PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LIGNIN ISOLAT SERBUK KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN TEMBUNG SEBAGAI PEREKAT DALAM PEMBUATAN PLAFON GIPSUM DENGAN PENGISI JERAMI PADI TESIS

(1)

PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LIGNIN ISOLAT SERBUK

KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN

TEMBUNG SEBAGAI PEREKAT DALAM

PEMBUATAN PLAFON GIPSUM

DENGAN PENGISI

JERAMI PADI

TESIS

Oleh

SRI HANDAYANI

127006005/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LIGNIN ISOLAT SERBUK

KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN

TEMBUNG SEBAGAI PEREKAT DALAM

PEMBUATAN PLAFON GIPSUM

DENGAN PENGISI

JERAMI PADI

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Dalam Program Studi Ilmu Kimia Pada Fakultas Matematika Dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Oleh

SRI HANDAYANI

127006005/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

PERSETUJUAN

Judul Tesis : PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LGNIN ISOLAT SERBUK KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN TEMBUNG SEBAGAI PEREKAT DALAM PEMBUATAN PLAFON GIPSUM DENGAN PENGISI JERAMI PADI

NamaMahasiswa : SRI HANDAYANI Nomor Pokok : 127006005

Program Studi : MAGISTER (S2) ILMU KIMIA

Menyetujui Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Thamrin, M.Sc

Ketua Anggota

Prof. BasukiWirjosentono, MS, Ph.D

Ketua Program Studi Dekan

Prof. BasukiWirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc

(4)

Telah diuji pada

Tanggal : 22 Juli 2014

PANITIA PENGUJI TESIS

KETUA : Prof.Dr. Thamrin, M.Sc

Anggota : 1. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 2. Eddyanto, Ph.D

(5)

PERNYATAAN ORISINALITAS

PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LIGNIN ISOLAT SERBUK KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN

TEMBUNG SEBAGAI PEREKAT DALAM PEMBUATAN PLAFON GIPSUM

DENGAN PENGISI JERAMI PADI

TESIS

Dengan ini menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, 22 Juli 2014

(6)

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim

Puji Syukur yang tak terhingga penulis ucapkan dengan segala kerendahan hati dan diri kepada Allah SWT, Sang Khaliq yang senantiasa mencurahkan segala nikmat Iman, Islam dan Ihsan, serta Shalawat dan salam kepada Nabi Allah sebagai patron insan terbaik ; Rasulullah Muhammad SAW sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian hingga selesainya penulisan tesis ini dengan sebaik mungkin.

Tesis ini berjudul “PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LIGNIN ISOLAT SERBUK KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN TEMBUNG SEBAGAI PEREKAT DALAM PEMBUATAN PLAFON GIPSUM DENGAN PENGISI JERAMI PADI”. Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains (M.Si) Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universias Sumatera Utara Medan.

Keberhasilan dari penelitian dan penulisan tesis ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak yang terlibat secara langsung maupun tidak langsung dan telah memberikan dukungan baik secara moril maupun materil. Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang tidak terhingga kepada :

Orangtua penulis, buat Ayahanda Adenan, S.PdI dan Ibunda Salasiah S.PdI yang selalu sabar dan mendoakan, memberi perhatian, dan menjadikan inspirasi di setiap langkah hidup kami.

Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DMT&H, M.Sc, (CTM), Sp.A(K) dan Dr. Sutarman, M.Sc selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

(7)

Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D dan Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc selaku ketua program studi dan sekretaris Pascasarjana Ilmu Kimia. Bapak dan Ibu dosen Pascasarjana Ilmu Kimia yang telah membimbing dan memotivasi serta memberi disiplin ilmu selama penulis menjalani studi.

Kak Lely selaku tata usaha Pascasarjana Ilmu Kimia dan bang Edi selaku teknisi Laboratorium Kimia Polimer FMIPA-USU.

Sahabat terbaik yang selalu mengerti, membantu, dan berbagi dalam suka dan duka, kak Pevi Riani, adinda Diana Adnanda Nst, Bang Deni Reflianto Manik, dan Ismail Marjuki.

Rekan - rekan penulis di program Pascasarjana Ilmu Kimia stambuk 2012 yang telah berbagi banyak ilmu yang bermanfaat, Ibu Mayang Sari, Ibu Najla Lubis, Pak Jabangun Lumbanbatu, Pak Thomas, Pak Malemta Tarigan, dan Pak Barita.

Semua saudara dan teman-teman yang selalu mendoakan yang terbaik kepada penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang telah dengan sabar mendengarkan segala keluh kesah dan memberikan masukannya kepada penulis.

Hanya Allah yang dapat membalas segala kebaikan yang telah kalian berikan kepada penulis. Penulis berharap Allah memberikan Berkah-Nya berlipat ganda kepada kalian, amin ya Rabbalalamin.

Penulis menyadari bahwa tesis ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, masukan dan saran yang membangun dari pihak pembaca sangat diharapkan penulis demi kesempurnaan tesis ini. Akhir kata semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan untuk masa yang akan datang.

Medan, Juli 2014 Penulis

(8)

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap berikut gelar : Sri Handayani, S.Si

Tempat dan Tanggal Lahir : Kebun Kelapa, 14 November 1988

Alamat Rumah : Jl. Stabat-Secanggang, Dusun I Pasar 6 Ara Condong, Kecamatan Stabat, Kabupaten Langkat,

Provinsi Sumatera Utara Telepon/HP : 0821-6072-4948

Email

Nama Ayah : Adenan, S.PdI Nama Ibu : Salasiah, S.PdI

DATA PENDIDIKAN

(9)

PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LIGNIN ISOLAT SERBUK KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN TEMBUNG

SEBAGAI PEREKAT DALAM PEMBUATAN PLAFON GIPSUM DENGAN PENGISI

JERAMI PADI

Abstrak

Penelitian mengenai pemanfaatan poliuretan dari lignin isolat serbuk kayu hasil industri pengolahan kayu di Medan Tembung sebagai perekat dalam pembuatan plafon gipsum dengan pengisi jerami padi telah dilakukan. Isolasi lignin dari kayu gergajian yang diperoleh dari hasil industri pengolahan kayu di Medan Tembung dilakukan dengan metode klason menghasilkan lignin isolat sebesar 23,84% dengan kadar kemurnian 86%, dan bilangan hidroksi sebesar 560 mmol/g. Lignin isolat kemudian direaksikan dengan toluena diisosianat (TDI) dengan perbandingan (1:2) untuk menghasilkan poliuretan, yang kemudian hasil reaksi dikarakterisasi dengan FTIR. Poliuretan yang dihasilkan selanjutnya dapat digunakan sebagai perekat dalam pembuatan plafon gipsum berpengisi jerami padi dengan variasi (90:10), (80:20), (70:30), (60:40), dan (50:50). Dari hasil pengujian diperoleh nilai kerapatan optimum pada komposisi (90:10) yaitu sebesar 1,46 g/cm3. Hasil pengukuran terhadap kadar air dan daya serap air terbaik diperoleh pada komposisi (90:10) yaitu masing-masing sebesar 2,99% dan 4,89% dimana hal ini telah sesuai standar SNI 03-2105-2006 . Sedangkan pengujian terhadap sifat mekanik terhadap kuat impak yang terbaik diperoleh pada komposisi (90:10) yaitu sebesar 2299,8 J/m2. Hasil pengujian terhadap modulus patah dan modulus elastisitas yang terbaik diperoleh pada komposisi (90:10) yaitu sebesar 141,77 kg/cm2 dan 13.752 kg/cm2. Dari hasil pengujian terhadap koefisien serap bunyi maka dapat dilihat bahwa plafon gipsum dengan perbandingan gipsum dan jerami padi (50:50) memiliki nilai koefisien serap bunyi yang paling baik. Hasil uji SEM menunjukkan menunjukkan bahwa adanya jerami yang digunakan dalam pembuatan plafon gipsum akan mempengaruhi distribusi partikel yang akan menyebabkan gangguan terhadap perekatannya. Dan dari hasil termogram TGA, maka dapat dilihat bahwa adanya penambahan jerami pada plafon gipsum akan mempengaruhi kestabilan termalnya.

Kata kunci : plafon gipsum, jerami padi, perekat poliuretan, lignin, toluena diisosianat

THE USE OF POLYURETHANE FROM LIGNIN ISOLATE OF WOODEN POWDER FROM WOOD PROCESSING INDUSTRY IN

(10)

WITH RICE STRAW FILLER

Abstract

The research of polyurethane from lignin isolate of wooden powder from wood processing industry in Medan Tembung as an adhesive in the manufacture of gypsum ceiling with rice straw filler had been done. Lignin isolation of wooden powder obtained from wood processing industry in Medan Tembung conducted using Klason method produced lignin isolates which was 23,84% with a purity of 86%, and hydroxyl number of 560 mmol/g. Lignin isolate was then reacted with toluene diisocyanate (TDI) with a ratio of (1:2) to produce polyurethane, which was then the reaction result being characterized by FTIR. The produced polyurethanes then could be used as a adhesive in the manufacture of gypsum ceiling with rice straw filler with the variation of (90:10), (80:20), (70:30), (60:40), and (50:50). From the test result obtained on the composition of optimum density value (90:10) that is equal to 1.46 g/cm3. The result of measurements of the water absorption and obtained the best water in composition (90:10), respectively 2.99% and 4.89% where it has been appropriate standard SNI 03-2105-2006. While the mechanical properties of the best impact strength was obtained on the composition (90:10) that is equal to 2299.8 J/m2. The result of modulus of rupture and modulus of elasticity are best obtained on the composition (90:10), respectively 141.77 kg/cm2 and 13.752 kg/cm2. From the result of sound absorption test can be seen that the composition (50:50) has the best sound absorption. SEM test result indicate that the presence of rice straw used in manufactureof gypsum ceiling will affect the distribution of particles that will cause disruption to its gluing. And from the TGA thermogram, it can be seen that the addition of rice straw on gypsum ceiling will affect its thermal stability.

(11)

DAFTAR ISI

Halaman

PERSETUJUAN i

PERNYATAAN iii

KATA PENGANTAR iv

RIWAYAT HIDUP vi

ABSTRAK vii

ABSTRACT viii

DAFTAR ISI ix

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR GAMBAR xiii

DAFTAR LAMPIRAN xv

DAFTAR SINGKATAN xvii

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Permasalahan 4

1.3. Pembatasan Masalah 4

1.4. Tujuan Penelitian 5

1.5. Manfaat Penelitian 5

1.6. Metodologi Penelitian 6

(12)

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Kayu 8

2.2. Lignin 8

2.3. Gipsum 9

2.4. Papan Gipsum Plafon 10

2.5. Pemanfaatan Papan Gipsum Plafon Sebagai Pengganti Asbes 11

2.6. Jerami 12

2.7. Perekat 14

2.7.1. Isosianat 16

2.7.2. Poliol 18

2.7.3. Poliuretan 19

2.7.4. Pembentukan Ikatan Silang Poliuretan 20

2.8. Karakterisasi Papan Gipsum Plafon 21

2.8.1. Uji Kerapatan (Density) 21

2.8.2. Uji Penyerapan Air 22

2.8.3. Uji Impak 22

2.8.4. Uji Modulus Patah 24

2.8.5. Uji Modulus Elastisitas 25

2.8.6. Analisa Sifat Termal dengan Thermogravimetry Analysis 26

2.8.7. Analisa Sifat Morfologi dengan Scanning Electron

Microscopy 27

2.8.8. Analisa Gugus Fungsi dengan Fourier Transform

Infrared Spectroscopy (FTIR) 28

(13)

BAB 3. METODE PENELITIAN

3.1. Alat 32

3.2. Bahan 33

3.3. Prosedur Penelitian ... 3535333

3.3.1. Preparasi Serbuk Kayu Gergajian 33

3.3.2. Preparasi Tepung Gipsum 34

3.3.3. Preparasi Jerami Padi 34

3.3.4. Ekstraksi dan Isolasi Lignin dari Serbuk Kayu Gergajian 34

3.3.5. Analisa Kadar Kemurnian Lignin (Metoda Klason) 35

3.3.6. Penentuan Bilangan Hidroksi Pada Lignin 36

3.3.7. Pembuatan Poliuretan Dengan Menggunakan Lignin

Isolat Dari Serbuk Kayu Gergajian 37

3.4. Pembuatan Plafon Gipsum 37

3.5. Pengkondisian 37

3.6. Karakterisasi Plafon Gipsum 38

3.6.1. Uji Kerapatan (Density) 38

3.6.2. Uji Daya Serap Air (Water Absorption Test) 38

3.6.3. Uji Impak 39

3.6.4. Uji Modulus Patah dan Modulus Elastisitas 39

3.6.5. Uji Koefisien Serap Bunyi dengan Metode Tabung

Impedansi 41

3.6.6. Analisa Sifat Morfologi dengan Scanning Electron

Microscopy (SEM) 42

3.6.7. Analisa Sifat Termal dengan Uji Thermogravimetry

(14)

3.7. Bagan Penelitian 42

3.7.1. Proses Isolasi Lignin dari Serbuk Kayu Gergajian 42

3.7.2. Proses Penentuan Kadar Kemurnian Lignin 43

3.7.3. Proses Penentuan Bilangan Hidroksi Pada Lignin 44

3.7.4. Proses Pembuatan Poliuretan 45

3.7.5. Proses Pembuatan Plafon Gipsum 46

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Isolasi Lignin dari Kayu Gergajian 47

4.2. Rendemn Lignin Isolat dan Kadar Lignin Murni 47

4.3. Analisa Bilangan Hidroksi Pada Lignin 48

4.4. Sintesis Perekat Poliuretan 48

4.5. Karakterisasi Plafon Gipsum 52

4.5.1. Kerapatan (density) 52

4.5.2. Kadar Air dan Daya Serap Air 53

4.5.3. Kuat Impak 56

4.5.4. Modulus Patah dan Modulus Elastisitas 58

4.5.5. Koefisien Serap Bunyi 60

4.5.5.1. Plafon Gipsum (Tanpa Pengisi) 60

4.5.5.2. Plafon Gipsum dengan Campuran Gipsum dan

Jerami Padi (90:10) 62

(15)

4.5.5.7. Hubungan Antara Komposisi Campuran Plafon

Gipsum dengan Koefisien Serap Bunyi 74

4.5.6. Analisa Permukaan dengan Uji SEM (Scanning

Electron Microscopy) 75

4.5.7. Analisa Termal dengan Thermogravimetry Analysis

(TGA) 77

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 81

5.2. Saran 82

DAFTAR PUSTAKA 83

(16)

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel 2.1 Kandungan Beberapa Sumber Serat Sebagai Biomassa 12

Tabel 2.2 Sifat Morfologi dan Kandungan Kimia Jerami Padi 13

Tabel 3.1 Alat-alat Penelitian 32

Tabel 3.2 Bahan-Bahan Penelitian 33

Tabel 4.1 Pita serapan spektrum IR perekat poliuretan 51

Tabel 4.2 Hasil Uji Kuat Impak Plafon Gipsum dengan Pengisi Jerami

Padi 56

Tabel 4.3 Hasil pengukuran koefisien serap bunyi plafon gipsum

murni 61

dengan perbadingan campuran gipsum dan jerami padi 90:10 63

Tabel 4.6 Hasil pengukuran koefisien serap bunyi papan gipsum

Tabel 4.7 Hasil pengukuran koefisien serap bunyi papan gipsum

Tabel 4.9 Koefisien serap bunyi plafon gipsum 74

Tabel 4.10 Data hasil termogram TGA 79

(17)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Alat Uji Impak dan Simulasi Alat Uji Impak 23

Gambar 2.2 Kuat Lentur 24

Gambar 2.3 Perpindahan Energi Gelombang Datang dan Gelombang

Pantul 29

Gambar 2.4 Resultan Bentuk Gelombang di Dalam Impedance Tube 31

Gambar 3.1 Diagram Alat Pengukuran Koefisien Serap Bunyi Dengan

Tabung Impedansi 40

Gambar 3.2 Bagan Dari Tabung Impedansi 41

Gambar 4.1 Reaksi Sintesis Poliuretan 49

Gambar 4.2 Spektrum FTIR Lignin, TDI dan Poliuretan 50

Gambar 4.3 Grafik Kerapatan Plafon Gipsum dengan Pengisi Jerami

Padi 52

Gambar 4.4 Grafik Kadar Air Plafon Gipsum dengan Pengisi Jerami Padi 54

Gambar 4.5 Grafik Daya Serap Air Plafon Gipsum dengan Pengisi

Jerami Padi 55

Gambar 4.6 Grafik Hasil Uji Kuat Impak Plafon Gipsum dengan Pengisi

Jerami Padi 57

Gambar 4.7 Gambar Hasil Uji Modulus Patah Plafon Gipsum Dengan

Pengisi Jerami Padi 58

Gambar 4.8 Gambar Hasil Uji Modulus Elastisitas Plafon Gipsum

Dengan Pengisi Jerami Padi 59

Gambar 4.9 Bentuk gelombang pada frekuensi 2000 Hz yang dihasilkan

dari plafon gipsum murni (tanpa pengisi) 60

(18)

Gambar 4.11 Bentuk gelombang pada frekuensi 2000 Hz pada campuran

gipsum dan jerami padi dengan perbandingan 90 : 10 62

Gambar 4.12 Grafik koefisien serap bunyi plafon gipsum dengan

campuran gipsum dan jerami padi 90:10 64

gipsum dan jerami padi dengan perbandingan 80:20 65

Gambar 4.14 Grafik koefisien serap bunyi papan gipsum dengan

Gambar 4.18 Grafik koefisien serap bunyi papan gipsum dengan

Gambar 4.21 Grafik koefisien serap bunyi plafon gipsum pada berbagai

perbandingan komposisi gipsum dan jerami padi 75

Gambar 4.22 Hasil SEM untuk perbesaran 150 kali 76

Gambar 4.23 Hasil SEM untuk perbesaran 1000 kali 76

Gambar 4.24 Termogram TGA dari sampel gipsum murni, campuran gipsum dan jerami pada komposisi optimum (90:10) dan

(19)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A.1 Spektrum FTIR Lignin 88

Lampiran A.2 Spektrum FTIR Toluena Diisosianat (TDI) 88

Lampiran A.3 Spektrum FTIR perekat poliuretan 89

Lampiran A.4 Hasil SEM plafon gipsum (tanpa pengisi) dengan

perbesaran 150 kali dan 1000 kali 89

Lampiran A.5 Hasil SEM plafon gipsum campuran gipsum dan jerami padi pada komposisi optimum (45:5) dengan perbesaran

150 kali dan 1000 kali 90

Lampiran A.6 Hasil SEM je rami murni dengan perbesaran 150 kali dan

1000 kali 90

Lampiran B.1 Perhitungan Penentuan Rendemen Lignin Isolat dari

Serbuk Kayu Gergajian 91

Lampiran B.2 Perhitungan Penentuan Kadar Kemurnian Lignin Isolat 91

Lampiran B.3 Perhitungan Penentuan Bilangan Hidroksi Pada Lignin Isolat 91

Lampiran B.4 Data Hasil Pengujian Kerapatan Plafon Gipsum dengan

Lampiran B.5 Hasil Pengujian Kadar Air Plafon Gipsum dengan Pengisi

Jerami Padi 93

Lampiran B.6 Hasil Pengujian Daya Serap Air Plafon Gipsum dengan

Lampiran B.7 Hasil Pengujian Modulus Patah dan Modulus Elastisitas

Plafon Gipsum dengan Pengisi Jerami Padi 95

Lampiran B.8 Hasil Pengujian Daya Serap Bunyi dengan Tabung

Impedansi 96

(20)

Lampiran C.1 Gambar Bahan Penelitian 98

Lampiran C.2 Gambar Alat Penelitian 99

Lampiran C.3 Gambar Tahap Penelitian 100

Lampiran C.4 Gambar Hasil Penelitian 101

Lampiran C.5 Gambar Hasil Pembuatan Plafon Gipsum dengan Perekat

(21)

DAFTAR SINGKATAN

ASTM : American Standard for Testing and Material FTIR : Fourier Transform Infrared Spectroscopy MOE : Modulus of Elastisity

MOR : Modulus of Rupture

SEM : Scanning Electron Microscopy SNI : Standar Nasional Indonesia TDI : Toluena Diisosianat