 gram/cm3) dengan cara kering. Perekat yang digunakan fenol foramldehida (PF). Selanjutnya, hardboard yang terbentuk, setelah conditioning, diperiksa sifat fisi-mekanisnya. Ternyata sifat harboard dari bambu tersebut sebanding dengan sifat hardboard dari kayu tropis (menggunakan proses dengan spesifikasi/kondisi yang sama). Ini mengindikasikan pula peran positif bambu untuk hardboard.
Percobaan lain hardboard dilakukan pula menggunakan bahan serat tandan kosong kelapa sawit (TKKS) (Suhaily et al., 2012). Pengolahan pulp menggunakan alat yang menerapkan proses Masonit. Pada proses tersebut ikatan antar serat dilunakkan dengan uap super heated bertekanan 1000 pounds/in2 pada suhu 540oF selama 1 jam. Pulp TKKS yang terbentuk selanjutnya dibentuk menjadi hardboard (juga berkerapatan 1 gram/cm3) dengan cara basah. Di sini bahan perekat tak digunakan, karena lignin pada serat TKKS diharapkan bisa berfungsi sebagai perekat alami. Ternyata sifat fisis-mekanis hardboard yang terbentuk tersebut bisa
menyamai sifat hardboard dari kayu tropis pula (dengan kondisi proses yang serupa dan tanpa perekat).
Sebagai pencermatan terhadap hasil percobaan hardboard oleh institusi lain tersebut, pengolahan pulp dilakukan menggunakan uap (steam) bertekanan tinggi; pembentukan lembaran dengan cara kering; dan perekat yang digunakan UF dan PF, disintesis dari bahan turunan minyak bumi atau batu bara (bahan tidak terbarukan dan keramahan lingkungan diragukan). Juga, peralatan yang digunakan insitusi lain tersebut terindikasi relatif mahal sehingga kurang sesuai diterapkan di Indonesia khususnya untuk usaha skala kecil dan menengah (UKM); dan cara kering membutuhkan lebih banyak perekat; dan perekat dari bahan tak terbarukan tersebut diragukan keramahannya terhadap lingkungan.
Percobaan pembuatan harboard oleh institusi ini (P3KKPHH, Bogor) menggunakan proses pengolahan semi-kimia soda panas terbuka; pembentukan lembaran cara basah (membutuhkan lebih sedikit perekat) (Suchsland dan Woodson, 1886; Anonim, 2013d) dan perekat yang digunakan tanin formaldehida (TF) yang disintesa dari bahan terbarukan (ekstrak kulit dari jenis pohon akasia). Atas dasar itu, biaya peralatan diindikasikan jauh lebih murah sehingga lebih sesuai untuk skala UKM; dan diharapkan proses pembuatanya lebih berdampak ramah lingkungan.
E. Ruang Lingkup
Lingkup kegiatan ini meliputi:teknologi penyempurnaan sifat papan serat tipe hardboard yang terdiri dari pemeriksaan sifat dasar bahan serat, penyiapan bahan baku serat siap diolah dari rumpt gelagah, TKKS, bambu dan sisal, pembuatan pulp untuk papan serat, penggilingan pulp hingga mencapai derajat kehalusan tertentu yang sesuai untuk papan serat (tipe hardboard), penambahan bahan aditif (alum (tawas), emulsi lilin, perekat tanin formaldehida (TF), tanin resorsinol formaldehida (TRF) dan arang aktif), pembentukan lembaran papan serat tipe hardboard berikut pengempaan pada suhu kamar dan pada suhu tinggi, conditioning, dan pengujian sifat fisik, kekuatan/mekanik, emisi formaldehida papan serat tipe hardboard, berikut pencermatan skala nano (sebagai tambahan atau pelengkap data/informasi yang diperoleh dari hasil pengujian secara konvensional, menggunakan alat/instrument berkemampuan skala nano).
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA A. Papan Serat Tipe Hardboard
Hardboard dengan kerapatan 0,80-1,20 g/cm3, banyak digunakan untuk dinding rumah, bagian bawah lantai, cetakan beton, pelapis panel, interior dapur, interior kendaraan bermotor, bagian furniture, kerangka pintu atau jendela, dan kadang-kadang dalam bentuk laminasi dengan papan kayu atau lapisan plastik. (Haygreen dan Bowyer, 1999; Anonim, 2003; 2009, 2009a, 2012, 2012a).
Kayu merupakan bahan baku utama untuk pembuatan papan serat (termasuk hardboard) adalah kayu. Kayu tersebut bisa berupa kayu daun jarum atau kayu daun lebar (Suchsland dan Woodson, 1986; Anonim, 2012). Di samping kayu, bahan berserat lain yang mengandung terutama lignin dan selulosa secara teknis juga bisa digunakan untuk papan serat. Bahan tersebut disebut serat non-kayu atau atau serat alternatif berligno-selulosa. Contoh bahan tersebut adalah limbah kayu, bagase (ampas tebu), merang padi, pelepah nipah, sabut kelapa, tandan kosong kelapa sawit, serat sisal, dan rumput gelagah (De Bos dan Adnan, 1958; Tsoumi, 1993; Anonim, 2009b, Iskandar dan Supriadi, 2010; Arsyad, 2012; Anonim, 2014). Tahapan yang umum dalam pembuatan hardboard adalah persiapan bahan baku kayu (atau serat lain berligno-selulosa), pengolahan pulp (pulping), penyempurnaan pemisahan serat (beating/refining), penambahan bahan aditif, pembentukan lembaran papan serat, pengeringan, finishing, dan conditioning/pemotongan/perlakuan akhir, hingga pemeriksaan sifat fisik dan kekuatan/mekanik papan serat (Casey, 1980; Suchsland dan Woodson, 1986; Smook, 2002; Anonim, 2009, 2012).
Penyiapan bahan baku tak lain membersihkannya dari bahan-bahan bukan serat (debu, pasir, logam, atau benda asing lainnya). Termasuk dalam persiapan adalah penyesuaian kadar air (biasanya kering udara), memotong-motong bahan tersebut menjadi berukuran kecil (serpih). Kesemua hal ini akan mempermudah proses pulping. Proses pulping papan serat yang umum digunakan adalah cara mekanis atau semi-kimia. Cara mekanis sama sekali tidak menggunakan perlakuan kimia. Adanya perlakukan kimia pada proses sedemikimia tersebut hanya bertujuan melunakkan atau melarutkan lignin secara parsial, sehingga memudahkan proses pemisahan serat pada tahap perlakuan mekanis selanjutnya (beating/refining) (Casey, 1980; Smook, 2002.
Beating/refining bertujuan lebih menyempurnakan pemisahan serat-serat pada pulp. Beating/refining tersebut juga meningkatan fleksibilitas serat, menipiskan dinding serat, dan mempeerbaiki sifat hidrasi serat (assosiasi dengan air). Macam bahan aditif yang digunakan biasa berupa antara lain bahan perekat, bahan pengawet, bahan untuk meningkatan ketahanan terhadap air dan api, dan bahan untuk memberi keindahan menarik (zat warna, dekorasi, dsb). Pembentukan lembaran papan serat bisa dilakukan secara basah (menggunakan media air) atau kering (media udara). Untuk papan serat tipe hardboard dan MDF, pembentukan lembarannya bisa dilakukan cara basah atau kering; sedangkan untuk papan isolasi, pembentukan lembaran hanya dilakukan secara basah (Haygreen dan Bowyer, 1999; Anonim, 2003; 2009, 2009a).
Selesai pembentukan lembaran papan serat (tipe hardboard), dilakukan pengempaan pada lembaran tersebut pada tekanan tinggi dikombinasikan dengan suhu tinggi. Kesemua hal tersebut untuk menguapkan sisa-sisa air dan lebih menyempurnakan ikatan dan anyaman antar serat. Selanjutnya bisa diberlakukan perlakuan panas (heat treatment) atau perlakuan minyak (oil tempering), kesemuanya bertujuan memperbaiki terutama sifat kekuatan dan ketahanan air. Sesudahnya dilakukan conditioning, lalu dilakukan pengujian sifat fisik dan mekanis untuk menelaah apakah memenuhi syarat atau standar ketentuan penggunaan papan serat tersebut (Anonim, 2003; 2009a). Kemudian dilakukan finishing, di mana sesudahnya diharapkan dapat diperoleh produk hardboard berspesifikasi tertentu dengan karakteristik sesuai dengan permintaan pemakai (konsumen) (Anonim, 2009a, 2012, 2012a).
B. Bahan Serat Alternatif Berserat Ligno-Selulolusa
Bahan tersebut yang akan diutarakan mencakup rumput gelagah, tandan kosong kelapa sawit, dan serat sisal.
1. Rumput gelagah
Rumput glagah (Sacharum spontaneum) merupakan salah satu jenis rumput liar di banyak tempat. Rumput ini tingginya dapat mencapai 1,5-3,0 meter, batangnya beruas-ruas, dan berasal dari Asia Selatan. Rumput gelagah merupakan tanaman menahun (tumbuh sepanjang tahun), tumbuh bergerombol, dapat tumbuh baik di daerah tropis maupun non-tropis. Gelagah dapat berkembang biak secara generatif
(melalui biji) atau secara vegetatif (melalui stek batang). Pertumbuhan akar gelagah dapat menembus jauh ke dalam tanah, oleh karenanya dapat mencegah erosi pada tanah berpasir dan berkelerengan agak curam. Pertumbuhan gelagah yang cepat dan bergerombol, maka kalau dibiarkan dapat mengambil alih (invasive) pertumbuhan tanaman lain (Anonim, 2012b). Pemanfaatannya hingga saat ini masih terbatas pada skala usaha kecil dan menengah; antara lain bahan ekstraktifnya untuk obat-obatan, karbohidratnya (sagu) untuk makanan ternak, batangnya yang sekeras kayu banyak dipakai untuk alat musik, dan seratnya yang lebih lentur dari ijuk berfaedah untuk untuk pembuatan sapu (Anonim, 2012c).
Kemampuan rumput gelagah yang dapat mecegah erosi, cepat bertumbuh, dan produknya yang berguna, menyebabkan rumput ini dapat berfungsi ganda yaitu sebagai perlindungan lingkungan dan sumber ekonomi. Akan tetapi sumber ekonomi tersebut belum banyak berarti, karena pemanfaatan produk gelagah masih terbatas. Untuk itu perlu dipikirkan pemanfaatan bagian rumput gelagah (seperti bagian seratnya) menjadi produk lebih bernilai tambah. Pada serat rumput gelagah terdapat lignin dan selulosa, sehinga secara teknis memungkinkan pemanfaatannya untuk papan serat (Anonim, 2009c). Keberhasilan pemanfaatannya untuk papan serat, akan merangsang pula penanaman dan budi daya rumput gelagah, sehingga lebih mengintensifkan pula fungsi gandanya yaitu mencegah/mengurangi erosi tanah (aspek positif terhadap lingkungan) dan aspek ekonomi.
2. Tandan kosong kelapa sawit
Disamping rumput gelagah, terdapat pula sumber serat lain yaitu tandan kosong kelapa sawit (TKKS). TKKS merupakan limbah industri pengolahan minyak kelapa sawit. Direktorat Jenderal Perkebunan menyatakan bahwa pabrik pengolahan minyak kelapa sawit yang berkapasitas 30 ton minyak kelapa sawit (crude palm oil atau CPO) menghasilkan 35 ton TKKS (Anonim, 1998; 1998a). Data terakhir menunjukkan bahwa produksi CPO Indonesia pada tahun 2012 mencapai 21,6 juta ton (Anonim, 2011a; 2013; 2014), yang berarti menghasilkan TKKS sebanyak 20,2-25,2 juta ton. TKKS saat ini hanya digunakan sebagai bahan bakar ketel pabrik minyak kelapa sawit, kompos, dan pupuk kalium. Namun pemanfaatan tersebut belum memberikan nilai tambah yang berarti. Disamping itu TKKS yang ditinggal tergeletak di atas lahan akan berdampak negatif terhadap kesuburan tanah disekitarnya, ini disebabkan kandungan sisa lemak/minyak dalam TKKS dapat
mencemari tanah sehingga mengurangi sifat higroskopisnya, suatu hal yang penting untuk kesuburan tanah. Demikian pula, TKKS yang dibiarkan pada lahan tidak jauh dari tegakan tanaman kelapa sawit yang masih produktif, akan mengundang kedatangan serangga (semacam kumbang) yang memakan bagian tertentu TKKS tersebut. Tidak mustahil, serangga tersebut juga akan menyerang tegakan sawit produktif dekat dengan lahan tersebut sehingga mempengaruhi kemampuan aktifitas fisioliogisnya termasuk pembentukan lemak/minyak sawit di dalam strukturnya (Anonim, 1998a; 2009d). Dalam TKKS terdapat antara lain lignin dan selulosa (Anonim, 1998; Anggraini dan Roliadi, 2011), dengan demikian secara teknis berprospek dimanfaatkan untuk papan serat yang tidak saja sebagai salah satu produk bernilai tambah, tetapi juga diharapkan ikut berperan mengurangi dampak negatif TKKS terhadap lingkungan.
3. Serat bambu
Bambu juga merupakan sumber serat ligno-selulosa bukan kayu. Seperti halnya rumput gelagah, bambu termasuk golongan tumbuhan rumput-rimputan. Bambu ini tumbuh secara bergerombol atau berumpun, dan rumpun tersebut bersistim akar tinggal, di mana dapat tumbuh jauh kedalam sehingga mencekam tanah secara kuat. Selanjutnya, pada tiap-tiap rumpun tersebut bisa bertumbuh kira-kira 20-30 batang bambu dengan panjang (ketinggian) hingga sekitar 30 meter. Di samping itu pada bagian bawah batang bambu banyak terdapat akar serabut. Adanya akar serabut dan akar tinggal pada bambu berakibat intensifnya penyerapan air dan unsur hara dari tanah oleh akar guna disalurkan melalui bagian tubuhnya ke daun atau jaringan lain untuk keperluan proses fisilogisnya (De Bos dan Adnan, 1958; Anonim, 2013b).
Di samping itu, pada bagian atas batang bambu bisa tumbuh ranting-ranting, dan selanjutnya pada ranting tersebut bertumbuh daun-daun yang berbentuk taji (berupih daun). Sistim pertumbuhan daun bambu mengakibatkan suasana rimbun (sejuk) pada permukaan tanah bagian bawah sekitar rumpun bambu. Sistim tersebut juga mengakibatkan intensifnya pula aktifitas fotosintesa dan fisiologis lain tumbuhan bambu. Dengan demikian tanaman bambu memiliki antara lain sistim perakaran, bertumbuhnya ranting pada bagian atas bambu, dan pembentukan daun sedemikian rupa sehingga berdampak positif pada intensitas aktifitas fisiologisnya. Intensitas tersebut berakibat bambu bisa bertumbuh cepat, dan berdasarkan pengamatan dari
salah satu bambu yang dipotong dari rumpunnya maka akan bertumbuh tunas baru (bakal batang bambu) dengan panjang yang bertambah sekitar 60-100 cm selama 24 jam. Lebih lanjut, helai daun yang tumbuh pada ranting batang bambu suatu saat gugur jatuh ke tanah. Akan tetapi, kelopak daunnya masih dengan kuat terpagut pada ranting bambu yang selanjutnya dengan cepat menumbuhkan helai daun baru. Dengan demikian suasana rimbun di bawah dan sekitar rumpun bambu tetap terjaga. Atas dasar itu maka bambu digolongkan sebagai tanaman tahunan (evergreen perenial plants). Di samping itu, suasana rimbun tersebut menyebabkan daya tarik kedatangan hewan tertentu, seperti serangga dan mamalia, yang kesemuanya banyak berdampak positif terhadap keseimbangan eko-sistem dan keanekaragaman hayati (Anonim, 2011c).
Mengenai daun bambu yang gugur ke tanah, daun tersebut akan membusuk dan selanjutnya membentuk humus (top soil) yang bermanfaat meningkatkan kesuburan tanah terutama disekitar rumpun bambu. Dari segala aspek positif pertumbuhan bambu tersebut, maka didapat indikasi lebih meyakinkan bahwa tanaman bambu ikut menjaga kenyamanan lingkungan, yaitu antara lain penyerap CO2, persediaan dan pengaturan air tanah, keanekargaman hayati, keseimbagan eko-sistem, dan mitigasi bencana alam (Anonim, 2013b).
Di lain hal, pada bambu terdapat komponen seperti lignin (25-30%), pentosan (15-20%), dan selulosa (55-63%). Selanjutnya serat bambu memiliki dimensi tertentu yaitu panjang serat sekitar 2,5-4,0 mm, diameter serat 0,014-0,019 mm, diameter lumen 0,006-0,007 mm, dan koefisien kekakuan serat 170-180. Dalam hal berat jenis, nilai untuk bambu berkisar 0,40-0,75 (kering udara) (Dransfield dan Wijaya, 1995). Berdasarkan aspek fisis, kimia, dan dimensi serat tersebut, maka bambu berindikasi secara teknis dapat dimanfaatkan pula untuk papan serat (Casey, 1980; Smook 2002). Dengan demikian keberhasilan pemanfaatan bambu untuk papan serat, seperti halnya rumput gelagah, akan memberikan dampak positif secara ganda yaitu meningkatkan daya guna atau nilai tambah bambu (bentuk produk papan serat), dan secara bersamaan merangsang penanaman dan budidaya bambu sehingga mengintensifkan peran dampak positifnya terhadap lingkungan.
4. Sisal
Sumber serat alternatif lain selain rumput gelagah dan TKKS adalah bahan serat pada daun tumbuhan sisal. Sisal (agave) merupakan tanaman hias yang
mempunyai warna daun hijau muda bercampur dengan alur menyerupai pita dan bersisik mirip ikan. Tumbuhan sisal diduga berasal dari daerah Yucatan (Mexico). Tumbuhan ini tumbuh di daerah tropis dan subtropis, mampu bertumbuh sepanjang tahun dan tumbuh di daerah panas dan kering, di mana tumbuhan jenis crops lain mungkin tidak mampu. Sisal juga dapat ditanam pada hampir seluruh tipe tanah, kecuali tanah tipe clay dan berkadar garam tinggi. Daun sisal sebagai penghasil serat dapat dipanen pada saat tanaman berumur 2 tahun hingga berumur 12 tahun (Anonim, 2012d).
Serat daun sisal telah banyak dimanfaatkan untuk tali, twine, string, dan yarn guna keperluan produk usaha kecil-menengah seperti karpet, alas kaki, karung goni, anyaman tekstil, dan bentuk hasil kerajinan tangan lain. Dewasa ini produk tradisional dari serat sisal menghadapi kompetisi adanya bahan sintetis seperti polypropylene. polyester, dan polyvinyl acetate. Meskipun demikian, sisal merupakan bahan terbarukan (renewable). Sisal, dalam pengolahannya menjadi produk jadi, menghasilkan limbah yang umumnya berupa bahan organik (biodegradable) sehingga tidak terlalu berdampak negatif terhadap lingkungan (Anonim, 2012e; 2012f). Di samping itu, sama halnya dengan rumput gelagah, tumbuhan sisal memiliki sistim perakaran ekstensif sehingga mampu mencegah/mengurangi bahaya erosi lahan dan ikut memperbaiki sistim tata air tanah. Pemanfaatan sisal menjadi produk bernilai tambah dengan demikian akan merangsang masyarakat melakukan budidaya tanaman sisal sehingga ikut pula menjaga dan memperbaiki keadaan lingkungan (Anonim, 2012f). Oleh karenanya perlu dipikirkan pemaanfaatan serat sisal menjadi produk lebih bernilai tambah pula. Pada serat terdapat selulosa dan lignin, dengan demikian memungkinkan pula pemanfaatannnya untuk produk komposit, diantaranya papan serat (hardboard).
C. Bahan Aditif Perekat Berbasis Fenol untuk Papan Serat
Salah satu macam bahan perekat berbasis fenol yang dapat digunakan untuk memperbaiki papan serat (termasuk hardboard) adalah tanin-formaldehida (TF) dan tanin-resorsinol-formaldehida (TRF). TF merupakan senyawa hasil polimerisasi antara monomer-monomer yang terbentuk akibat reaksi antara tannin dengan formaldehida. Demikian pula, TRF adalah hasil polimerisasi monomer-monomer yang terbentuk dari reaksi antara tanin, resorsinol dan formaldehida. Tannin dapat diperoleh antara lain dari ekstrak kulit jenis tumbuhan tertentu (terutama Acacia
spp.), sehingga perekat TF dan TRF memiliki sifat terbarukan. Lebih lanjut, tanin merupakan polifenol, dengan demikian diharapkan sifat dan kemampuan perekat berbasis fenol tersebut (TF dan TRF) sebanding dengan perekat lain yang berbasis fenol, sudah konvensional, dan popular yaitu fenol-formaldehida (PF) dan resorsinol formaldehia (RF). Perekat PF dan RF bersifat thermosetting dan waterproof sehingga sesuai untuk tujuan eksterior. Keunggulan perekat RF dibandingkan PF adalah suhu untuk curing (hardening) lebih rendah (Hussein et al., 2011).
Perekat TF dan TRF juga bersifat thermosetting dan water-proof, sehingga sesuai pula untuk pemakaian eksterior. Pencermatan lebih rinci mengindikasikan bahwa sifat dan kemampuan perekat TF dapat menyamai perekat PF, dan demikian pula perekat TRF terhadap PRF. Lebih lanjut seperti halnya RF, suhu curing untuk perekat TRF lebih rendah dibandingkan untuk TF. Ini memungkinkan proses perekatan lebih cepat, dan menghemat energi. Perekat PF dan RF merupakan produk dari turunan minyak bumi atau batu bara yang sifatnya tidak terbarukan dan kurang ramah lingkungan, sehingga penggunaan perekat TF dan TRF yang terbarukan berindikasi berdampak positif terhadap lingkungan (Pizzi et al., 1994; Santoso, 2011).
BAB III. METODE PENELITIAN A. Lokasi Penelitian
Pembuatan pulp dan pembentukan lembaran papan serat (tipe hardboard, berikut pengujian sifat pengolahan pulp dan sebagian sifat fisis, mekanik/kekuatan papan serat, dan emisi formaldehida) dilakukan di Laboratorium Teknologi Serat, Pusat Litbang Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan (P3KKPHH, Bogor). Untuk melengkapi sifat fisis-mekanik/kekuatan tersebut, dilakukan pengujian di Fakultas Kehutanan, Institut Pertanian Bogor.
B. Bahan dan Peralatan 1. Bahan
Bahan baku yang digunakan adalah rumput gelagah (Saccharum spontaneum), tandan kosong kelapa sawit (TKKS), Bambu dan sisal (Agave sisalana). TKKS di sini berasal dari pohon induk kelapa sawit (Elaeis guineensis). Bambu yang digunakan ada dua macam yaitu bambu andong (Gigantochloa psedoarundinaceae) dan bambu betung (Dendrocalamus asper). Jenis bambu andong digunakan pada percobaan pembuatan
hardboard sebelumnya (Anggraini et al., 2013). Dalam rangka penyempurnaan teknologi sifat hardboard di sini (2014) digunakan dua jenis bambu (andong dan betung). Keseluruhan
contoh bahan serat diambil dari Provinsi Banten, Provinsi Jawa Barat dan Provinsi Jawa Tengah. Bahan kimia pemasak yang digunakan adalah soda api (NaOH). Sedangkan untuk pembentukan lembaran papan serat digunakan bahan aditif berupa alum, emulsi lilin, perekat tanin formaldehida (TF) dan tanin resorsinol formaldehida (TRF), dan arang aktif.
2. Alat
Peralatan yang digunakan untuk pembuatan papan serat skala kecil adalah ketel pemasak hasil rekayasa P3KKPHH, bak pencuci serpih hasil pemasakan, dan Hollander beater. Untuk pembentukan lembaran papan serat digunakan cetakan papan serat (fiberboard-mat former/deckle box), stock chest (headbox), dan mesin pengempa dingin dan panas.
Peralatan yang digunakan untuk pengujian sifat fisik dan kekuatan/mekanik papan serat adalah yang disebut universal testing machine (UTM); dan mencermati karakteristik serat secara individu dan ikatan/jalinan/anyaman antar serat menggunakan alat/instrument berkemampuan nano yaitu berturut-turut X-ray diffraction (XRD) dan scanning-electrone microscope (SEM).
C. Prosedur Kerja
1. Pembuatan pulp dari bahan serat
a. Penyiapan serpih RG, serpih TKKS, serpih bambu, dan serpih sisal
Rumput gelagah (RG), TKKS, bambu, dan sisal secara terpisah dijadikan serpih berukuran panjang 2-3 cm, lebar 2-2,5 cm, dan tebal 2-3 mm menggunakan cara manual, dan selanjutnya dikeringkan di tempat terbuka (di bawah atap) hingga mencapai kadar air kering udara, dan kemudian serpih kering tersebut siap dimasak menjadi pulp
b. Pemasakan serpih bahan serat menjadi pulp
Serpih rumput gelagah, TKKS, bambu dan sisal, yang masing-masing telah mencapai kadar air kering udara secara terpisah dibuat menjadi pulp. Pengolahan pulp menggunakan proses semi-kimia soda (NaOH) panas terbuka, dengan kondisi
tetap pemasakan yaitu nilai banding bahan baku serat dengan larutan pemasak sebesar 1:8 (b/v), dan suhu maksimum pemasakan (100oC) selama 2 jam. Pemasakan serpih tersebut dilakukan dalam ketel pemasak berkapasitas (per batch) 1000 gram serpih (khusus kayu) kering oven. Pada pemasakan serpih rumput gelagah menjadi pulp, konsentrasi NaOH (alkali) dibuat dalam 2 variasi yaitu 9.0% dan 10.5%. Selanjutnya, untuk pemasakan serpih TKKS, 3 konsentrasi alkali diterapkan (9.0%, 10,5%, dan 12.0%). Sementara itu, pemasakan serpih bambu (baik jenis andong atau betung) menjadi pulp, hanya digunakan satu taraf konsentrasi alkali (10.5%). Untuk pemasakan serat sisal, digunakan 2 taraf konsentrasi alkali (9.0% dan 10.5%). Selesai pemasakan, serpih lunak dipisahkan dari larutan pemasak dan dicuci dengan air sampai bebas bahan kimia pemasak. Serpih lunak hasil pencucian selanjutnya diceraikan beraikan hingga menjadi serat-serat terpisah (pulp) pada alat Hollander beater pada konsistensi 3-4% selama satu jam, derajat kehalusan pulp diperiksa. Penggilingan dilanjutkan hingga pulp mencapai derajat kehalusan 600-700 ml CSF (12-15oSR) yaitu nilai yang umum untuk pembentukan lembaran papan serat (Casey, 1980; Anonim, 2014), dan total waktu giling yang diperlukan dicatat. Pulp yang diperoleh selanjutnya diturunkan kadar airnya menggunakan alat sentrifuse, dan selanjutnya ditentukan rendemennya. Masing-masing pulp yang diperoleh tersebut (dari rumput gelagah, TKKS, bambu, dan sisal) saling dicampur pada proporsi tertentu (Tabel 7) untuk pembentukan lembaran hardboard, dan kemudian diperiksa sifatnya. Hasil pemeriksaan digunakan untuk mencermati kemungkinan penyempurnaan sifat hardboard (hasil percobaan tahun 2013) (Anggraini et al., 2013). Kegiatan penyempurnaan tersebut (tahun 2014) terdiri dari dua inti. Inti pertama, membuat hardboard dari campuran pulp TKKS (pada konsentrasi alkali 12%) + pulp rumput gelagah (konsentrasi alkali 10.5%) + bambu (jenis andong atau betung, masing-masing pada konsentrasi alkali 10.5% pula) (Tabel 7). Konsentrasi 10.5% tersebut digunakan, karena berdasarkan hasil percobaan 2013 di mana 2 konsentrasi alkali diterapkan (9.0% dan 10.5%) untuk rumput gelagah dan bambu, ternyata sifat fisis/kekuatan hardboard pada konsentrasi 10.5% lebih baik (Anggraini et al., 2013). Untuk pulp TKKS, digunakan konsentrasi alkali 12.0% juga berdasarkan hasil percobaan 2013, dimana 2 konsentrasi alkali diterapkan (9.0% dan 10.5%). Lebih tingginya konsentrasi tersebut (12.0%) bertujuan lebih mengintensifkan pelarutan lemak/minyak pada TKKS melalui reaksi penyabunan (saponifikasi), sehingga
menyisakan lebih sedikit lemak/minyak pada hasil serat TKKS (bentuk pulp). Diduga dengan konsentrasi di bawah 12% tersebut (9.0-10.5%), masih terdapat sejumlah tertentu sisa lemak/minyak pada pulp TKKS sehingga mengganggu ikatan dan anyaman serat pulp TKKS pada pembentukan hardboard dan akibatnya berpengaruh negatif terhadap sifat kekuatannya. Juga adanya sisa lemak/minyak tersebut terindikasi kuat menimbulkan noda-noda berwarna gelap pada permukaan hardboard, terutama pada porsi campuran pulp TKKS 50-100% (Anggraini et al., 2013). Diharapkan segala masalah tersebut dapat diatasi dengan penggunaan konsentrasi alkali lebih tinggi (12%). Selanjutnya pada modifikasi ini, digunakan bahan perekat TRF (tanin-resorsinol-formaldehida), untuk kemudian dicermati performanya dibandingkan dengan performa perekat TF (tanin-formaldehida) yang digunakan pada kegiatan 2013.
Pada inti kedua, dibuat lembaran dari campuran pulp rumput gelagah + pulp TKKS + pulp sisal pada berbagai proporsi (b/b). Masing-masing pulp yang digunakan untuk pencampuran tersebut berasal dari hasil pemasakan serpih bahan serat pada konsentrasi alkali 9.0% dan 10.5% (Tabel 7). Percobaan inti kedua bertujuan menelaah kemungkinan substitusi serat bambu dengan serat sisal untuk pembuatan hardboard. Sementara itu pada percobaan inti pertama (kegiatan 2014), hardboard tetap dibuat dari campuran pulp TKKS + pulp rumput gelagah + pulp bambu (seperti kegiatan 2013). Akan tetapi dilakukan modifikasi di mana masing-masing pulp (RG, TKKS, bambu andong) untuk canpuran tersebut berasal dari pemasakan serpih dengan konsentrasi alkali lebih tinggi. Modifikasi lain adalah introduksi jenis bambu betung; aditif berupa arang aktif dan perekat TRF, dan tidak digunakannya emulsi lilin. Rincian modifikasi tersebut telah diuraikan sebelumnya (Tabel 7).
2. Pembentukan lembaran papan serat tipe hardboard
Pembentukan lembaran papan bertipe hardboard dilakukan dengan cara basah. Bahan serat untuk pembentukan lembaran tersebut adalah masing-masing dari keduabelas proporsi campuran bahan serat (b/b, dasar kering oven) untuk hardboard (Tabel 7), yaitu pulp rumput gelagah + pulp TKKS + pulp bambu (andong/betung) + pulp sisal yaitu: 100+0+0+0 (p1); 50+50+0+0 (p2); 50+0+50+0 (p3; pulp bambu andong); 50+0+50+0 (p4; pulp bambu betung); 0+0+0+100 (p5); 50+0+0+50 (p6); 0+50+0+50 (p7); 33.33+33.33+0+33.33 (p8), 0+0+0+100 (p9); 50+0+0+50 (p10); 0+50+0+50 (p11); dan 33.33+33.33+0+33.33 (p12). Campuran
serat bernotasi p1-p4 merupakan bagian percobaan inti kesatu, sedangkan yang bernotasi p5-p12 adalah percobaan inti kedua (Tabel 7).
Selanjutnya, keseluruhan bahan serat dari masing-masing komposisi/proporsi campuran tersebut disuspensikan dengan media air hingga mencapai konsistensi 3-4% pada alat penggiling serat Hollander beater berskala semi-pilot di mana, dan kemudian dilakukan sirkulasi hingga terbentuk suspensi pulp-air yang homogen. Sambil terus disirkulasi, untuk hardboard dari campuran pulp rumput gelagah + pulp TKKS + pulp bambu, ditambahkan bahan aditif berupa alum (tawas) sebanyak 3%, bahan perekat tanin resorsinol formaldehida (TRF) 5%, dan arang aktif 4%. Arang aktif tersebut merupakan hasil karbonisasi tempurung kelapa dilanjutkan dengan proses aktifasi (menggunakan uap, pada suhu 600oC selama 60 menit).
Alum merupakan senyawa anorganik dengan formula kimia K2SO4.Al2(SO4)3.24H20. Dengan demikian pada alum terdapat kation K+ dan Al+3, dan anion SO4-2. Terkait dengan aspek pulp dan kertas, alum berfungsi
sebagai retensi terhadap bahan serat atau bahan aditif pada saat dicampurkan dengan pulp (bentuk tersuspensi dalam air). Mekanisme kerja alum adalah menetralisir muatan negatif serat dan partikel aditif pada sistim suspensi tersebut hingga mencapai keadaan yang disebut zero potential (pH = 4-5). Pada keadaan tersebut diharapkan terjadi kontak/ikatan efektif antar serat atau antara serat dengan aditif pada saat suspensi pulp-air-aditif dibentuk menjadi lembaran berbasis serat ligno-selulosa, seperti kertas, karton, dan papan serat/hardboard. Porsi alum yang dilibatkan tersebut berkisar 3-6% (Casey, 1980; Smook, 2002; Anonim, 2012).
Sementara itu, untuk hardboard dari campuran pulp rumput gelagah + pulp TKKS + pulp sisal, ditambahkan bahan aditif dengan komposisi alum/tawas (3%), + emulsi lilin (5%) + perekat tanin formaldehida (TF) (4%). Campuran tersebut terus (baik yang melibatkan aditif TFR ataupun aditif TF) disirkulasi hingga terjadi homogenisasi campuran pulp-aditif-air.
Sebagai pembanding (kontrol) dibuat suspensi pulp-air (juga dari masing-masing proporsi) untuk hardboard (tanpa bahan aditif), juga bernotasi p1-p12 (Tabel 7). Pada pembentukan lembaran hardboard dengan notasi p1-p4, meski tanpa aditif, tetapi tetap menggunakan alum 3%; sedangkan yang dengan notasi p5-p12 adalah tanpa alum dan tanpa aditif. Sirkulasi juga dilakukan terhadap suspensi pulp-air-alum (tanpa aditif) hingga tercapai homogenisasi suspensi. Untuk memperoleh
rincian lebih jelas, komposisi campuran bahan serat (bentuk pulp) berikut bahan aditif untuk pembentukan hardboard disajikan pada Tabel 7.
Tabel 7. Komposisi bahan serat dan bahan aditif untuk pembentukan hardboard
Notasi (P)
Bahan serat (bentuk pulp) / macam dan proporsi
(%) Konsentrasi Alkali (%) Aditif RG TKKS Bambu (andong) Bambu (betung) Sisal P1 100 0 0 - - Ν Kontrol 100 0 0 - - Ν TRF (5%) + Alum (3%) + arang aktif (4%) P2 50 50 0 - - Ν Kontrol 50 50 0 - - Ν TRF (5%) + Alum (3%) + arang aktif (4%) P3 50 0 50 - - Ν Kontrol 50 0 50 - - Ν TRF (5%) + Alum (3%) + arang aktif (4%) P4 50 0 - 50 - Ν Kontrol 50 0 - 50 - Ν TRF (5%) + Alum (3%) + arang aktif (4%) P5 0 0 - - 100 9,0 Kontrol 0 0 - - 100 9,0 TF (4%) + emulsi lilin (5%) + alum (3%) P6 50 0 - - 50 9,0 Kontrol 50 0 - - 50 9,0 TF (4%) + emulsi lilin (5%) + alum (3%) P7 0 50 - - 50 9,0 Kontrol 0 50 - - 50 9,0 TF (4%) + emulsi lilin (5%) + alum (3%) P8 33,33 33,33 - - 33,33 9,0 Kontrol 33,33 33,33 - - 33,33 10,5 TF (4%) + emulsi lilin (5%) + alum (3%) P9 0 0 - - 100 10,5 Kontrol 0 0 - - 100 10,5 TF (4%) + emulsi lilin (5%) + alum (3%) P10 50 0 - - 50 10,5 Kontrol 50 0 - - 50 10,5 TF (4%) + emulsi lilin (5%) + alum (3%) P11 0 50 - - 50 10,5 Kontrol 0 50 - - 50 10,5 TF (4%) + emulsi lilin (5%) + alum (3%) P12 33,33 33,33 - - 33,33 10,5 Kontrol 33,33 33,33 - - 33,33 10,5 TF (4%) + emulsi lilin (5%) + alum (3%)
Keterangan: RG = rumput gelagah; TKKS = tandan kosong kelapa sawit; untuk notasi P1-P4: ν =
digunakan konsentrasi alkali untuk pulping bahan serat: 10.5% (RG dan bamboo andong), dan 12%
(TKKS), dan aditif berkomposisi alum (3%) + perekat TRF (5%) + arang aktif (4%); untuk notasi
P5-P8, digunakan konsentrasi alkali 9.0% untuk pulping masing-masing bahan serat (RG, TKKS, sisal);
untuk notasi P9-P12, digunakan konsentrasi alkali 10.5% untuk pulping masing-masing bahan serat
(RG, TKKS, sisal); untuk notasi p5-12, bahan aditif berkomposisi alum (3%) + perekat TF (4%) + emulsi lilin (5%); kontrol = tanpa aditif; proporsi campuran berdasarkan berat (kering oven) masing-masing bahan serat.
Berikutnya sesudah homogenisasi tersebut tercapai, bahan serat pada berbagai komposisi campuran, baik dengan atau tanpa aditif (Tabel 7) siap dibentuk menjadi lembaran papan serat bertipe hardboard (target kerapatan 1,00 gram/cm3) menggunakan alat deckle box (cara basah). Cara basah (bukannya cara kering) digunakan untuk pembentukan lembaran papan serat tipe hardboard, karena percobaan pembuatan papan serat tersebut, hasilnya ditujukan untuk kemungkinan penerapan pada usaha skala kecil/menengah (UKM). Lebih lanjut, cara basah relatif lebih murah (antara lain kebutuhan perekat lebih sedikit dari pada cara kering, dan peralatan yang dibutuhkan tidak terlalu rumit (Suchland dan Woodson, 1986; Anonim, 2012; 2013) sehingga diharapkan lebih sesuai untuk penerapan/mendukung usaha dengan dana/modal terbatas (UKM). Dalam hal pengggunaan perekat TRF untuk hardboard dari campuran rumput gelagah + TKKS + bambu, disini besarnya 5% (sedikit lebih besar dari pada penggunaan TRF untuk papan serat dari bahan baku kayu yaitu sekitar 1-2%). Ini disebabkan bahan baku rumput gelagah, bambu, dan TKKS golongan monokotil (berbeda dengan kayu yaitu termasuk golongan dikotil khususnya kayu daun lebar) di mana selain terdapat bahan serat, banyak pula mengandung pula bahan bukan serat (terutama sel-sel parenkhim yang bersifat mudah hancur/lebih rapuh) (Haygreen dan Bowyer, 1999). Selanjutnya, sesudah pembentukan lembaran hardboard, dilakukan pengempaan dingin (suhu kamar, tekanan 5 kg/cm2), dilanjutkan dengan perlakuan panas selama 30 menit, dan pengempaan panas (suhu 170oC, tekanan 30 kg/cm2, selama 10 menit). Lembaran hardboard yang terbentuk selanjutnya dikondisikan pada ruang bersuhu dan berkelembaban tertentu selama 24 jam, dan kemudian siap diuji sifat fisik dan kekuatan/mekaniknya.
Dasar penentuan komposisi untuk bahan serat berupa (bentuk pulp) rumput gelagah, TKKS, dan bambu (andong dan betung) (notasi p1-p4; Tabel 7) adalah berdasarkan hasil percobaan hardboard sebelumnya (tahun 2013; yang hanya melibatkan bamboo andong saja) dimana hardboard yang paling baik (berprospek)
adalah dari bahan serat dengan rumput gelagah 100%, kemudian diikuti hardboard yang menggunakan campuran TKKS dan bambu. Oleh karena itu penggunaan bahan baku rumput gelagah lebih diutamakan (Anggraini et al., 2013). Selanjutnya, pada komposisi campuran bahan serat yang melibatkan serat sisal untuk percobaan pembuatan hardboard (bernotasi p5-p12; Tabel 7), digunakan proporsi serupa dengan komposisi yang melibatkan serat bambu andong pada tahun 2013 (Tabel 17, dan 21). Hal tersebut dilakukan untuk mencermati kemungkinan peranan sisal sebagai pengganti (substitusi) bambu untuk hardboard dengan komposisi yang sama seperti tahun 2013 tersebut.
D. Pengujian
1. Sifat dasar bahan baku
Pemeriksaan terhadap sifat dasar bahan baku serat (rumput gelagah, TKKS, bambu andong/betung, dan sisal) mencakup kadar air, kerapatan, dimensi serat dan nilai turunannya, dan analisa komponen kimia.
a. Kerapatan
Pemeriksaan kerapatan bahan serat dilakukan menurut Standar TAPPI (Anonim, 2007).
b. Dimensi serat dan nilai turunannya
Pemeriksaan dimensi serat (rumput gelagah, TKKS, bambu, dan sisal) dan nilai turunannya dilakukan menurut Prosedur Lembaga Penelitian Hasil (Silitonga, et al., 1972; Apriani, 2010). Pemeriksaan tersebut mencakup panjang serat, diameter serat dan diameter lumen, tebal dinding serat, bilangan Runkel, bilangan Muhlstep, daya tenun, koefisien kekakuan, dan kelemasan (koefisien fleksibilitas) serat.
c. Analisis komponen kimia bahan serat
Analisis ini mencakup penetapan kadar selulosa, kadar lignin, kadar alfa-selulosa, kadar pentosan, kadar abu, kadar silika, kelarutan dalam alkohol-benzen 1:2, dalam air dingin/panas, dan kelarutan dalam NaOH 1%, dilakukan menurut Standar TAPPI (Anonim, 2007).
Pengujian tersebut mencakup rendemen pulp, konsumsi alkali, derajat kehalusan pulp awal (ml CSF), dan waktu mencapai derajat giling mencapai 600-700 ml CSF (12-15oSR), yang juga dilakukan menurut standar TAPPI (Anonim, 2007).
3. Pengujian lembaran papan hardboard a. Pengujian sifat fisik dan mekanik
Pengujian sifat fisik dan mekanik hardboard mengacu pada standar JIS (Anonim, 2003) dan ISO (Anonim, 2013), yang mencakup kerapatan riil, keteguhan lentur (MOE), modulus patah (MOR), kadar air, daya serap air, pengembangan tebal, keteguhan rekat internal (IB), konduktifitas panas, dan ketahanan panas.
4. Evaluasi/pencermatan pada skala nano
Evaluasi/pencermatan ini dilakukan terhadap bahan baku serat (rumput gelagah, TKKS, bambu, dan sisal) dan produk jadi (hardboard) sebagai tambahan atau pelengkap data/informasi yang diperoleh dari hasil pengujian secara konvensional, dengan menggunakan instrumen berkemampuan nano yaitu XRD ( X-ray diffraction) dan SEM (scanning electron microscope)
E. Rancangan Percobaan dan Analisis Data 1. Sifat dasar
Untuk menelaah data sifat dasar bahan serat (berat jenis, kadar air, komposisi kimia, dimensi serat dan nilai turunannya) digunakan rancangan acak lengkap satu faktor. Sebagai faktor adalah macam bahan serat yaitu rumput gelagah (s1), TKKS (s2), serat bambu andong (s3), serat bambu betung (s4), dan serat sisal (s5). Pengamatan (ulangan) terhadap sifat masing-masing bahan serat dilakukan sebanyak 5-10 kali.
2. Sifat pengolahan pulp
Untuk menelaah data sifat pemasakan (pengolahan) pulp untuk tipe hardboard, juga digunakan rancangan acak lengkap satu faktor. Sebagai faktor (perlakukan) adalah macam bahan serat (S) yaitu rumput gelagah (s1), TKKS (s2), bambu andong (s3), bambu betung (s4), dan sisal (s5). Pengolahan pulp rumput gelagah adalah pemasakan pada konsentrasi alkali 9,0% (s11) dan 10,5% (s12); pulp TKKS pada konsentrasi 9,0% (s21), 10,5% (s22), dan 12,0% (s23); dan pulp bambu (andong dan
betung) hanya pada satu taraf konsentrasi alkali (10,5%), dengan notasi berturut-turut s3 dan s4. Sementara itu, pengolahan pulp pada 2 taraf konsentrasi alkali yaitu 9,0% (s51) dan 10,5% (s52). Setiap taraf (macam bahan serat dan taraf konsentrasi alkali) diulang sebanyak 5 kali.
3. Sifat fisis-mekanis hardboard a. Percobaan inti kesatu
Data sifat fisis-mekanis ini adalah hasil pengujian hardboard yang dibentuk dari campuran pulp rumput gelagah (RG), pulp TKKS, dan pulp bambu (andong dan betung) pada berbagai proporsi (P; dengan notasi p1-p4) (Tabel 7). Data tersebut ditelaah dengan rancangan acak lengkap faktorial. Sebagai faktor adalah komposisi campuran bahan serat (bentuk pulp) (P) bernotasi p1-p4 tersebut (Tabel 7); dan faktor lainnya penggunaan aditif yang terdiri (A) dari 2 taraf yaitu campuran alum (4%) + perekat TRF (5%) + arang aktif (4%) (a1); dan kontrol/tanpa aditif, tetapi tetap dengan alum (4%) (a0). Setiap taraf dari kombinasi kedua faktor tersebut (P dan A) diulang sebanyak 5 kali.
b. Percobaan inti kedua
Disini, data sifat fisis-mekanis di sini adalah hasil pengujian hardboard dari campuran pulp rumput gelagah (RG), pulp TKKS dan pulp sisal, bernotasi p5-p12) (Tabel 7). Data tersebut ditelaah pula dengan rancangan acak lengkap faktorial. Sebagai faktor adalah komposisi campuran bahan serat (P) bernotasi p5-p12 tersebut; dan faktor lainnya penggunaan aditif dan konsentrasi alkali. Aditif (A) terdiri dari 2 taraf pula yaitu campuran campuran alum (4%) + emulsi lilin (5%) + perekat TF (4%) (a1); dan kontrol/tanpa aditif, tetapi tidak menggunakan alum (4%) (a0). Konsentrasi alkali (N) juga dibuat 2 taraf, yaitu 9,0% (n1) dan 10,5% (n2) Setiap taraf dari kombinasi ketiga faktor tersebut (P, A, dan B) juga diulang sebanyak 5 kali. Sekiranya pengaruh faktor baik individu atau interaksinya nyata, dalam hal sifat dasar (S), pengolahan pulp (S), dan pembentukan lembaran hardboard (P, A, N, dan P*A, P*N, N*A, dan P*N*A), maka peneleaahan dilanjutkan pula dengan uji jarak beda nyata jujur atau Tukey (Snedecor dan Cochran, 1980; Ott, 2004).
Untuk lebih memperoleh illustrasi, harboard hasil percobaan tahun 2014 baik inti ke satu ataupun inti ke dua, perlu dibandingkan dengan hardboard hasil percobaan tahun 2013. Evaluasi perbandingan dilakukan dengan mencermati data
sifat hardboard hasil masing-masing percobaan (tahun 2014 terhadap tahun 2013). Pada percobaan inti ke satu (hardboard dari campuran rumput gelagah, TKKS, dan bambu), evaluasi perbandingan yang melalui pencermatan data tersebut dilakukan dengan menerapkan rancangan acak berblok (Steel dan Torrie, 1990). Sebagai blok adalah penerapan teknologi yang diterapkan tahun 2014 terhadap yang diterapkan pada tahun 2013. Teknologi yang diterapkan pada tahun 2014 adalah proporsi campuran bahan serat teknologi dan penggunan aditif. Proporsi campuran serat mencakup pulp RG (berkonsentrasi alkali 10.5%) + pulp TKKS (berkonsentrasi 12.0%) + pulp bambu andong (berkonsentrasi alkali 10.5%) (notasi p1-p4; Tabel 7). Penggunaan aditif mencakup kontrol dan dengan-aditif. Pada hardboard kontrol (tanpa-aditif), alum tetap digunakan; sedangkan pada hardboard dengan-aditif, macam dan komposisi aditif adalah perekat TRF + tawas + arang aktif, tanpa emulsi lilin. Pada teknologi tahun 2013, proporsi campuran serat mencakup pulp RG + pulp TKKS + pulp bambu andong (masing-masing seluruhnya berkonsentrasi alkali 10.5%) (Tabel 17). Pada tahun 2013 pula, aditif juga terdiri dari kontrol dan dengan aditif. Pada kontrol tersebut tidak digunakan alam; sedangkan yang dengan aditif, macam/komposisi aditifnya adalah perekat TF + tawas + emulsi lilin (tanpa arang aktif).
Pada percobaan inti kedua, evaluasi perbandingan (teknologi tahun 2014 terhadap teknologi 2013) yang juga melalui pencermatan data dilakukan dengan menerapkan pula rancangan acak berblok. Sebagai blok adalah proporsi campuran bahan serat yang melibatkan serat sisal (percobaan 2014) yaitu pulp RG + pulp TKKS + pulp sisal pada berbagai proporsi dengan notasi p5-p12 (Tabel 7), terhadap proporsi campuran bahan serat yang melibatkan pulp bambu andong (percobaan 2013) yaitu pulp RG + pulp TKKS + pulp bambu andong juga pada berbagai proporsi (Tabel 21). Sebagai blok lain pada rancangan tersebut adalah penggunan aditif (kontrol dan dengan-aditif) dan konsentrasi alkali.pada 2 taraf (9.0% dan 10.5%) Lebih lanjut untuk memperoleh indikasi lebih meyakinkan (pada percobaan 2014), bahan serat mana baik secara individu (rumput gelagah, TKKS, serat bambu, dan serat sisal) ataupun komposisi campuran serat mana (pada proporsi tertentu) yang lebih berprospek untuk produk jadi (hardboard); bagaimana peranan aditif; dan perubahan konsentrasi alkali (Tabel 7), maka telaahan lebih lanjut (dengan mencermati sifat dasar, sifat pengolahan pulp, dan sifat produk hardboard) dilakukan
dengan analisis diskriminan berikut koefisien determinasi kanonik (Anonim, 1997; Morrison, 2003).
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Sifat Dasar Bahan Serat
1. Kadar air, kerapatan, dan komposisi kimia
Analisis keragaman terhadap kadar air, kerapatan, dan komposisi kimia menunjukkan bahwa perbedaan macam bahan serat (TKKS, rumput gelagah, bambu, dan sisal) berpengaruh nyata (Tabel 8 dan 9). Kerapatan bambu paling tinggi, diikuti berturut-turut oleh rumput gelagah, sisal, dan TKKS (terendah). Rendahnya kerapatan diduga terkait dengan banyaknya porsi jaringan parenkhim, bahan ekstraktif (sisa lemak/minyak), dan bahan lain bukan penyusun dinding serat (Casey, 1980; Saupe, 2011). Sebaliknya, tingginya kadar bahan penyusun serat (lignin) terindikasi berhubungan erat dengan paling tinginya kerapatan bambu (Dransfield dan Widjaja, 1995; Smook, 2002; Anonim, 2013c). Sisal menunjukkan kadar air tertinggi, diikuti oleh bambu andong, TKKS, bambu betung, dan rumput gelagah (paling rendah). Kadar air rendah diduga terkait dengan rendahnya kandungan pentosan (bersifat polar) dan tingginya kandungan senyawa kurang polar (hidrofobik) seperti lemak/minyak, yang kemudian tesabunkan (diindikasikan dengan tingginya kelarutan dalam NaOH 1%). Hal tersebut terjadi pada rumput gelagah dan TKKS. Sebaliknya, kadar air tinggi diduga terkait dengan tingginya kadar pentosan dan rendahnya kadar lignin (kurang polar), sebagaimana diindikasikan pada bambu (andong) dan sisal (Anonim, 2012; 2012a). Kadar air dan kerapatan bahan serat tinggi tidak dikehendaki sebab lebih mudah terdegradasi (hidrolisis), meningkatkan bobotnya, dan mempertinggi kebutuhan energi pengolahannya menjadi pulp (Casey, 1980).
Tabel 8. Analisis keragaman terhadap kerapatan dan komposisi kimia bahan serat berligno selulosa
Berat jenis dan komposisi kimia
Sumber keragaman / db
F-hit Peluang Rata-
rata KK (%) D0,05 Total Perlakuan (T) Galat Kadar air, % 24 4 20 5,94 * 6,805 8,23 1,298 Kerapatan, g/cm3 24 4 20 18,97 ** 0,383 6,42 0,0392 Alfa-elulosa, % 24 4 20 34,18 ** 53,532 9,21 2.29 Pentosan, % 24 4 20 5,97 * 17,088 5,34 1,671
Lignin,% 24 4 20 5,79 * 27,124 7,32 4,942 Abu, % 24 4 20 31,24 ** 4,216 7,29 1,3189 Silika, % 24 4 20 12,92 ** 0,836 6,73 0,2870 Kelarutan dalam alkokol-benzen,% 24 4 20 13,68 ** 6,466 4,32 0,5891 Kelarutan dalam air dingin, % 24 4 20 19,24 ** 5,88 4,78 1,876 Kelarutan dalam air panas, % 24 4 20 54,23 ** 8,914 9,62 1,62 Kelarutan dalam NaOH 1%, % 24 4 20 11,33 ** 19,806 9,34 1,752
Keterangan: T = Macam bahan serat berligno-selulosa; db = derajat bebas; * = nyata pada taraf 5%; ** = nyata pada 1%; tn = tak nyata; KK = koefisisien keragaman; D0,05 = nilai kritis uji jarak beda nyata Tukey pada taraf 5%.
Tabel 9. Hasil uji jarak beda nyata jujur Tukey terhadap kerapatan dan komposisi kimia bahan serat (dinyatakan dalam grade/mutu dan skor) *)
Kerapatan dan komposisi
Aspek Macam bahan serat
TKKS Rumput gelagah Bambu andong Bambu betung Sisal Kadar air, % M 6,11 4,72 7,74 5,70 9,76 G C D B CD A S 3 4 2 3,5 1 Kerapatan, g/cm3 M 0,1333 0,2016 0,7272 0,6824 0,1684 G C D B A CD S 4 3 2 1 3,5 Alfa-selulosa, % M 56,24 58,83 50,74 48,37 53,48 G B A D E C S 4 5 2 1 3 Pentosan, % M 15,75 15,08 18,91 17,65 18,05 G BC C A B AB S 2,5 2 4 3 3,5 Lignin, % M 26,29 25,68 32,61 32,23 18,81 G B B A A C S 3 3 4 4 2 Abu, % M 6,19 5,77 2,40 4,14 2,58 G A B D C D S 1 2 4 3 4 Silika, % M 0,97 1,70 0,71 0,73 0,07 G B A C C D S 2 1 3 3 4 Kelarutan dalam alkohol-benzen, % M 19,67 2.91 4,81 2,72 2,22 G A C B CD D S 1 3 2 3,5 4
Kelarutan dalam air dingin, %
M 7,02 10,65 2,54 4,66 4,53
G B A C BC BC
S 2 1 3 2,5 2,5
Kelarutan dalam air panas, % M 7,56 11,25 4,32 15,50 5,94 G C B E A D S 3 2 5 1 4 Kelarutan dalam NaOH 1%, % M 19,92 30,13 17,11 16,86 15,01 G B A BC C D S 2 1 2,5 3 4 TS 27,5 27,0 33,5 27,0 35,0
Keterangan: Rata-rata dari 5 ulangan; TKKS (tandan kosong kelapa sawit); *) Untuk nilai D0,05, lihat Tabel sebelumnya; Angka (dalam kolom M) yang diikuti secara vertikal oleh huruf (kolom G) dan skor (kolom S) yang sama tak berbeda nyata: A > B > C > D (Sumber: Ott, 1994, Anonim, 1997); TS = Total skor: S1 + S2 + S3 + …… + Sn
Kadar abu tertinggi terdapat pada TKKS dan terendah pada bambu andong; sedangkan kadar silika tertinggi pada rumput gelagah (terendah pada sisal) (Tabel 8 dan 9). Kadar abu dan silika tinggi tak dikehendaki karena cepat mempertumpul peralatan logam, mengganggu ikatan/anyaman antara serat selama pembentukan lembaran papan serat (termasuk tipe hardboard) sehingga berakibat negatif terhadap sifat fisis dan mekanisnya (Suchsland dan Woodson, 1986; Anonim, 2012). Kadar selulosa tertinggi adalah pada rumput gelagah, disusul oleh TKKS, sisal, dan bambu. Bambu menunjukkan kadar lignin tertinggi, diikuti oleh TKKS dan rumput gelagah (keduanya saling tak berbeda nyata), hingga sisal. Kadar pentosan tertinggi pada bambu (andong), sedangkan terendah pada rumput gelagah. (Tabel 9). Kadar selulosa, lignin, dan pentosan tinggi dikehendaki untuk papan serat. Selulosa merupakan salah satu penyusun bahan serat, sedangkan lignin berperan sebagai
pengikat (perekat) alami antar serat pada papan serat (hardboard)), dan pentosan memudahkan proses penggilingan serat pulp sehingga tak mudah rusak pada perlakukan mekanis. Sebaliknya kandungan tinggi bahan penyusun bukan serat (jaringan pareknkim, lemak/minyak, dan karbohidrat) tak dikehendaki (diindikasikan pada tingginya kelarutan dalam pelarut non-polar, kurang polar, dan polar), karena antara lain mengkonsumsi banyak bahan kimia pemasak (pulping) dan menurunkan sifat fisis-mekanis produk papan serat (Casey, 1980; Smook, 2002; Anonim, 2012). Berdasarkan total skor (hasil manipulasi uji BNJ) di mana masing-masing karakteristik sifat dasar (baik dikehendaki atau tak-dikehendaki) yaitu kerapatan, berat jenis, komposisi kimia dibobot sama (Tabel 9), serat sisal memiliki total skor tertinggi (TS = 35,0), disusul oleh bambu andong (TS = 33,5), bambu betung (TS = 27,5), TKKS (TS = 27,5), hingga serat rumput gelagah (TS = 27,0; yang terendah). Dengan demikian, atas dasar itu, serat sisal berindikasi paling berprospek untuk hardboard, sedangkan serat rumput gelagah paling tidak-berprospek.
2. Dimensi serat dan nilai turunannya
Analisis keragaman terhadap dimensi serat dan nilai turunannya menunjukkan bahwa perbedaan macam bahan serat juga berpengaruh nyata (Tabel 10). Penelaahan lebih lanjut (Uji BNJ) menunjukkan serat berdimensi terpanjang dan berdiameter terbesar adalah bambu betung, sedangkan serat terpendek pada TKKS dan diameter terkecil pada sisal dan TKKS. Diameter lumen terbesar juga pada
