1 research outputs found
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