PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL DARI
SERBUK BATANG KELAPA SAWIT(Elaeis Guineensis Jacq)
DENGAN PEREKAT BERBASIS POLIPROPILENA DAN
POLIPROPILENA GRAFTING MALEAT ANHIDRAT
TESIS
Oleh:
ADIANSYAH 147006009/KIM
PROGRAM STUDI MAGISTER ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL DARI
SERBUK BATANG KELAPA SAWIT(Elaeis Guineensis Jacq)
DENGAN PEREKAT BERBASIS POLIPROPILENA DAN
POLIPROPILENA GRAFTING MALEAT ANHIDRAT
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains (M.Si) Program Studi Magister Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Oleh:
ADIANSYAH 147006009/KIM
PROGRAM STUDI MAGISTER ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Judul Tesis : PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL DARI SERBUK BATANG KELAPA SAWIT(Elaeis Guineensis Jacq) DENGAN PEREKAT BERBASIS POLIPROPILENA DAN POLIPROPILENA GRAFTING MALEAT ANHIDRAT
Nama Mahasiswa : ADIANSYAH Nomor Pokok : 147006009
Program Studi : Magister Ilmu Kimia
Menyetujui Komisi Pembimbing
(Dr. Darwin Yunus Nasution, MS)
Ketua Anggota
(Dr. Marpongahtun, M.Sc)
Ketua Program Studi Dekan
(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) (Dr. Kerista Sebayang, MS)
Telah diuji pada
Tanggal : 23 Januari 2017
PANITIA PENGUJIAN TESIS
KETUA : Dr. Darwin Yunus Nasution, M.S
Anggota : 1. Dr. Marpongahtun, M.Sc
2. Prof. Dr. Tonel Barus 3. Prof. Dr. Thamrin, MSc 4. Saharman Gea, M.Si, Ph.D
PERNYATAAN ORISINALITAS
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL DARI
SERBUK BATANG KELAPA SAWIT(Elaeis Guineensis Jacq)
DENGAN PEREKAT BERBASIS POLIPROPILENA DAN
POLIPROPILENA GRAFTING MALEAT ANHIDRAT
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya Tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, Januari 2017 Penulis
Adiansyah 147006009
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai Sivitas Akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini:
Nama : Adiansyah Nomor Pokok : 147006009
Program Studi : Magister Ilmu Kimia Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusif Royalty
Free Right) atas Tesis saya yang berjudul:
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL DARI SERBUK BATANG KELAPA SAWIT (Elaeis Guineensis Jacq) DENGAN PEREKAT
BERBASIS POLIPROPILENA DAN POLIPROPILENA GRAFTING MALEAT ANHIDRAT
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas royalti non-eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, 23 Januari 2017 Penulis
Adiansyah 147006009
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah yang tak terhingga penulis ucapkan dengan segala kerendahan hati dan diri kepada Allah SWT, serta Shalawat dan Salam kepada Nabi Allah insan terbaik; Rasulullah Muhammad SAW sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini dan menjadi sebuah tesis dengan judul: “Pembuatan dan
Karakterisasi Papan Partikel dari Serbuk Batang Kelapa Sawit (Elaeis Guineensis Jacq) dengan Perekat Berbasis Polipropilena dan Polipropilena Grafting Maleat Anhidrat”.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua yang selalu sabar membimbing penulis, kepada Ayahanda tercinta Sariman, S.E., yang dengan doa dan tetesan peluhnya, mengorbankan banyak hal untuk membesarkan dan mendidik penulis dengan penuh cinta kasih sayang beliau dan kepada Ibunda tersayang Khadijah, yang dengan setulus hati tak henti-hentinya selalu mengirimkan doa beliau curahkan kepada saya, motivasi dan semangat beliau, sehingga penulis sampai pada jenjang saat ini. Kakak ku tersayang Hellya (Alm), adik ku Irfan Al-fauzi Sekedang, Doni Sekedang, Khairil Dona Sekedang, Fakhreni dan anakku Alukhwarizmi tersayang. Terima kasih semangat dan motivsinya semoga Allah. SWT memberikan kita kesuksesan dunia dan akhirat. Amin Ya Robbal alamin.
Dalam kesempatan ini juga penulis ingin mengucapkan terimah kasih yang tak terhingga kepada:
Bapak Prof. Dr. Runtung Sitepu, M.Hum, Selaku Rektor Universitas Sumatera Utara.Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S, selaku dekan FMIPA, atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan di program Magister ilmu kimia disekolah pasca Sarjana USU.
Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, M.S,Ph.D, selaku ketua program S2 kimia, atas kesempatan yang telah diberikan kepada penulis untuk menyelesaikan pendidikan di sekolah Pasca Sarjana USU dan memberikan motivasi dan semangat dalam penulisan tesis ini.
Bapak Dr. Darwin Yunus Nst, M.S., selaku komisi pembimbing I, yang telah banyak meluangkan waktu bahkan sampai mengganggu waktu istrahat beliau dirumah beliau di Jl. Bajak V. Gg: Ramli untuk memberikan kesempatan, pengarahan, bimbingan dan bantuan dalam menyelesaikan penulisan tesis ini.
Ibu Dr. Marpongahtun, M.Sc, selaku komisi pembimbing II, yang dengan sabar telah meluangkan waktunya untuk memberikan pengarahan, bimbingan, dan bantuan dalam menyelesaikan penulisan tesis ini terima kasih atas bimbingan Ibu.
Bapak Prof. Dr. Tonel Barus, selaku anggota penguji I, Bapak Prof. Dr. Thamrin, MSc, selaku anggota penguji II dan Bapak Saharman Gea, M.Si, Ph.D, selaku anggota penguji III, yang dengan sabar telah meluangkan waktunya untuk memberikan pengarahan, bimbingan, dan bantuan dalam menyelesaikan penulisan tesis ini terima kasih atas bimbingan bapak
Penghargaan untuk persahabatan spesial kepada teman - teman kimia Pascasarjana Ilmu Kimia Putu Mahendra, Ibu Yusnaidar, Agung Peratama, dan stambuk genap Kimia 2014 tetap semangat menjalani hari-hari kedepannya. Saya menyadari dengan kemampuan dan pemahaman terhadap pengetahuan dan pengalaman yang dimiliki bahwa penulisan tesis ini masih jauh dari kesempurnaan. Harapan kritik dan saran yang bersifat konstruktif sangat saya harapkan untuk kesempurnaan tesis ini.
Medan, 23 Januari 2017 Penulis
Adiansyah 147006009
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama : Adiansyah
Tempat dan Tanggal Lahir : Terutung Seperai, 09 Oktober 1988
Alamat : Desa Terutung Seperai, Kec. Bambel, Kab. Aceh Tenggara
Telepon/ Hp : 081264905531
Email : adiansyah_skd@yahoo.co.id Nama Ayah : Sariman, SE
Nama Ibu : Khadijah
DATA PENDIDIKAN
SD : SD Negeri Terutung Seperai Tamat : 2000 SMP : SLTPN 1 Kutacane Tamat : 2003 SMA : SMA Negeri 2 Kutacane Tamat : 2006 Stara-1 : Kimia S-1 FMIPA USU Tamat : 2011
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL DARI SERBUK BATANG KELAPA SAWIT(Elaeis Guineensis Jacq) DENGAN PEREKAT BERBASIS
POLIPROPILENA DAN POLIPROPILENA GRAFTING MALEAT ANHIDRAT
Abstrak
Pembuatan dan karakterisasi papan partikel dari serbuk batang kelapa sawit (Elaeis
Guineensis Jacq) dengan perekat berbasis polipropilena dan polipropilena grafting maleat
anhidrat telah dilakukan. Batang kelapa sawit yang telah dihaluskan diayak dengan ayakan ukuran 80 mesh dan dikeringkan , sampel tersebut diolah dengan perendaman air pada suhu 60oC, menggunakan NaOH 1% dan monokloro asetat 3% masing masing selama 24 jam kemudian dicuci dengan aquadest hingga pH netral dan dikeringkan. Pengujian sifat-sifat fisik dan mekanik yaitu uji kerapatan, daya serap air, MoR dan MoE didasarkan pada SNI 03-2105-2006 dan pengujian terhadap interaksi kimia dengan FT-IR, SEM dan TGA. Hasil penelitian menunjukkan nilai MoR maksimum untuk papan partikel perendaman NaOH 1 % sebesar 430.11 kgf/cm2, kerapatan 0.54 g/cm3, daya serap air 0.58%, dan pengembangan tebal
0.47%. Untuk nilai MoE papan partikel maksimum pada perendaman monokloro asetat 3% sebesar 10931.35 kgf/cm2 kerapatan 0.63 g/cm3, dayaserap air 0,61%, pengembangan tebal 0.49%. Nilai MoR pada SNI 03-2105-2006 persyaratan minimal 107 kgf/cm2, nilai papan partikel yang dihasilkan sudah memenuhi syarat SNI dan persyaratan MoE minimal 20400 kgf/cm2 maka nilai papan partikel yang dihasilkan belum memenuhi syarat SNI, untuk kerapatan, daya serap air dan pengembangan tebal masing-masing telah memenuhi standar SNI. Analisa FT-IR menunjukkan telah terjadi reaksi antara KKS : PP-g-AM : DVB : PP : BPO puncak serapan papan partikel 3345,21 cm-1 adalah serapan gugus hidroksil dari selulosa kayu kelapa sawit yang bergeser bilangan geolombang 3421,50 cm-1. Puncak serapan pada bilangan gelombang 1722,07 cm-1 adalah puncak serapan gugus karbonil ester yang terbentuk dari reaksi gugus maleat dengan gugus hidroksil dari selulosa serbuk kayu dan ini dibuktikan dengan berkurangnya intensitas serapan gugus hodroksil selulosa. Dari analisa foto SEM terlihat bahwa percampuran antara serbuk kayu kelapa sawit dengan PP-g-AM sudah menunjukkan adanya interaksi kuat antara serat-serat kayu kelapa sawit dengan PPd-g-AM optimum pada papan partikel perendaman monokloro asetat 3% memperlihat kan permukaan yang lebih homogen. Analisa TGA optimum pada pada sampel papan partikel monokloro asetat 3% terlihat munculnya dua puncak kurva termogravimetri yang dihasilkan dari penelitian. pada tahap pertama 144.72oC – 166.13oC penurunan massa sebesar 5.596% (0.6966 mg) dan pada 200oC–358.23oC pada tahap kedua terjadi dekomposisi penurunan massa sebesar 30.15% (3.753 mg) pada 310.56oC dan residu terakhir sebesar 10.97% (1.365 mg).
PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF PARTICLE BOARD OIL PALM TRUNKFLOUR (Elaeis Guineensis Jacq) BASED ON ADHESIVE POLYPROPYLENE
AND POLYPROPYLENE GRAFTED MALEIC ANHYDRIDE
Abstract
Preparation and characterization of particle boards from oil palm trunk flour (Elaeis Guineensis Jacq) with adhesive based on polypropylene and polypropylene grafted maleic anhydride have been conducted. Palm oil trunk that had been broken, then continued with milled processing, retained on 80 mesh-sieves, and dried. The sample was soaking for 24 hours in three different solvents, such as water with 60oC of temperature, NaOH 1%, and monochloroacetatet 3%. The physical and mechanical testing of particle board consists of density, swelling, MoR, and MoE based on SNI 03-2105-2006 and the testing for chemical interaction consist of FT-IR, SEM, and TGA. The result showed, the maximum value of MoR is found in NaOH 1% treatment, with value 430.11 kgf/cm2 of MoR, 0.54 g/cm3 of density, 0.58% of water absorption, and 0.47% of swelling. The maximum value of MoE is found in monochloroacetate 3% treatment, with value 10931.35 kgf/cm2, 0.63 g/cm3 of density, 0.61% of water absorption, and 0.49% of swelling. The MoR and MoE value based on SNI 03-2105-2006 are 107 kgf/cm2 and 20400 kgf/cm2, it means the MoR value of particle board has passed the SNI, including the density, water absorption, and swelling values have passed the SNI. The FT-IR analysis showed the reaction has taken place between KKS : PP-g-AM : DVB : PP : BPO, with absorption peak at 3345,21 cm-1 that confirmed the existence of hydroxyl group, but in the cellulose of oil palm trunk flour the peak of hydroxyl group shifted to 3421,50 cm-1. The peak at 1722,07 cm-1 is confirmed the existence of carbonyl from ester group, that formed from the interaction between maleic group and hydroxyl group from cellulose, this assumption is supported with decreasing in intensity value of hydroxyl group of cellulose. Microphotograph analysis using SEM between oil palm trunk flour with PP-g-AM showed the homogeny surface in the monochloroacetate 3% treatment. The optimum result of TGA analysis is found in particle board with monochloroacetate 3% treatment, with two thermo gravimetric curves, on the first curve (144.72-166.13oC) with reduction in mass 5.596% (0.6966 mg) and the second curve (200-358.23o
Keywords : Particle board, adhesive PP-g-MA, palm oil trunk powder
C) with reduction in mass 30.15% (3.753 mg) and the residue in the end of the process 10.97% (1.365 mg)
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR i ABSTRAK iv ABSTRACT v DAFTAR ISI vi DAFTAR GAMBAR x DAFTAR TABEL xi BAB 1 PENDAHULUAN 1 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Permasalahan 4 1.3. Pembatasan Masalah 4 1.4. Tujuan.Peneltian 4 1.5. Manfaat Penelitian 4 1.6. Metodologi Penelitian 5 1.7. Lokasi Penelitian 6
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 7
2.1. Poliropropilena 7
2.2. Sifat-sifat Polipropilena 8 2.3. Degdradasi polipropilena dengan benzoil peroksida 10 2.4. Maleat Anhidrida 11 2.5. Pembentukan Maleat Anhidrida 12 2.6. Fungsionalisasi polipropilena 12 2.7. Interaksi antara polipropilena -PPd-g-AM -Serbuk kayu 15 2.8. Metode grafting 17 2.9. Kayu kelapa sawit 19
2.9.1. Sifat Fisik Kayu kelapa sawit 21 2.9.2. Kerapatan Batang Kelapa Sawit 22 2.9.3. Sifat Mekanik Kayu Kelapa sawit 22 2.10. Papan Partikel 23 2.10.1. Mutu Papan Partikel 24
2.10.2. Cacat 24
2.10.3. Ukuran 24
2.10.4. Sifat fisis papan partikel 24 2.10.5. Sifat Mekanis 25 2.11. Karakterisasi Papan Partikel 26 2.12. Kekuatan Lentur (Ultimate Flexural Strength) 26 2.13. Scanning Electron Microscopy (SEM) 27 2.14. Seepektroscopy Infra Merah (FT-IR)
2.15. Thermogravimetry Analysis (TGA)
28 30
BAB 3 METODE PENELITIAN 32
3.1. Bahan – Bahan dan Alat – Alat Penelitian 32
3.1.1. Bahan – Bahan Penelitian 32
3.1.2. Alat – Alat Penelitian 33
3.2. Prosedur 34
3.3. Penyediaan Bahan Kayu Kelapa Sawit (KKS ) 34
3.4. Tahap persipan sampel 35
3.5. Degradasi polipropilena dengan benzoil peroksida 35
3.5.1. Sample-sample ini disebut polipropilena terdegradasi 36
3.5.2. Penentuan viskositas intrinsik PPd 36
3.6. Analisis degradasi termal PPd dengan Maleat anhidrat 37
3.7. Pembentukkan PPd dengan Anhidrida Maleat 37
3.9. Penentuan derajat grafting PPd-g-AM 38
3.9.1. Uji Spektroskopi FTIR PPd-g-AM
3.9.2. Analisa degradasi termal PPd-g-AM denga TGA
38 39 3.10. Pembuatan Papan Partikel
3.11. Uji kerapatan papan partikel 3.12. Uji kadar air papan partikel
3.13. Pengembangan tebal setelah perendaman air
3.14. Uji keteguhan lentur kering dan Modulus elastic lentur
3.15. Bagan pengambilan data
39 40 40 41 41 43
3.15.1. Degradasi termal polipropilena dengan BPO 43
3.15.2. Reaksi anhidrida maleat pada polipropilena 44
3.15.3. Pemurnian PPd-g-AM 45
3.15.4. Penentuan derajat grafting PPd-g-AM 46
3.15.5. Pembuatan papan partikel tampa perendaman 47
3.15.6. Pembuatan papan partikel dengan perendaman dengan
air pada suhu 60o
48 C selama 24 jam
3.15.7. Pembuatan papan partikel dengan perendaman dengan
NaOH 1% pada suhu kamar 30o
49 C selama 24 jam
3.15.8. Pembuatan papan partikel dengan perendaman dengan Monokloro asetat pada suhu kamar 30o
50 C selama 24 jam
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 51
4.1. Grafting PPd dengan Maleat Anhidrida Menghasilkan PPd-g-AM 51 4.2. Spektrum FTIR dari PPd-g-MA 51 4.3. Hasil analisa degradasi termal PPd-g-AM dengan
Thermogravimetric Analysis (TGA)
53 4.3.1. Data hasil pengujian keteguhan lentur kering (MoR)
dan modulus elastisitas lentur (MoE)
54 4.3.2. Kadar air , densitas dan pengembangan tebal papan
partikel
4.3.3. Analisa gugus fungsi dengan Uji FT-IR 61 4.3.4. Analisa morfologi dengan Uji SEM (Secanning
Electron Microscopy)
65 4.3.5. Analisa degradasi termal dengan papan partikel optimum
dengan Thermogravimetric Analysis (TGA)
68
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 71
5.1. Kesimpulan 71
5.2. Saran 71
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
2.1 Persentase komponen-komponen kayu kelapa sawit 19 2.2 Sifat-sifat Dasar Batang Kelapa Sawit 22 3.1 Bahan-bahan penelitian 32
3.2 Alat-alat penelitian 33
3.3 Komposisi papan partikel 39 3.4 Uji keteguhan lentur kering dan modulus elastisitas lentur 35 4.1 Bilangan gelombang polipropilena 52 4.2
4.3
Bilangan gelombang PP-g-AM setelah pemurnian Suhu dekomposisi termal PP dan PP-g-AM
52 54 4.4 Data hasil karakterisasi papan partikel tanpa perendaman 55 4.5 Data hasil karakterisasi papan partikel perendaman air pada suhu 60oC 55 4.6 Data hasil karakterisasi papan partikel perendaman NaOH 1 % 56 4.7 Data Hasil Karakterisasi Papan Partikel Perendaman Monokloro
Asetat3%.
56 4.8 Daerah absorbs FT-IR dari gugus fungsi KKS : PPd-g-AM : DVB :
BPO : PP
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1 Polimerisasi Polipropilena 7 2.3 Struktur dari polipropilena 9 2.4 Reaksi degdradasi polipropilena oleh suatu peroksida 11 2.5
2.6
Reaksi pembentukkan maleat anhidrida Struktur kopolimer graf
12 13 2.7 Mekanisme reaksi grafting polipropilena dengan anhidrida maleat 14 2.8 Reaksi gugus anhidrida dalam PPd-g-AM dengan gugus hidroksil
kayu
17 2.9 Belitan (entanglement ) Poliprolena (PP) pada PPd-g- AM dalam
papan partikel
17
2.10 Struktur Selulosa 20
2.11 Pengujian kekuatan lentur secara skematik 27 2.12 Macam-macam vibrasi pada FT-IR 29 3.1
3.2
Cara pengambilan sampel batang kelapa sawit
Uji keteguhan lentur kering dan modulus elastisitas lentur
34 41 4.1 Sepektrum FT-IR (1) PP murni (2) PP-g-AM Sebelum pemurnian
(3) PP-g-AM Setelah Pemurnian.
51 4.2 Analisa degradasi termal PP dan PPd-g-AM ditentukan dengan
metode TGA
53 4.3 Grafik keteguhan lentur kering (MoR) untuk setiap variasi
konsentrasi sampel.
57 4.4 Modulus elastisitas lentur (MoE) untuk setiap variasi konsentrasi
sampel.
58 4.5 Diagram Daya Serap air untuk setiap variasi konsentrsi sampel 59 4.6 Diagram Pengembangan tebal untuk setiap variasi konsentrsi
sampel
60 4.7 Spektrum FT-IR serbuk KKS (kayu kelapa sawit) 57
4.8 Spektrum FT-IR papan partikel KKS (kayu kelapa sawit) 64 4.9 Uji SEM Papan partikel tanpa perendaman optimum pada sampel 3
dengan perbandingan variasi konsentrsi KKK : PPd-g-AM : DVB : BPO : PP (70 : 30 : 10 : 2 : 40). (a) bagian perrmukaan (b) bagian dalam patahan salah satu sisi.
66
4.10 Uji SEM Papan partikel setelah perendaman air pada suhu 60oC 66 optimum pada sampel 2 dengan perbandingan variasi konsentrsi KKS : PPd-g-AM : DVB : BPO : PP (80 : 20 : 10 : 2 : 40). (a) bagian perrmukaan (b) bagian dalam patahan salah satu sisi.
4.11 Uji SEM Papan partikel setelah perendaman NaOH 1% optimum pada sampel 2 dengan perbandingan variasi konsentrsi KKS :PPd-g-AM : DVB : BPO : PP (80 : 20 : 10 : 2 : 40) (a) bagian perrmukaan (b) bagian dalam patahan salah satu sisi.
67
4.12 Uji SEM Papan partikel setelah perendaman monokloro asetat 3% optimum pada sampel 3 dengan perbandingan variasi konsentrasi KKS : PPd-g-AM : DVB : BPO : PP (70 : 30 : 10 : 2 : 40). (a) bagian permukaan (b) bagian dalam patahan salah satu sisi.
67
