Pemanfaatan Kulit Kayu Gelam Untuk Pembuatan Papan Partikel Kulit Tanpa Perekat Berkerapatan Rendah

Kepedulian yang tinggi terhadap masalah lingkungan dan risiko kesehatan akibat emisi formaldehida dari penggunaan resin sintetik telah mendorong pembuatan papan partikel kulit tanpa perekat berkerapatan rendah (PPKTP-br) dengan memanfaatkan kulit gelam yang merupakan bahan lignoselulosik terbarukan pengganti kayu. Kulit gelam berasal dari pohon gelam yang dikenal oleh masyarakat lokal di Indonesia untuk sebutan dari genus Melaleuca. Kulit kayu melaleuca memiliki kandungan kaya lignin sehingga berpotensi sebagai bahan baku untuk pembuatan PPKTP-br karena lignin dapat berfungsi sebagai perekat alami antar partikel-partikel kulit. Peneliti sebelumnya memanfaatkan kulit melaleuca untuk pembuatan papan partikel berperekat Urea- Formaldehida dengan kerapatan sedang dan papan kulit tanpa perekat berkerapatan tinggi yang dibuat dengan metode pengempaan panas menggunakan suhu kempa 180 °C. Belum ada penelitian sebelumnya tentang pembuatan papan partikel tanpa perekat berkerapatan rendah dari kulit gelam. Pada penelitian ini, papan partikel kulit tanpa perekat dengan klasifikasi kerapatan rendah dibuat dari limbah kulit gelam tembaga yang berasal dari kupasan batang berdiameter <10 cm (A)/Limbah Kulit Gelam (LKG) dan kulit gelam kapur yang dikupas langsung dari pohon gelam kapur berdiameter 10-15 cm (B)/Kulit Gelam (KG) melalui proses pengempaan panas, diharapkan dengan penggunaan suhu kempa yang tinggi (200 °C) dan rasio pemadatan tinggi pada pembuatan PPKTP-br akan menghasilkan sifat-sifat fisik dan mekanis yang setara atau lebih baik dari penelitian terdahulu. Suhu pengempaan merupakan parameter yang paling penting untuk memproduksi papan partikel tanpa perekat. Tidak adanya perekat yang digunakan pada papan partikel tanpa perekat, kekuatan ikatan-sendiri ditingkatkan hanya dengan mengaktifkan komponen kimia, seperti lignin dan ekstraktif (senyawa fenolik) dari biomassa lignoselulosa selama proses perlakuan pengempaan panas. Oleh sebab itu, sangat penting untuk mempelajari pengaruh suhu pengempaan terhadap sifat- sifat PPKTP-br. Demikian juga dengan parameter pembuatan lainnya, yaitu ukuran partikel. Berkaitan dengan dibuatnya PPKTP dengan klasifikasi kerapatan rendah, maka sifat insulasi papan perlu ditentukan untuk tujuan penggunaan papan sebagai bahan insulasi termal bangunan. Oleh karenanya tujuan umum penelitian ini adalah menghasilkan papan partikel kulit tanpa perekat berkerapatan rendah (PPKTP-br) menggunakan limbah kulit kayu gelam dari kupasan batang berdiameter <10 cm dan kulit kayu gelam yang dikupas langsung dari pohon berdiri berdiameter 10-15 cm dengan proses pengempaan panas, yang memenuhi standard SNI 03-2105-2006, sebagai sudut pandang baru untuk aplikasi sebagai bahan insulasi termal bangunan. Penelitian ini terdiri atas empat tahapan. Penelitian Tahap pendahuluan bertujuan untuk mengetahui spesies kayu dari kedua jenis kulit gelam dan memastikan papan partikel kulit tanpa perekat berkerapatan rendah dari kedua jenis kulit kayu gelam dapat dibuat menggunakan metode pengempaan panas pada suhu rendah (128 °C) dan tekanan (30 kg/cm2) dengan memeriksa sifat fisiknya sesuai dengan standar SNI 03-2105-2006 dan melalui pengamatan scanning electron microscope (SEM)-energy dispersive X-ray (EDX). Penelitian Tahap 1 untuk mengetahui karakteristik struktur mikro partikel x dan sifat-sifat kimia kedua jenis kulit gelam. Penelitian Tahap 2 bertujuan untuk mengevaluasi pengaruh suhu pengempaan terhadap sifat fisik dan mekanis PPKTP-br yang terbuat dari kedua jenis kulit gelam dan peningkatan sifat-sifat tersebut yang kemudian dibandingkan dengan standar SNI 03-2105-2006. Empat suhu kempa berbeda (140, 160, 180, dan 200 °C) digunakan untuk membuat papan partikel kulit satu lapis tanpa perekat dengan target kerapatan ≤ 0.59 g/cm3. Selain itu, kualitas ikatan diperiksa dengan SEM-EDX, sifat-sifat kimia PPKTP-br (A) dan (B) dikarakterisasi dengan uji kimia konvensional, FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), Pyr-GCMS (Pyrolisis-Gas Chromato-graphy/Mass Spectroscopy), dan potensi kecocokan PPKTP-br (A) dan (B) yang dihasilkan dari suhu pengempaan optimum sebagai bahan insulasi termal dievaluasi berdasarkan konduktivitas termal papannya. Penelitian Tahap 3 tujuannya mengevaluasi pengaruh ukuran partikel pada sifat- sifat fisik dan mekanis PPKTP-br A dan B. Empat ukuran partikel yang berbeda: lolos 10 mesh/tertahan 18 mesh (kasar), lolos 18 mesh/tertahan 24 mesh (medium), lolos 24 mesh (halus), dan campuran (lolos 10 mesh) diterapkan menggunakan perlakuan suhu pengempaan optimum yang dihasilkan dari Tahap 2 dengan lama kempa 20 menit dan tekanan 30 kg/cm2. Morfologi permukaan dan EDX PPKTP-br A dan B sebagai fungsi ukuran partikel juga dipelajari. Rancangan penelitian pada Tahap Studi Pendahuluan adalah penelitian deskriptif (sifat-sifat fisik, morfologi permukaan dari penampang PPKTP-br (A) dan (B), dan EDX dari penampang melintang papan pada perbesaran 300x). Tahap 1 adalah penelitian deskriptif (sifat-sifat kimia LKG dan KG dan struktur mikro partikel kedua jenis kulit). Tahap 2 adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) satu faktor (suhu pengempaan 140, 160, 180, dan 200 °C; 5 ulangan), kemudian dilakukan analisis regresi dari RAL dengan variabel terikat sifat-sifat fisik dan mekanis PPKTP-br (A) dan (B); RAL satu faktor (sifat-sifat kimia bahan baku asal LKG dan KG/hasil Tahap 1, PPKTP-br dari suhu pengempaan 140, 160, 180, dan 200 °C untuk masing-masing jenis kulit gelam; 3 ulangan); penelitian deskriptif (FTIR, Pyr-GCMS, morfologi permukaan dari bagian permukaan dan penampang PPKTP-br (A) dan (B), EDX dari penampang melintang papan pada perbesaran 300x, dan konduktivitas termal kedua jenis papan dari perlakuan suhu pengempaan optimum). Tahap 3 adalah RAL satu faktor (ukuran partikel lolos 10 mesh/tertahan 18 mesh, lolos 18 mesh/tertahan 24 mesh, lolos 24 mesh, dan campuran; 5 ulangan); penelitian deskriptif (morfologi permukaan dari bagian permukaan dan penampang PPKTP-br (A) dan (B) dan EDX dari penampang melintang papan pada perbesaran 300x). Hasil penelitian Tahap pendahuluan, kulit gelam berasal dari jenis Melaleuca viridiflora Sol. ex Gaertn. (gelam tembaga/merah) dan jenis Melaleuca leucadendra (L.) L. (gelam kapur/putih). Selanjutnya, hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai rata-rata sifat fisik PPKTP-br (A) dan (B) memenuhi persyaratan SNI 03-2105-2006 ditinjau dari kerapatan, kadar air (KA), dan pengembangan tebal setelah perendaman selama 24 jam (PT24j) untuk papan partikel tipe 24-10 dan tipe 17.5-10.5 dengan persyaratan pengembangan ketebalan maksimum 20%. Namun, mereka gagal memenuhi kriteria pengembangan ketebalan maksimum 12% untuk tipe papan partikel lainnya. Sementara penyerapan air setelah perendaman selama 24 jam (PA24j) dari papan (A) dan (B) menunjukkan nilai yang relatif tinggi masing-masing 65.09 dan 64.31 %, namun nilainya tidak dipersyaratkan oleh SNI 03-2105-2006. Tetapi kedua nilai PA24j tersebut masih memenuhi persyaratan Standar FAO (1966) untuk penyerapan air 20-75%. Pengamatan morfologi internal selanjutnya menggunakan SEM menunjukkan adanya retakan pada PPKTP-br (A), sehingga hanya PPKTP-br (B) yang dapat diproduksi tanpa delaminasi. Kulit gelam xi berpotensi digunakan untuk pembuatan papan partikel non-perekat. Peningkatan suhu pengempaan diperlukan untuk meningkatkan stabilitas dimensi PPKTP-br (A) dan (B) yang dilakukan pada penelitian Tahap 2. Terdeteksi dari EDX spektra unsur utama adalah Karbon dan Oksigen, dan sejumlah kecil unsur- unsur anorganik, yaitu Kalsium, Silikon, Aluminium, Magnesium, Klorin dan Kalium. Hasil penelitian Tahap 1, struktur mikro partikel-partikel dari kedua jenis kulit dengan jelas menunjukkan bentuk partikel yang tidak beraturan yang terutama berasal dari jaringan floem dan periderm. Dari hasil penelitian sifat-sifat kimia kedua jenis kulit gelam, masing-masing, pertama, dapat dicatat bahwa kadar holoselulosa tinggi (78.77;79.08%) dibandingkan kadar holoselulosa kulit kayu pada umumnya dan kadar alfa selulosa yang rendah (37.58;34.83%) dibandingkan kadar alfa selulosa kayu. Kadar abu (1.23;0.59%) ditemukan dalam kategori sedang. Kedua, kadar lignin Klason termasuk golongan tinggi (47.70; 52.32%). Ketiga, kadar ekstraktif alkohol benzena (7.78;8.78%), ekstraktif diklorometana (7.03;8.40%), kelarutan dalam air panas (4.07;3.89%) dan kelarutan dalam NaOH1% (32.65;30.75%) termasuk tinggi. Hasil penelitian Tahap 2 menunjukkan bahwa suhu pengempaan berpengaruh terhadap sifat fisik dan mekanis papan yang diproduksi. Seiring dengan peningkatan suhu pengempaan dari 140 °C menjadi 200 °C, nilai rata- rata sifat-sifat mekanis PPKTP-br (A) juga meningkat, meskipun peningkatan tersebut tidak nyata untuk nilai MoR dan MoE pada suhu pengempaan 180 °C dan 200 °C, tetapi berbeda nyata pada nilai KTTLP. Sementara untuk PPKTP-br (B), peningkatan suhu pengempaan 180 ke 200 °C tidak nyata pada nilai MoE dan KTTLP. Semua sifat mekanis papan tidak memenuhi standar SNI 03-2105-2006 untuk Tipe-8. Untuk sifat fisik, kerapatan meningkat dengan meningkatnya suhu pengempaan, sedangkan KA, PT24j, dan PA24j menurun seiring dengan meningkatnya suhu pengempaan pada kedua jenis papan. Penurunan nilai PT24j dan PA24j dari PPKTP-br (A) dan (B) tidak berbeda nyata untuk perlakuan 180 dan 200 °C, namun untuk penurunan nilai KA dari kedua jenis papan berbeda nyata. PPKTP-br (A) dan (B) yang dikempa pada suhu 140 hingga 200 °C memiliki nilai kerapatan dan KA yang memenuhi standar SNI 03-2105-2006. Selain itu, nilai PT24j dari PPKTP-br (A) yang dikempa pada suhu 200 °C adalah satu-satunya sampel yang memenuhi persyaratan standar SNI 03-2105-2006 untuk pengembangan tebal maksimum (12%), sedangkan untuk PPKTP-br (B) berasal dari suhu pengempaan 180 dan 200 °C yang memenuhi persyaratan tersebut. Nilai PA24j PPKTP-br (A) dan (B) yang relatif rendah pada suhu pengempaan 200 °C menunjukkan bahwa kedua jenis papan tersebut memiliki ketahanan air yang baik, meskipun standar SNI 03-2105-2006 tidak mensyaratkan nilai PA24j. Nilai PA24j PPKTP-br (A) dan (B) dari suhu kempa 200 °C bahkan lebih rendah dari persyaratan FAO (1966) untuk penyerapan air 20-75%. Sifat-sifat fisik dan mekanis terbaik diperoleh dari PPKTP-br (A) dan (B) dari perlakuan suhu pengempaan 200 °C masing-masing dengan nilai kerapatan (0.55;0.54 g/cm3), KA (5.50; 4.95%), PT24j (4.94;3.94%), PA24j (16.3;11.08%), MoR (40.51;40.01 kg/cm2), MoE (7725.83;8456.41 kg/cm2), dan KTTLP (0.63;0.43 kg/cm2). Dari analisis regresi, suhu pengempaan 223 dan 230 ⁰C (pada lama pengempaan 20 menit dan tekanan 30 kg/cm2) diusulkan sebagai batasan suhu optimum untuk masing-masing PPKTP-br (A) dan (B) dengan nilai kerapatannya 0.59 g/cm3 yang masih termasuk kategori papan partikel kerapatan rendah/ringan. Pada kedua suhu tersebut masing-masing PPKTP-br (A) dan (B) memiliki nilai KA (4.91;3.38%), PT24j (2.87;1.25%), PA24j (11.79;8.95%), MoR (50.57;84.25 kg/cm2), MoE (14128.80;20793.26 kg/cm2), dan KTTLP (0.98;0.81 kg/cm2), dimana beberapa xii sifat-sifat mekanis PPKTP-br (B) (MoR dan MoE) memenuhi persyaratan standar SNI 03-2105-2006 (Tipe 8). Namun, penggunaan suhu pengempaan yang melebihi 200 °C dengan waktu pengempaan 20 menit dan tekanan 30 kg/cm2 tidak digunakan dalam pembuatan PPKTP-br (A) dan (B) karena menyebabkan beberapa titik-titik/spots permukaan papan menjadi hangus. SEM-EDX. Mikrograf SEM dari permukaan dan penampang lintang PPKTP-br (A) dan (B) memperlihatkan bahwa dengan semakin meningkatnya suhu pengempaan, ikatan antara partikel-partikel kulit semakin kompak dan padat, serta permukaan papannya semakin halus yang mendukung adanya peningkatan sifat-sifat fisik dan mekanis PPKTP-br (A) dan (B) yang dibuat pada suhu pengempaan tinggi (200 °C). Dari pemetaan EDX menunjukkan kedua jenis papan terdiri dari unsur utama Karbon dan Oksigen sama seperti pada serat kayu yang berkaitan dengan bahan lignoselulosa. Unsur anorganik tidak ada pada PPKTP-br (A) yang dibuat pada suhu pengempaan tinggi (180 dan 200 °C), sementara hanya unsur Klorin yang ada pada PPKTP-br (B) yang dibuat dari keempat suhu pengempaan. Hasil mikrograf SEM permukaan PPKTP-br (A) dan (B) dari suhu pengempaan 200 °C mendukung bahwa lignin mengalami pelunakan dan mengalir (flow). Sifat-sifat kimia PPKTP-br (A) dan (B). Analisis konvensional memperlihatkan suhu pengempaan mempengaruhi sifat-sifat kimia PPKTP-br (A) dan (B). Terdapat kecenderungan holoselulosa dan alfa selulosa menurun seiring naiknya suhu pengempaan, sedangkan lignin Klason dari papan yang dikempa pada 200 °C secara nyata lebih tinggi dari bahan baku asal. Secara umum, terdapat kecenderungan kadar ekstraktif alkohol-benzena, ekstraktif diklorometana, kelarutan dalam air panas, dan kelarutan dalam NaOH 1% dari papan yang dikempa pada 180 dan 200 °C secara nyata lebih tinggi dari bahan baku asal, kecuali untuk kadar ekstraktif diklorometana pada PPKTP-br (B). Spektrum FTIR memperlihatkan perubahan pita serapan antara bahan baku dan PPKTP-br (A) dan (B) yang dibuat dengan suhu pengempaan yang berbeda lebih terlihat hanya pada intensitas serapan. Kromatogram Pyr-GCMS memperlihatkan penurunan konsentrasi relatif levoglukosan pada PPKTP-br (A) dan (B) yang dikempa pada 140-200 °C. Senyawa kelompok turunan furan muncul pada suhu pengempaan tinggi. Kemunculan senyawa baru produk monomer turunan lignin sangat sedikit sekali pada suhu 200 °C hanya homovanillic acid yang ditemukan pada PPKTP-br (A). Berkaitan dengan adanya grup senyawa lemak, senyawa alifatik seperti hexadecanoic acid (zat seperti lilin) masih ditemukan pada kedua jenis papan yang dibuat dengan suhu pengempaan 200 °C. Perubahan kimia memang sedikit terjadi pada PPKTP-br (A) dan (B). Polimerisasi dan degradasi kemungkinan terjadi. Tampaknya pelunakan lignin masih menjadi faktor dominan pada suhu kempa 200 °C. Konduktivitas termal PPKTP-br (A) dan (B). PPKTP-br (A) dan (B) yang masing-masing memiliki kerapatan 0.55 g/cm3 dan 0.54 g/cm3 dari suhu pengempaan 200 °C mempunyai nilai konduktivitas termal masing-masing 0.14 dan 0.11 W/m∙K; Nilai tersebut masih dapat dipertimbangkan sebagai bahan insulasi bangunan, seperti panel insulasi dekoratif. Hal ini didukung dengan permukaan papan yang halus, stabilitas dimensi yang baik, walaupun kekuatannya rendah, namun memadai untuk tujuan penggunaan tersebut. Dari keseluruhan hasil-hasil penelitian tahap 2 disimpulkan bahwa PPKTP-br dapat dihasilkan dari LKG dan KG dengan suhu kempa 200 °C, yang memiliki nilai konduktivitas termal masih sesuai untuk bahan insulasi termal bangunan, memiliki nilai pengembangan tebal yang baik memenuhi standard SNI 03-2105-2006, tetapi sifat-sifat mekanisnya masih rendah belum memenuhi persyaratan SNI 03-2105-2006 (Tipe 8), namun demikian cukup memadai untuk xiii aplikasi sebagai panel insulasi dekoratif. Hasil penelitian Tahap 3 memperlihatkan bahwa ukuran partikel memiliki pengaruh nyata hanya pada kerapatan dan KA PPKTP-br (A) dan KA PPKTP-br (B). Sementara PT24j dan PA24j kedua jenis papan tidak dipengaruhi secara nyata. Nilai PT24j dan PA24j tersebut menurun dengan meningkatnya ukuran partikel pada kedua jenis papan. Semua sifat fisik kedua jenis papan (kerapatan, KA, dan PT24j) dari semua perlakuan ukuran partikel memenuhi persyaratan SNI 03-2105-2006 untuk semua tipe papan partikel. Semua nilai PA24j PPKTP-br (A) dari semua perlakuan ukuran partikel memenuhi persyaratan Standar FAO (1966) untuk penyerapan air 20-75%. Sementara nilai PA24j PPKTP-br (B) dari ukuran partikel halus memenuhi kisaran standar FAO tersebut, sedangkan untuk ukuran partikel kasar, medium, dan campuran bahkan nilainya lebih rendah dari persyaratan penyerapan air minimum 20% standar FAO (1966). Untuk sifat-sifat mekanis PPKTP-br (A), yaitu KTTLP dan MoR dipengaruhi secara nyata oleh ukuran partikel, sedangkan pada PPKTP-br (B), yaitu MoR dan MoE. PPKTP-br (A) yang dibuat dari partikel kasar dan campuran mempunyai sifat-sifat mekanis (KTTLP, MoR, dan MoE) lebih baik daripada partikel halus. Sementara, pada PPKTP-br (B), sifat-sifat mekanis yang terbaik dihasilkan dari partikel kasar untuk KTTLP dan MoR, kecuali untuk MoE, yang terbaik dari partikel halus. Namun sifat-sifat mekanis terbaik yang dihasilkan pada penelitian tahap ini, tidak ada satupun yang memenuhi standar SNI 03-2105-2006 (Tipe 8). SEM-EDX. mikrograf SEM permukaan dan penampang melintang PPKTP-br (A) dan (B) yang dibuat dari ukuran partikel kasar dan campuran menunjukkan pengepakan yang lebih padat dan kontak yang lebih dekat antara partikel- partikel, yang memberikan kontribusi positif pada sifat-sifat fisik dan mekanis. Pemetaan EDX dari kedua jenis papan memperlihatkan unsur Karbon dan Oksigen dengan persentase yang tinggi dan unsur anorganik Klorin dalam persentase kecil ditemukan hampir pada semua papa