Suhasman
Fakultas Kehutanan, Universitas Hasanuddin, Makassar email: [email protected]
ABSTRAK
Suhu dan waktu kempa adalah dua parameter kondisi proses yang sangat penting dalam pembuatan papan partikel tanpa perekat. Untuk membentuk ikatan kimia yang kuat, dibutuhkan suhu yang relatif tinggi serta jangka waktu pengempaan tertentu. Akan tetapi, suhu yang tinggi serta waktu kempa yang lama berimplikasi pada tingginya biaya produksi. Penelitian ini didesain untuk meginvestigasi suhu dan waktu kempa optimal dalam pembuatan papan partikel tanpa perekat berbahan baku kayu kemiri (Aleurites moluccana). Papan partikel dibuat dengan terlebih dahulu mengoksidasi partikel dengan hidrogen peroksida dan fero sulfat. Partikel teroksidasi kemudian dikempa panas pada suhu dan waktu kempa yang bervariasi. Suhu kempa yang digunakan terdiri atas empat taraf yaitu 160°C, 170°C, 180°C, dan 190°C, sementara waktu kempa terdiri atas tiga taraf yaitu 9 menit, 12 menit, dan 15 menit. Hasil-hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan suhu kempa berpengaruh positif terhadap stabilitas dimensi papan partikel, namun cenderung berpengaruh negatif terhadap sifat mekanisnya. Peningkatan waktu kempa memiliki pengaruh yang bervariasi terhadap sifat fisik dan mekanis papan pada setiap kelompok suhu yang dicobakan. Dengan mempertimbangkan karaktersitik papan partikel secara keseluruhan serta efsiensi penggunaan energi dalam proses pembuatan papan partikel, maka kondisi proses otpimal dalam pembuatan papan partikel tanpa perekat adalah suhu kempa 170°C selama 9 menit. Sifat fisik dan mekanis papan yang dihasilkannya telah memenuhi Standar Nasional Indonesia dan Standar Jepang untuk papan partikel tipe 8.
Kata kunci: papan partikel tanpa perekat, kemiri, hidrogen peroksida, oksidasi
I. PENDAHULUAN
Untuk membuat papan partikel berkualitas tinggi, dibutuhkan proses pengempaan untuk menghasilkan papan dengan kerapatan yang lebih tinggi dari kerapatan bahan bakunya. Maloney (1993) menyatakan bahwa rasio kerapatan ideal antara papan partikel dengan bahan bakunya adalah 1,3. Rasio yang terlalu rendah akan menyebabkan jarak antar partikel terlalu renggang, sebaliknya rasio yang terlalu tinggi akan menyebabkan sebagian besar sel-sel kayu mengalami collapse akibat partikel dipaksa mencapai kerapatan jauh di atas kerapatan alaminya. Akibatnya stabilitas dimensi papan akan menurun. Untuk mencapai rasio kerapatan ideal tersebut maka dibutuhkan penentuan suhu dan waktu kempa yang tepat.
Permasalahan penentuan suhu dan waktu kempa yang optimal penting dilakukan karena selain memengaruhi karakterisitik papan partikel yang dihasilkannya, juga berhubungan erat dengan masalah biaya.
Untuk mencapai suhu tertentu dibutuhkan suplai energi untuk menghasilkan panas. Semakin tinggi suhu yang diperlukan, maka semakin besar energi yang digunakan. Demikian halnya, semakin lama proses pengempaan, maka semakin banyak pula energi yang digunakan. Kondisi optimal dicapai pada saat suhu yang digunakan relatif rendah, waktu yang dipakai relatif singkat, namun karakteristik papan partikel yang dihasilkan tidak berbeda secara signifikan dengan papan partikel yang dibuat melalui proses pengempaan yang lebih lama dengan suhu yang lebih tinggi.
Dalam proses pembuatan papan partikel konvensional (menggunakan perekat), suhu dan waktu kempa disesuaikan dengan karakteristik perekat yang digunakan. Hal ini dibebabkan suhu dan waktu kempa tersebut harus mampu menjamin proses polimerisasi perekat yang digunakan. Oleh karena itu, suhu dan waktu kempa yang digunakan pada perekat urea formaldehida berbeda dengan suhu yang digunakan pada perekat fenol formaldehida karena perebdaan respon masing-masing perekat terhadap panas. Hal ini berbeda dengan pembuatan papan partikel tanpa perekat. Dalam pembuatan papan tersebut, suhu harus dihubungkan dengan sifat alami unsur-unsur penyusun kayu. Oleh karena yang paling diharapkan menjadi perekat dalam pembuatan papan partikel tanpa perekat adalah lignin, maka suhu kempa harus mendekati titik transisi glass lignin. Diharapkan, pada saat melewati titik transisi glass proses repolimerisasi lebih mudah terjadi, khususnya pada gugus-gugus radikal. Hill (2006) menyatakan bahwa titik transisi glass lignin berada
Seminar Nasional Mapeki XV (6-7 November 2012), Makassar | 151 pada suhu sekitar 140 ºC. Meskipun demikian, suhu transisi glass lignin ini memiliki variasi yang luas yang juga dipengaruhi oleh kadar air (Fengel dan Wegener, 1995; Hill, 2006). Berdasarkan kenyataan tersebut, maka penelitian ini ditujukan untuk menginvestigasi suhu dan waktu kempa optimal dalam proses pembuatan papan partikel tanpa perekat. Oleh karena struktur lignin bervariasi antara jenis kayu, maka ada kemungkinan setiap jenis bahan baku memiliki respon yang berbeda terhadap kondisi pengempaan. Penelitian difokuskan pada pembuatan papan partikel berbahan baku kayu kemiri.
II. METODE PENELITIAN
Kayu kemiri yang telah ditebang dibuat menjadi papan tebal berukuran sekitar 3 cm, lebar 20 cm serta panjang 1,5 m. Papan tebal tersebut dibawa ke laboratorium kemudian diserut dan dikeringudarakan. Serutan kering udara ini dikonversi menjadi partikel lebih halus dengan ukuran lolos 10 mesh menggunakan wood mill refiner. Partikel dalam kondisi kering udara tersebut merupakan bahan baku untuk pembuatan papan partikel tanpa perekat. Proses pembuatan papan partikel merujuk pada metode suhasman et al (2011). Pembuatan papan partikel dimulai dengan mengoksidasi partikel menggunakan hidrogen peroksida sebesar 20 % berdasarkan berat kering partikel dan 7,5 % fero sulfat berdasarkan berat hidrogen peroksida. Partikel teroksidasi kemudian dikempa panas pada suhu dan waktu yang bervariasi yaitu suhu 160 °C, 170 °C, 180
°C, dan 190 °C, sementara waktu kempa terdiri atas tiga taraf yaitu 9 menit, 12 menit, dan 15 menit. Tekanan yang digunakan dalam proses pengempaan adalah 25 kgf cm-2. Adapun dimensi dan kerapatan sasaran papan masing-masing adalah 30 x 30 x 0,7 cm dan 0,75 g cm-3. Ulangan yang digunakan untuk masing- masing jenis papan adalah 4 kali sehingga secara keseluruhan terdapat 48 lembar papan yang dibuat. Papan partikel selanjutnya dikondisikan pada suhu ruang selama dua minggu sebelum dipotong menjadi contoh uji.
Pengujian dilakukan dengan merujuk pada Japanese Industrial Standard (JIS) A 5908 2003. Adapun parameter yang diuji meliputi daya serap air dan pengembangan tebal, keteguhan patah, modulus elastisitas, serta keteguhan rekat.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam penelitian ini suhu dan waktu kempa optimal diinvestigasi. Untuk kepentingan aplikasi, diinginkan suhu kempa yang serendah mungkin dan waktu kempa yang sesingkat mungkin. Namun demikian suhu kempa yang terlalu rendah dan waktu kempa yang terlalu singkat kemungkinan dapat menurunkan sifat fisik dan mekanis papan partikel. Oleh karena itu perlu ditentukan kondisi pengempaan optimal dengan mempertimbangkan sifat fisik dan mekanis papan partikel serta proses pembuatan yang paling efisien.
Meskipun telah diketahui bahwa umumnya titik transisi glass lignin berada pada suhu 140
oC (Hill, 2006) sehingga diduga suhu di atas titik tersebut akan menghasilkan papan dengan kualitas yang lebih baik, akan tetapi karena suhu transisi glass juga dipengaruhi oleh struktur lignin yang berhubungan dengan jenis kayu, serta kadar air kayu, maka suhu tersebut tidak serta merta dapat dijadikian patokan. Oleh karena suhu dan waktu kempa ini berkaitan erat dengan masalah biaya, maka pertimbangan konsumsi energi dalam proses pengempaan ini sangat diperhatikan. Dengan kata lain, sepanjang karakteristik produk yang dihasilkan tidak berbeda jauh dengan papan yang dikempa dengan suhu yang lebih tinggi dan waktu yang lebih lama, maka terdapat kecenderungan untuk memilih suhu rendah dan waktu kempa yang lebih singkat. Hasil-hasil penelitian tersebut disajikan pada Gambar 1-5.
4.96 4.97
4.27
3.98
4.43 4.30
3.81 3.64
5.11
4.30 4.34
3.61
0 1 2 3 4 5 6
160 170 180 190
Kadar Air (%)
Suhu Kempa (oC) 9 12 15
152 | Seminar Nasional Mapeki XV (6-7 November 2012), Makassar 84
105
86
103 85
101
89 84
86 90
101
82
0 20 40 60 80 100 120
160 170 180 190
Keteguhan Patah (Kgf cm-2)
Suhu Kempa (oC) 9 12 15
Gambar 1. Kadar air papan partikel pada berbagai suhu kempa (%)
Gambar 2. Pengembangan tebal papan partikel pada berbagai suhu kempa (%)
Gambar 3. Keteguhan patah papan partikel (kgf cm
-2)
16.93
11.04
12.89
8.57
11.46 11.40
9.68
6.77 15.82
13.97
8.75
5.80
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
160 170 180 190
Pengembangan Tebal (%)
Suhu Kempa (oC) 9 12 15
Seminar Nasional Mapeki XV (6-7 November 2012), Makassar | 153
Gambar 4. Modulus elastisitas papan partikel (kgf cm
-2)
Gambar 5. Keteguhan rekat papan partikel (kgf cm
-2)
Data pada Gambar 1-5 menunjukkan kecenderungan perbaikan karakteristik papan partikel seiring dengan peningkatan suhu dan waktu kempa. Pada parameter kadar air, terjadi penurunan kadar air keseimbangan seiring dengan meningkatnya suhu kempa. Hal yang sama juga terlihat pada waktu kempa, meskipun penurunannya tidak sesignifikan pada suhu kempa. Meskipun demikian, secara keseluruhan nilai-nilai kadar air yang dicapai pada semua papan masih di bawah standar JIS A 5908 2003 yaitu 15 %. Suhu kempa yang lebih tinggi serta waktu kempa yang lebih lama tampaknya menyebabkan uap air yang dilepaskan lebih banyak selama proses pengempaan.
Pada saat pengkondisian, ternyata masing-masing jenis papan tersebut mencapai kadar air keseimbangan yang berbeda-beda. Tampaknya hal ini diakibatkan oleh proses
hysteresis dalampartikel kayu, dimana jumlah air yang dilepaskan pada saat kempa panas akan lebih besar dibandingkan jumlah air yang mampu diserap pada saat pengkondisian selama 2 minggu. Hal inilah yang menyebabkan kadar air keseimbangan papan yang dikempa lebih lama dan suhu yang lebih tinggi memiliki nilai yang lebih rendah.
17,745
21,278
15,139
20,073
19,175 19,712
17,734
14,152
15,767 16,316
18,924
15,784
0 5000 10000 15000 20000 25000
160 170 180 190
Modulus Elastisitas (Kgf cm-2)
Suhu Kempa (oC) 9 12 15
5.19
8.24
5.28 5.43
6.18
7.58
6.96 7.82
7.54
8.98 9.85
7.56
0 2 4 6 8 10 12
160 170 180 190
Keteguhan Rekat (Kgf cm-2)
Suhu Kempa (oC) 9 12 15
154 | Seminar Nasional Mapeki XV (6-7 November 2012), Makassar
Dalam hal stabilitas dimensi juga tampak bahwa secara umum peningkatan suhu dan lama waktu kempa menghasilkan papan partikel dengan stabilitas dimensi yang semakin baik. Hal ini dapat dilihat dari nilai-nilai pengembangan tebal papan partikel yang semakin menurun. Hal tersebut mengindikasikan bahwa suhu yang tinggi serta waktu kempa yang lebih lama menghasilkan deformasi pada partikel kayu yang lebih permanen. Hal ini terutama tampak pada suhu 170
oC atau yang lebih tinggi.
Dalam hal sifat mekanis, yang terdiri atas MOR, MOE, dan
internal bond, korelasinya dengansuhu dan waktu kempa tampak variatif. Pada suhu 170
oC MOR dan MOE cenderung menurun dengan semakin meningkatnya waktu kempa, akan tetapi di sisi lain, pada suhu 180
oC nilai- nilainya secara umum justru meningkat dengan semakin lamanya waktu kempa. Dilihat dari pengaruh suhu, maka tampak bahwa pada rentang suhu 160-190
oC sifat-sifat mekanis papan partikel tidak terlalu berbeda satu sama lain. Namun demikian, apabila diperhatikan nilai-nilai mutlak yang dicapai, maka titik optimal untuk berbagai parameter sifat fisik dan mekanis tampak dicapai pada suhu 170
oC dengan waktu kempa 9 menit.
Dengan memperhatikan fenomena yang ditemukan dalam penelitian ini, maka dapat disimpulkan bahwa usaha efisiensi energy lebih baik dilakukan dengan mengurangi suhu kempa sampai 170
oC atau bahkan 160
oC, sementara waktu kempa 9 menit cukup memadai untuk menghasilkan papan partikel berkualitas tinggi. Hasil-hasil pengujian sebagaimana disajikan pada histogram tersebut menunjukkan bahwa pada suhu 170
oC, dengan waktu kempa 9 menit, secara umum parameter sifat fisik seperti pengembangan tebal (maksimal 12 %), MOR (minimal 80 kgf cm
-2
), MOE (minimal 20.000 kgf cm
-2) serta internal bond (minimal 1,5 kgf cm
-2) yang ditetapkan dalam JIS A 5908 2003 dapat dicapai.
Fenomena karakteristik papan partikel yang mampu memenuhi parameter yang ditetapkan dalam standar mengindikasikan bahwa teknologi yang dikembangkan ini memiliki prospek pengembangan lebih lanjut. Dengan penggunaan kemiri sebagai bahan baku, maka teknologi ini semakin menjanjikan karena selain memiliki karakteristik yang baik yang ditandai dengan terpenuhinya persyaratan yang dietapkan dalam standar, juga karena bahan baku yang digunakan merupakan kayu rakyat yang selama ini jarang digunakan sebagai bahan baku papan partikel.
Padahal dalam teknologi papan partikel tanpa perekat ini, jenis bahan baku dapat mempengaruhi kualitas papan partikel yang dihasilkan. Hal ini dapat terjadi karena setiap jenis kayu memiliki struktur lignin yang bervariasi secara mikro. Padahal secara teoritis, lignin inilah yang sangat diharapkan berperan dalam membentuk ikatan antar partikel.
IV. KESIMPULAN
Suhu dan waktu pengempaan memiliki pengaruh yang bervariasi terhadap sifat fisik dan mekanis papan partikel. Ada kecenderungan bahwa efek waktu kempa relatif lebih dominan dibandingkan suhu pengempaan pada rentang suhu 160-190
oC. Meskipun demikian apabila dilihat dari nilai-nilai mutlak yang diperoleh serta pertimbangan efisiensi energy, maka kondisi pengempaan yang optimal adalah suhu 170
oC dan waktu kempa 12 menit. Pada kondisi ini produk papan partikel yang dihasilkan telah mampu memenuhi JIS A 5908 2003.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini didanai oleh DIPA Universitas Hasanuddin dalam skema Hibah Bersaing No.
19/H4-LK.26/SP3-UH/2011 tanggal 28 Maret 2011. Tim peneliti menyampaikan terima kasih atas
dukungan dana yang diberikan dalam penelitian ini.
Seminar Nasional Mapeki XV (6-7 November 2012), Makassar | 155
DAFTAR PUSTAKA
Fengel D, G Wegener, 1995. Kayu: Kimia, Ultrastruktur, Reaksi-reaksi. Penerjemah:
Sastrohamidjojo H. Gadjah Mada University Press.
Hill C A S, 2006. Wood Modification, Chemical, Thermal and Other Processes. John Wiley & Sons, Ltd.
Maloney T M, 1993. Modern Particleboard and Dry-Process Fiberboard Manufacturing. Edisi Revisi.
USA : Miller Freeman Inc San Francisco.
Suhasman, M., Y. Massijaya, Y. S. Hadi, and A. Santoso. 2011. Particle oxidation time for the
manufacture of binderless particleboard. Wood Res. J. 2(1):9–18.
156 | Seminar Nasional Mapeki XV (6-7 November 2012), Makassar