IMPREGNASI KAYU KELAPA SAWIT (KKS) DENGAN RESIN
GETAH PINUS MERKUSII BERBASIS AIR
Oleh :
Sukatik Yandraini Yunida
Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Padang
ABSTRACT
The research on impregnation of the Oil Palm Trunk (OPT) with pinus mercusii resin based water had carried out. Pinus mercusii resin is a natural resin soluble in hot water and can impregnated to Oil Palm Trunk. It can filled the OPT’s pores so its mechanical property was increased and the porousity was decreased, The impregnation was done by soaked in hot solution of pinus mercusii resin at temperatur 70oC., The consentration of resin were 10, 20 and 30% of the weight and the duration time were 30, 60 and 90 minutes. The curing process was done in the Hot Press machine at the temperatur between 60o – 70oC during 3 hours. The sample were characterized by mechanical test that was measuring MOE and MOR, and physical test. The result showed that the mechanical property was increased and the porousity was decreased. The consentration of resin had a lot of influence at the effective impregnation.
Key word : OPT, impregnation,natural resin, increase, curing proses, hot press, mechanical
properties, porositas.
PENDAHULUAN
Limbah batang kelapa sawit di Indonesia sangat melimpah seiring dengan peningkatan areal perkebunan kelapa sawit. Kayu kelapa sawit ( KKS ) saat ini belum dimanfaatkan secara ekonomis karena kualitasnya yang rendah, tidak homogen dan mudah rusak oleh pengaruh cuaca dan serangga (Lubis 1994). Beberapa penelitian pemanfaatan KKS sebagai bahan pengisi polipropilena ( Zaini 1994 dan 1995) maupun karet alam ( Ismail 1999 ), demikian juga Refdi dkk ( 2000 ) dalam penelitiannya menggunakan serbuk KKS untuk bahan pengisi polipropilena sebagai bahan isolasi. tetapi pemakaiannya hanya sampai kadar 30 %. Penggunaan KKS untuk papan partikel dapat menggunakan KKS lebih banyak dibanding pemakaian untuk bahan pengisi. Tetapi pemakaian ini lebih diarahkan pada KKS dengan ketinggian diatas 4 m, maupun pada bagian pelepahnya. Sementara KKS pada ketinggian dibawah 4 meter dapat
dimanfaatkan langsung sebagai bahan industri perkayuan. Zulkarnain dkk telah melakukan penelitian impregnasi KKS menggunakan resin getah pinus merkusii dengan berbagai pelarut organik, ternyata KKS hasil impregnasi ini dapat meningkat sifat mekanisnya menjadi kayu golongan III kelas kuat. Tetapi penggunaan pelarut organik selain mahal biayanya juga dapat mencemari lingkungan..
Mengingat kebutuhan kayu di Indonesia pada tahun 2000 yang mencapai 80 juta m3 dan kemampuan pasokan hanya 49 juta m3 ( Prayitno 1995 ), maka KKS dapat dijadikan sebagai kayu alternatif. Pengolahan KKS dengan. teknik impregnasi menggunakan resin getah merkusii dengan pelarut organik membutuhkan biaya yang cukup mahal dan dapat mencemari lingkungan. Untuk itu perlu diupayakan guna meningkatkan mutu KKS dengan mempergunakan metoda lain yang lebih ekonomis. Resin getah Pinus Merkusii adalah resin alam yang banyak terdapat di
Indonesia, yang dapat larut dalam air panas. Impregnasi resin ini ke dalam KKS berbasis air diharapkan dapat meningkatkan sifat mekanis KKS.
Dalam paper ini ditawarkan suatu metoda yang dapat digunakan untuk mengatasi limbah padat perkebunan kelapa sawit yang terus meningkat seiring dengan peningkatan areal perkebunan dan dapat juga digunakan untuk meningkatan mutu KKS yang pada akhirnya dapat berguna untuk mengolah KKS sehingga dapat memenuhi permintaan kayu bangunan di Indonesia. Dalam riset ini ditawarkan penggunaan resin alam yaitu resin getah pinus merkusii yang diimpregnasikan ke dalam pori-pori KKS menggunakan pelarut air panas. Sehingga selain murah biayanya juga tidak mencemari lingkungan.
Impregnasi KKS.
Proses pemasakan, mulai dengan serpihan-serpihan dalam larutan pemasak, yang meliputi penetrasi cairan ke dalam rongga-rongga kayu dan difusi bahan –bahan kimia pemasak yang terlarut, semua proses tersebut dinamakan impregnasi. Difusi bahan pengimpregnasi dipengaruhi oleh konsentrasi bahan kimia yang terlarutdan berlangsung agak lambat. Penetrasi dipengaruhi baik oleh distribusi ukuran pori maupun gaya-gaya kapiler sedangkan difusi hanya dipengaruhi oleh luas penampang lintang total pori yang dapat dicapai.
Impregnasi yang baik merupakan prasyarat untuk pemasakan dan keberhasilan pemasukan bahan. Jika pengangkutan bahan-bahan kimia kedalam serpih masih tidak sempurna setelah suhu pemesakan dicapai akan terjadi hal-hal yang tak diinginkan. Untuk
itu perlu dipertimbangkan kondisi optimal impregnasi.
Kayu hasil impregnasi umumnya mempunyai sifat mekanis lebih baik dari sebelumnya. Y.S. Hadi dkk (1998) telah berhasil melakukan impregnasi bambu betung dengan metil metakrilat, ternyata sifat fisik dan sifat mekanis bambu hasil impregnasi meningkat Sifat kayu hasil impregnasi dengan polisiklik alam dan senyawa fenol menunjukkan stabilitas dimensi yang lebih baik dari kayu tanpa impregnasi ( Kayuza et al 1998). Marga Utama (1998) telah melakukan impregnasi dan polimerisasi radiasi monomer vinil ke dalam bahan lignoselulosa, diperoleh bahan lignoselulosa hasil impregnasi memiliki sifat fisik dan sifat mekanis yang lebih baik dari bahan lignoselulosa sebelum impregnasi dan lebih tahan terhadap serangan serangga. Jadi kayu hasil impregnasi umumnya mempunyai sifat fisik dan mekanik lebih baik. Adapun kegunaan kayu hasil impregnasi antara lain sebagai shutle pada mesin tekstil otomatis ( Marga Utama 1998), rangka loudspaeker dan instrumen musik ( Kayuza Minato 1998)
Kayu Kelapa Sawit (KKS).
Pohon kelapa sawit (Elaeis Guineensis Jacq.) merupakan tumbuhan orde Palmae, family Palmaceae, subfamily cocoideae, termasuk tumbuhan monokotil berumah satu. Tumbuhan ini tidak memiliki kambium, pertumbuhan sekunder, lingkarn tahun, sel jari-jari, kayu awal dan akhir, cabang maupun mata kayu. Pohon kelapa sawit adalah tanaman perkebunan yang tingginya dapat mencapai 7 – 25 m diatas permukaan tanah. Diameter batang kira-kira 45 – 65 cm. Memiliki jaringan parenkim dan serat (vascular bundle). Kandungan parenkim meningkat sesuai dengan ketinggian
pohon dan kedalamannya sedangkan kerapatannya menurun. KKS segar kandungan air sangat tinggi, itulah sebabnya sukar diperoleh kestabilan dimensi yang baik. Kadar parenkim yang tinggi menyebabkan rendahnya sifat mekanis pada KKS karena kandungan air dan zat-zat ekstraktif lainnya mengisi pori-pori parenkim (Prayitno 1994 dan Tomimura 1992).
Kandungan kimia : Air 7,67% Abu 2,26% SiO2 0,85% Lignin 19,22% Holoselulosa 18,81% -selulosa 38,79% Pentosa 22,07%
Tabel 1 Karakteristik kelapa sawit
Ketinggian (m) Dia serat (mm) Panj serat (m)
2 6 10 2,08 2,09 1,96 29,11 26,58 22,48
Karakteristik KKS adalah sebagai berikut
Fisik.
(Darwin Y dan Thamrin 2001). Densitas : 0,2 – 0,6 g/ml, rata-rata 0,4 g/ml.
Kandungan serat KKS merupakan komponen selulosa dan lignin, vascular bundle inilah sebagai pembangun kekerasan pada setiap kayu. Sebagian lignin juga terdapat pada parenkim. Lignin bertindak sebagai perekat antar vascular bundle, sehingga terbentuk kekerasan dan kekuatan pada kayu.
Kelarutan dalam berbagai pelarut : - Air panas : 4,37 gr/100 ml - Air dingin : 3,48 gr/100 ml - NaOH 1% : 24,48 gr/100ml
Mekanis
Kayu pada ketinggian 4 m diatas permukaan tanah, bagian luar dengan = 0,56 gr / ml.
Selulosa merupakan komponen utama bahan kayu. Kira-kira 40 50% bahan kering dari kebanyakan spesies kayu adalah selulosa. Selulosa merupakan homo polisakarida dengan rumus molekul sebagai berikut:
MOE : 11480 kg/cms, MOR : 64,59 kg/cms.
Kimia.
Gambar 1 Struktur molekul Selulosa Struktur morfologis selulosa berbentuk
serat yang mengakibatkan selulosa mempunyai kekuatan tarik yang tinggi dan tidak larut dalam
kebanyakan pelarut. Selulosa adalah polimer alam yang mudah terdegradasi terutama pada produk kayu seperti pulp, yang menyebabkan
O OH H CH2OH H H H OH O H O O O H OH OH H H H H n CH OH2
perubahan ikatan rantai utama makromolekulnya dan dapat menurunkan berat molekul atau panjang rantainya. Hidrolisis selulosa dalam suasana asam akan menghasilkan monosakarida utama D(+) glukosa (Sjostrom 1981). Selulosa juga dapat mengalami substitusi disekitarnya, sehingga asetilasi dapat terjadi pada gugus hidroksil primer, sekunder dan tersier. Gugus hidroksil primer (OH-6) memiliki reaktifitas yang lebih tinggi (Sjostrom, 1998).
Resin Getah Pinus Merkusii.
Getah pohon pinus merkusi diperoleh dengan cara penyadapan kulit pohon, getah pinus yang dipasarkan adalah gondorukem dan terpentin yang merupakan hasil destilasi dari getah pinus merkusii. Gondorukem adalah suatu padatan bersifat resin, rapuh,berwarna kuning dan berbau khas yang digunakan untuk campuran bahan pada industri kertas dan lain lain, sedangkan terpentin banyak digunakan sebagai pelarut untuk cat dasar minyak (Darwo dan Supriatna 1992 dan Fatma 1995). Pada saat sekarang penggunaan terpentin dengan komponen-komponen utama seperti dan pinen) adalah untuk pembuatan bahan kimia pewangi yang digunakan terutama sebagai aditif dalam sabun dan ditergen. Sejumlah kecil terpentin digunakan dalam insektisida dan perekat serta desinfektan ( Sastro Hamidjojo 1995 )
Getah pinus merkusi merupakan bahan polimer alam yang mengandung oleoresin (rosin ) yaitu asam asam resin, asam asam lemak dan senyawa senyawa yang tak dapat disafonifikasi (Sastrohamidjojo 1995 dan Fatma 1995).
MATERI DAN METODE.
Alat-alat dan bahan-bahan terdiri dari kayu kelapa sawit pada ketinggian 3 m dari permukaan tanah, resin getah pinus merkusi, bejana tahan panas, hot plate, timbangan elektronik, hot press ( mesin kempa panas ), dan alat uji kuat tekan/lentur.
Prosedur pengerjaan.
Penyediaan Bahan Baku KKS
Kayu diambil dari batang pada saat peremajaan ( 25 th ) pada ketinggian diatas 2 m dari permukaan tanah. Dipotong-potong dengan ukuran 1 x 2,5 x 15 cm dan dikeringkan hingga diperoleh kadar air konstan ( 12 % ).
Penyediaan Resin Getah Pinus Merkusii
Resin dibeli di pasar ditimbang dan dilarutkan dalam air hangat dengan konsentrasi 10, 20 dan 30 % berat.
Proses Impregnasi KKS.
Impregnasi KKS dilakukan dengan cara merendam KKS dal;am larutan resin dengan konsentrasi 10, 20 dan 30 % dengan waktu 30, 60 dan 90 menit. Suhu larutan 70 C. Selankutnya sampel di keringkan dan dilakukan pemasakan (curing) pada alat Hot Press.
Karakterisasi KKS Hasil Impregnasi.
Karakterisasi KKS hasil impregnasi melipui uji mekanis dan uji fisik. Uji mekanis yakni uji kekuatan tekan dan lentur dari produk. Sampel (1x2,5x15 cm) diletakkan di antara kedua sanggah dan diberi beban. Lalu dicatat bebannya saat sampel mulai patah. Uji fisik untuk mengetahui perubahan massa jenis sampel. Sampel dengan ukuran 1 cm x 1 cm x 1 cm ditimbang, dicatat massanya.. Dan diuji porositasnya dengan cara merendam dalam air selama 10, 30 dan 45 menit. Lalu ditentukan volume dan massanya, dibandingkan dengan volume dan massa awal (sebelum direndam).
HASIL DAN PEMBAHASAN. Hasil Penelitian.
Hasil uji Kuat Lentur KKS
Tabel 2 Hasil uji Kuat Lentur KKS sebelum dan Sesudah Impregnasi.
No C/t P’ (kg) P (kg) Y (cm) MOE (kg/cm 2 x 103) MOR (kg/cm2 ) 1 0/0 19.8 22,8 0,31 11,48 164,59 2 10/30 19,9 22,7 0,30 11,50 163,80 3 10/60 20,1 22,8 0.31 11.54 164,64 4 10/90 22,2 23,6 0,31 11,83 170,28 5 20/30 22,4 24,4 0.31 12,52 175,54 6 20/60 22,5 24,9 0,32 12,39 179,72 7 20/90 22,7 25,7 0,31 12,65 186,19 8 30/30 22,6 25,8 0,31 13,05 185,90 9 30/60 23,8 25,9 0.30 13,28 186,69 10 30/90 24,3 25,9 0,31 13,55 187,128 P’ : beban lentur ( kg ) P: beban patah ( kg ) Y : Jarak defleksi ( cm )
Hasil Pengujian Massa Jenis.
Tabel 3 Hasil Uji Massa Jenis KKS sebelum dan sesudah impregnasi
No Sampel C / t Berat (gr) Volum (cm3) ( gr/cc )
1 0/0 0,56 1,0 0,56 2 10/30 0,58 1,0 0,58 3 10/60 0,66 1,0 0,66 4 10/90 0,729 1,0 0,729 5 20/30 0,768 1,0 0,768 6 20/60 0,782 1,0 0,782 7 20/90 0,798 1,0 0,798 8 30/30 0,856 1,0 0,856 9 30/60 0,862 1,0 0,862 10 30/90 0,889 1,0 0,889
Hasil Uji Porositas KKS :
Tabel 4 Hasil Uji porositan KKS sebelum dan sesudah impregnasi
No Sampel C/t Mb (gr) Mk (gr) m (gr) Volum (mm) Porosity gr/mm 3 1 0/0 35,8 0,56 35,2 1000 0,035 2 10/30 25,5 0,58 24,9 1000 0,025 3 10/60 23,9 0,66 23,2 1000 0,023 4 10/90 23,6 0,73 22,9 1000 0,023
Tabel 5 Hasil Uji porositan KKS sebelum dan sesudah impregnasi (sambungan) No Sampel C/t Mb (gr) Mk (gr) m (gr) Volum (mm) Porosity gr/mm 3 5 20/30 21,2 0,77 20,4 1000 0,020 6 20/60 20,4 0,78 19,6 1000 0,019 7 20/90 18,6 0,79 17,8 1000 0,018 8 30/30 15,5 0,86 14,6 1000 0,015 9 30/60 14,5 0,86 13,6 1000 0,014 10 30/90 13,4 0,89 12,5 1000 0,013
Mb : massa sampel basah, Mk = : massa sampel kering, Vt : Volume sampel
Pembahasan.
Analisis Sifat mekanis KKS.
Impregnasi dilakukan pada bejana terbuka pada suhu dan tekanan tetap yakni 700C dan tekanan udara. Konsentrasi resin dan waktu impregnasi divariasi karena mempunyai efek langsung terhadap laju difusi resin ke dalam KKS, tetapi perlu dipertimbangkan bagaimanakah pengaruhnya terhadap effisiensi impregnasi. Waktu impregnasi mempunyai pengaruh yang sangat penting karena semakin lama KKS kontak dengan resin maka semakin banyak partikel resin yang akan mengisi rongga atau pori KKS. Untuk mengatahui besarnya pengaruh waktu dan konsentarsI resin terhadap effisiensi imprgnasi dilakukan uji lentur terhadap KKS hasil impregnasi. Dari data hasil uji lentur dapat diketahui bagaimana pengaruh waktu impregnasi dan konsentarsi resin terhadap sifat mekanis kayu kelapa sawit.
Pengaruh waktu terhadap kekuatan lentur KKS
Untuk mengetahui effisiensi impregnasi pengaruh waktu impregnasi dan konsentrasi resin terhadap sifat mekanis KKS yang dihasilkan perlu dipelajari.Konsentrasi resin yakni 10, 20, dan 30 % berat pelarut. Sementara waktu divariasi 30, 60 dan 90 menit. Grafik pengaruh konsentrasi resin terhadap kuat lentur ( MOE dan MOR ) KKS hasil
impregnasi pada berbagai waktu dapat dilihat pada gambar 2 dan 3.
Konsentrasi resin VS M OE 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 0 10 20 30 40 Konsentrasi Resin ( % Berat)
MO E ( 1 0 3 kg /c m 2 ) 30 menit 60 menit 90 menit
Gambar 2 Konsentrasi Resin vs MOE
Konsentrasi resin VS M OR 160 165 170 175 180 185 190 0 10 20 30 40
Konsentrasi Resin ( % Berat)
MO R ( 1 0 3 kg /c m 2 ) 30 menit 60 menit 90 menit
Gambar 3 Konsentrasi Resin vs MOR Dari grafik terlihat bahwa konsentrasi resin sangat berpengaruh terhadap sifat mekanis KKS hasil. Pada konsentrasi resin 30 % berat dan waktu yang bervariasi 30, 60 dan 90 menit nilai MOE dan MOR yang hampir identik. Jadi yang paling berpengaruh terhadap effisiensi resin adalah konsentrasi resin,
sementara waktu impregnasi mempunyai pengaruh yang kurang nyata.
Analisis Massa Jenis.
Massa jenis KKS sesudah impregnasi lebih besar dari KKS sebelum impregnasi. Hal ini terjadi akibat pori-pori KKS telah diisi oleh resin, yang menyebabkan pertambahan massa KKS. Dengan terisinya pori-pori KKS, maka sifat fisiknya menjadi lebih baik. Kualitas kayu sangat dipengaruhi oleh massa jenis. Semakin besar massa jenis kayu berarti kerapatan dan keteraturan rongga-rongga antar sel di dalam lapisan kayu semakin baik, sehingga KKS menjadi kuat, keras dan tidak mudah retak. Hubungan antara massa jenis KKS dengan konsentrasi resin dapat dilihat gambar 4
Gambar 4 Konsentrasi Resin VS Massa Jenis Dari grafik terlihat bahwa konsentrasi resin sangat berpengaruh terhadap effisiensi impregnasi. Pada konsentrasi resin 30 % dan waktu impregnasi 30, 60 dan 90 menit/cc nilai KKS hasil impregnasi adalah 0,85 gr/cc; 0,86 gr/cc dan 0,88 gr.
Analisis Porositas.
Nilai porositas kayu adalah selisih massa basah dan kering sampel dibagi volume total sampel. Besarnya nilai porositas KKS sebelum
dan sesudah impregnasi dapat dilihat pada Gambar 5.
Konsentrasi resin VS Porositas
0 5 10 15 20 25 30 0 10 20 30 40
Konsentrasi Resin ( % Berat)
P o ro si ta s ( 1 0 -3 g/ m m 3 ) 30 menit 60 menit 90 menit
Gambar 5 Konsentrasi Resin vs Porositas
Penurunan nilai porositas ini akibat berkurangnya daya serap KKS terhadap air. Hal ini terjadi karena adanya partikel-partikel resin berpengaruh terhadap nilai porositas KKS. Semakin tinggi konsentrasi resin berarti semakin banyak partrikel resin yang mengisi pori-pori KKS dan semakin kecil daya serap KKS terhadap air sehingga nilai porositas menurun telah mengisi pori-pori KKS yang menjadi penghalang masuknya air ke dalam KKS. Dari grafik terlihat bahwa konsentrasi resin sangat berpengaruh terhadap kenaikan sifat mekanis KKS hasil impregnasi.
Konsentrasi resin VS M assa Jenis
0 2 4 6 8 10 0 10 20 30 40
Konsentrasi Resin ( % Berat)
M ass a J en is ( 1 0 g /c m 3 ) 30 menit 60 menit 90 menit KESIMPULAN
Impregnasi KKS dengan resin getah Pinus Merkusii berbasis air dapat meningkatkan sifat mekanis dan sifat fisik KKS.
Konsentrasi Resin dan waktu impregnasi sangat berpengaruh terhadap effisiensi impregnasi.
Saran.
Perlu dilakukan penelitian terhadap kondisi impregnasi baik waktu, suhu dan tekanan yang optimum untuk mendapatkan data tentang pengolahan KKS.
UCAPAN TERIMA KASIH.
Pada kesempatan ini kami ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : P4D Bandung sebagai penyandang dana penelitian ini, rekan-rekan anggota team penelitian yang telah menciptakan kerja sama yang baik dalam menyelesaikan penelitian tepat pada waktunya serta kepala Labor dan teknisi Lab. Sipil Politeknik Unand dan Lab. Produksi UMSB yang banyak membantu hingga proses pengambilan data berjalan lancar.
DAFTAR PUSTAKA
Aldin, Purboyo, Darnoko 1994, Prospek Industri Dengan Bahan Baku Limbah Padat Kayu Kelapa Sawit di Indonesia, Berita PPKS, Vol:2,204-207. Darwo, Supriatna 1992 , Pengaruh Kelas Umur terhadap produktivitas Getah Pinus Merkusii/ tusam dengan sistem sadap salam di Sare Kab Aceh Besar, Buletin Penelitian Kehutanan., Pematang Siantar.
Ismail dan IN Hasliza 1999, Effects of Bonding Agents on the Mechanical Properties of the Composites Made of Natural Rubber and Oil Palm Fruit Bunch, Polymer Plastics Technology & Engineering, 38(1), 137 – 148.
.Prayitno TA 1994, Bentuk Batang dan Sifat Fisik Kayu Kelapa Sawit, Lap. Penelitian Fak.Kehutanan UGM, Yogyakarta.
Refdi R, H Marpaung, Wirjosentono B, Syariffuddin HS 2000, Pemanfaatan Serbuk Batang Kelapa Sawit sebagai pengisi Limbah Plastik Polypropilena sebagai bahan isolasi Listrik, Thesis Magister PSL Pascasarjana USU, Medan.
Sastrohamidjojo, 1995 , Kimia Kayu, Reaksi-reaksi dan Ultra struktur, Gajah Mada University Press, Yogyakarta.
Sukatik, Marpaung H, Darnoko dan Nasution D Y 2001, Impregnasi Kayu Kelapa Sawit dengan Polypropilena Bekas yang Dimodifikasi dengan Asam Akrilat, Thesisi Magister Kimia Polimer Pascasarjaja USU, Medan.
Tomimura.Y 1992,” Chemical Characteristick of Oil Palm Trunk” Japan Agriculture, 25, 283 – 288. Wirjosentono B, Guritno P 1998, Utilysation of Palm Empty Bunches as Filler to Degradable Plastics Packaging, The Proceeding of International Oil Palm Conference, Bali.
Zulkarnain, Wirjosentono B, Darnoko, 1999, Impregnasi KKS dengan Getah Pinus Merkusii dengan pelarut Organiki, Tesis Magister Kimia Polimer Pascasarjana USU Medan.
