KARAKTERISTIK PAPAN PARTIKEL TANPA PEREKAT DARI SERAT SABUT KELAPA DENGAN PERLAKUAN OKSIDASI, PENAMBAHAN PARAFIN DAN WAKTU KEMPA YATI HARDIYANTI HARIS DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
48
Embed
KARAKTERISTIK PAPAN PARTIKEL TANPA PEREKAT DARI … · lignoselulosa yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku dari serat kelapa. Serat ... komposit yang terbuat dari partikel-partikel
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
KARAKTERISTIK PAPAN PARTIKEL TANPA PEREKAT
DARI SERAT SABUT KELAPA DENGAN PERLAKUAN
OKSIDASI, PENAMBAHAN PARAFIN DAN WAKTU KEMPA
YATI HARDIYANTI HARIS
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Karakteristik Papan
Partikel Tanpa Perekat dari Serat Sabut Kelapa dengan Perlakuan Oksidasi,
Penambahan Parafin dan Waktu Kempa adalah benar karya saya dengan arahan
dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada
perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya
yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam
teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2014
Yati Hardiyanti Haris
NIM F34100023
ABSTRAK
YATI HARDIYANTI HARIS. Karakteristik Papan Partikel Tanpa Perekat dari
Serat Sabut Kelapa dengan Perlakuan Oksidasi, Penambahan Parafin dan Waktu
Kempa. Dibimbing oleh NASTITI SISWI INDRASTI.
Penelitian pembuatan papan partikel tanpa perekat dari serat sabut kelapa ini
dilakukan sebagai upaya pemanfaatan bahan baku alternatif di industri perkayuan
yang semakin terbatas dan mengurangi perekat sintetis yang mencemari
lingkungan seperti urea formaldehid (UF). Adanya parafin diharapkan dapat
membuat sifat fisik papan partikel lebih baik. Tujuan dari penelitian ini adalah
mengetahui karakteristik papan partikel tanpa perekat dari serat sabut kelapa
berdasarkan standar papan partikel JIS A 5908:2003 serta mengetahui pengaruh
oksidasi, penambahan parafin dan waktu kempa terhadap karakteristik papan
partikel. Metode Oksidasi ini dilakukan dengan penyemprotan hidrogen peroksida
(15%) dan ferosulfat (7.5%), waktu kempa 10 menit dan 20 menit pada suhu 180
ºC dengan tekanan 25 kgf/cm2. Hasil uji kerapatan (0.44-0.56 g/cm
3), kadar air
(5.94-10.08%) semua perlakuan memenuhi standar. Hasil uji kuat pegang sekrup
(19-80 kgf) hanya kombinasi dengan perlakuan oksidasi yang memenuhi standar.
Hasil uji pengembangan tebal hanya kombinasi perlakuan oksidasi dengan parafin
0.5% dan tanpa parafin pada waktu kempa 20 menit (8% dan 12%) yang
memenuhi standar. Hasil uji yang tidak sesuai standar JIS adalah parameter kuat
rekat internal (IB), kekuatan lentur (MOE) dan keteguhan patah (MOR).
Kata kunci: JIS A 5908:2003, oksidasi, papan partikel, parafin, serat sabut kelapa,
waktu kempa
ABSTRACT
YATI HARDIYANTI HARIS. Characteristics of Binderless Particleboard from
coconut fiber with Oxidation Treatment, Additional Paraffin and Pressing Time.
Supervised by NASTITI SISWI INDRASTI.
Manufacture of binderless particleboard from coconut fiber research was
done as an effort to use alternatives raw materials in timber industry which has
become limited and to reduce adhesives synthetic that has pollute the environment
such as urea formaldehyde (UF). Paraffin was expected to make the physical
properties of particleboard better. The purpose of this research was to know the
characteristics of binderless particleboard from coconut fiber based on
particleboard standard JIS A 5908:2003 and determine the influence of oxidation
treatment, additional paraffin and time of pressing on the characteristics of
particleboard. Oxidation method was done by spraying hydrogen peroxide (15%)
and ferrosulfate (7.5%), 10 minutes of pressing and 20 minutes at temperature
180 ºC with a pressure of 25 kgf/cm2. The results: density (0.44-0.56 g/cm
3),
moisture content (5.94-10.08%), all treatment met the standards. The results of
strong hold spanner (19-80 kgf): only combination of oxidation treatment that met
the standards. The result of thickness swelling: only combination of oxidation
treatment, paraffin 0.5% and without paraffin with 20 minutes of pressing (8%
and 12%) met the standards. In conclusion for all the treatment, the one that
didn’t meet JIS standard: Internal Bond (IB), Modulus of Elasticity (MOE) and
Modulus of Rupture (MOR).
Keywords: coconut fiber, JIS A5908:2003, oxidation, paraffin, particleboard,
pressing time
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknologi Industri Pertanian
KARAKTERISTIK PAPAN PARTIKEL TANPA PEREKAT
DARI SERAT SABUT KELAPA DENGAN PERLAKUAN
OKSIDASI, PENAMBAHAN PARAFIN DAN WAKTU KEMPA
YATI HARDIYANTI HARIS
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Karakteristik Papan Partikel Tanpa Perekat dari Serat Sabut Kelapa
dengan Perlakuan Oksidasi, Penambahan Parafin dan Waktu
Kempa
Nama : Yati Hardiyanti Haris
NIM : F34100023
Disetujui oleh
Prof. Dr. Ir. Nastiti Siswi Indrasti
Pembimbing
Diketahui oleh
Prof. Dr. Ir. Nastiti Siswi Indrasti
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih
dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2014 ini ialah papan
partikel, dengan judul Karakteristik Papan Partikel Tanpa Perekat dari Serat Sabut
Kelapa dengan Perlakuan Oksidasi, Penambahan Parafin dan Waktu Kempa.
Terima kasih penulis sampaikan kepada Ibu Prof. Dr. Ir. Nastiti Siswi
Indrasti selaku dosen pembimbing yang telah memberi arahan selama penelitian
dan penulisan skripsi, Teknisi dan Laboran di Laboratorium Biokomposit,
Laboratorium Rekayasa dan Desain Bangunan, serta Laboratorium Penggergajian
Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan serta Teknisi dan Laboran di
Laboratorium Dasar Ilmu Terapan (DIT) Departemen Teknologi Industri
Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor yang telah
membantu penulis selama melakukan penelitian. Terima kasih juga penulis
sampaikan kepada teman-teman sebimbingan Sutresno, Yoga Prasetyo, Dayyus
Assegaf, dan Brilliant Meliaristiani serta seluruh teman-teman Teknologi Industri
Pertanian angkatan 47 atas semangat dan bantuan yang telah diberikan selama
penulis menempuh pendidikan. Ungkapan terima kasih yang sangat besar juga
disampaikan kepada Ibunda tercinta Wiwin Suryaningsih dan Ayahanda tercinta
Aris Juarsa, serta adik-adik saya Intan Winarti Haris dan Rasyid Ridho Haris atas
segala doa dan kasih sayangnya. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak.
Bogor, Juli 2014
Yati Hardiyanti Haris
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 2
Manfaat Penelitian 3
Ruang Lingkup Penelitian 3
METODE PENELITIAN 3
Waktu dan Tempat 3
Bahan dan Alat 3
Metode 4
Prosedur Analisis Data 6
HASIL DAN PEMBAHASAN 7
Karakteristik Sabut Kelapa 7
Sifat Fisik Papan Partikel 8
Sifat Mekanik Papan Partikel 15
SIMPULAN DAN SARAN 24
Simpulan 24
Saran 24
DAFTAR PUSTAKA 25
LAMPIRAN 27
RIWAYAT HIDUP 36
DAFTAR TABEL
1 Delapan kombinasi perlakuan 5 2 Komposisi kimia sabut kelapa 8 3 Standar pengujian sifat fisis dan mekanis papan partikel 8 4 Nilai rata-rata kerapatan papan partikel 9 5 Nilai rata-rata kadar air papan partikel 10 6 Nilai rata-rata daya serap air papan partikel 12
7 Nilai rata-rata pengembangan tebal papan partikel 14
8 Nilai rata-rata MOE papan partikel 15
9 Nilai rata-rata MOR papan partikel 19
10 Nilai rata-rata IB papan partikel 20 11 Nilai rata-rata kuat pegang sekrup papan partikel 22
DAFTAR GAMBAR
1 Diagram alir pembuatan papan partikel mengacu pada Suhasman 2011 4 2 Bentuk contoh uji mengacu pada JIS A 5908:2003 6 3 Kerapatan papan partikel dengan berbagai kombinasi perlakuan 9 4 Kadar air papan partikel dengan berbagai kombinasi perlakuan 11 5 Daya serap air papan partikel dengan berbagai kombinasi perlakuan 13 6 Pengembangan tebal papan partikel dengan berbagai kombinasi
perlakuan 14 7 MOE papan partikel dengan berbagai kombinasi perlakuan 16 8 Reaksi antara unit aromatik lignin dengan hidroksil radikal: (A) formasi
phenoksi radikal oleh abstraksi unit phenolik lignin; (B) formasi
phenoksi radikal melalui demetoksilasi; (C) Hidroksilasi cincin
aromatik. Tahap pertama reaksi adalah penambahan hidroksil radikal
pada unit aromatik 17 9 Proses ikatan yang mungkin terjadi melalui interaksi permukaan serat
yang teroksidasi. (A) Penggabungan radikal phenoksi. (B) Esterifikasi.
(C) Ikatan hidrogen. (D) Kondensasi lignin dan furfural 18 10 MOR papan partikel dengan berbagai kombinasi perlakuan 19
11 IB papan partikel dengan berbagai kombinasi perlakuan 21 12 Kuat pegang sekrup papan partikel dengan berbagai kombinasi
perlakuan 22
DAFTAR LAMPIRAN
1 Pengujian sifat fisik dan sifat mekanik papan partikel sesuai standar JIS
A 5908:2003 27
2 Hasil analisis ragam uji ANOVA dan Duncan 29
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tingginya penggunaan kayu sebagai bahan baku industri perkayuan
berpengaruh terhadap tingkat penebangan hutan. Konsumsi kayu dalam negeri
mencapai 80 juta m3 (Massijaya 2003). Menurut CIFOR (2007), suplai kayu dari
hutan alam hanya 22 juta m3 per tahunnya. Semakin lama persediaan kayu di
hutan akan berkurang jika tidak adanya alternatif lain yang dapat menggantikan
serat alam kayu sebagai bahan baku. Serat alam non-kayu dapat dijadikan sebagai
pengganti dari serat alam kayu tersebut. Serat alam non-kayu mempunyai
kelebihan antara lain kemudahan dipanen dalam waktu yang relatif lebih singkat
dibandingkan pohon kayu serta kemudahannya dibudidayakan.
Serat alam berlignoselulosa yang berasal dari serat alam non-kayu terdapat
melimpah yang salah satunya adalah hasil samping dari tanaman kelapa yaitu
sabut kelapa. Sabut kelapa merupakan hasil samping dan bagian terbesar dari buah
kelapa yaitu sekitar 35% dari bobot buah kelapa. Sabut kelapa mengandung
lignoselulosa yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku dari serat kelapa. Serat
kelapa merupakan hasil pengolahan dari sabut kelapa yang biasa dikenal dengan
nama coco fiber. Pengolahan sabut kelapa ini dapat menghasilkan serat panjang,
serat pendek, dan debu sabut yang mempunyai fungsi masing-masing (Rindengan
et al. 1995).
Pertanaman kelapa tersebar di seluruh Kepulauan Indonesia. Pada tahun
2010, luas areal pertanaman kelapa 3.7 juta ha yang terdiri atas perkebunan rakyat
(98.14%), perkebunan besar negara (0.10%), dan perkebunan besar swasta
(1.73%). Pada tahun 2010, produksi kelapa sebesar 3.26 juta ton yang terdiri atas
perkebunan rakyat sebesar 3.18 juta ton, perkebunan besar negara 2.33 ribu ton,
dan perkebunan besar swasta 80.97 ribu ton (Direktorat Jenderal Perkebunan
2010). Penyebaran kelapa hampir di seluruh wilayah nusantara, yaitu di Sumatera
dengan areal 1.20 juta ha (32.90%), Jawa 0.903 juta ha (24.30%), Sulawesi 0.716
juta ha (19.30%), Bali, NTB, dan NTT 0.305 juta ha (8.20%), Maluku dan Papua
0.289 juta ha (7.80%), dan Kalimantan 0.277 juta ha (7.50%). Kelapa diusahakan
petani baik di kebun maupun pekarangan. Kelapa menempati areal seluas 3.70
juta ha atau 26% dari 14.20 juta ha total areal perkebunan (Supadi dan Nurmanaf
2006).
Sabut kelapa mempunyai komponen kimia yang hampir sama dengan
elemen-elemen penyusun kayu. Sabut kelapa merupakan bahan berlignoselulosa
yang mengandung hemiselulosa sebesar 8.5% ; selulosa 21.07% ; lignin 29.23% ;
pektin 14.25% dan air 26 % (Tyas 2000), sehingga dapat dimanfaatkan sebagai
bahan baku papan partikel. Papan partikel merupakan salah satu jenis produk
komposit yang terbuat dari partikel-partikel kayu atau bahan-bahan
berlignoselulosa lainnya, yang diikat dengan perekat atau bahan pengikat lainnya
kemudian dikempa panas (Maloney 1993). Nilai tambah yang dimiliki oleh
produk papan partikel ini yaitu dapat diekspor dibandingkan dengan produk-
produk yang biasa terbuat dari sabut kelapa seperti keset, sapu ijuk dan tali. Selain
itu juga Effendi (2007) menyatakan bahwa permintaan papan partikel meningkat
sekarang ini.
2
Papan partikel biasanya menggunakan perekat sintetis seperti urea
formaldehid, melamin formaldehid atau fenol formaldehid. Perekat sintetis
tersebut dikenal dengan emisi formaldehidnya yang dapat mencemari lingkungan,
oleh karena itu pada penelitian ini memanfaatkan lignin yang terdapat pada sabut
kelapa itu sendiri sebagai perekat alami. Pemanfaatan lignin ini didasari untuk
mengurangi ketergantungan terhadap kebutuhan perekat sintetis sebagai hasil
olahan asal minyak bumi yang merupakan sumber daya tidak terbaharukan,
mengurangi pencemaran lingkungan dan menekan biaya perekat (Pizzi 1994).
Berdasarkan strukturnya yang merupakan polifenol, lignin sebagai perekat
mirip dengan resin fenol formaldehid karena keduanya mempunyai komponen
kimia yang hampir sama yaitu dari gugus fenolik, sehingga menyebabkan lignin
dapat digunakan untuk mensubstitusi fenol formaldehid. Potensi lignin sebagai
perekat telah memberikan inspirasi terhadap beberapa peneliti untuk
mengembangkan metode yang dapat mengaktifkan lignin dalam kayu secara
langsung yang diharapkan serat kayu dapat berikatan sendiri tanpa tambahan
perekat (Widsten & Kandelbauer 2008a).
Metode-metode yang telah dikembangkan antara lain adalah metode
oksidasi, metode injeksi uap panas, serta perlakuan enzimatik. Penelitian metode
oksidasi menggunakan hidrogen peroksida dan fero sulfat untuk pembuatan papan
partikel tanpa perekat dilakukan oleh Karlsson & Kandelbauer (2002). Peneliti
tersebut berhasil membuat papan partikel tanpa perekat dengan menggunakan
hidrogen peroksida dan katalis fero sulfat untuk mengaktivasi komponen lignin
partikel kayu.
Antisipasi penyerapan air dalam papan partikel memerlukan bahan
tambahan seperti parafin. Parafin mempunyai kemampuan untuk menghambat
penetrasi air pada produk jadi (Forest Products Society 2010). Hal - hal tersebut
melatarbelakangi dilaksanakannya penelitian mengenai karakteristik papan
partikel tanpa perekat dari serat sabut kelapa dengan perlakuan oksidasi,
penambahan parafin dan waktu kempa.
Perumusan Masalah
Masalah yang diteliti dalam penelitian ini adalah bagaimana karakteristik
papan partikel dari serat sabut kelapa tanpa perekat dengan perlakuan oksidasi,
penambahan parafin dan waktu kempa apakah sudah sesuai dengan standar JIS A
5908:2003 serta SNI 03-2105-2006 dan mengetahui pengaruh oksidasi,
penambahan parafin dan waktu kempa pada karaktersitik papan partikel yang akan
diketahui dengan cara analisis data hasil percobaan dengan menggunakan
software SPSS 16.0 (trial version).
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui karakteristik papan partikel tanpa perekat dari serat sabut kelapa
berdasarkan standar papan partikel JIS A 5908:2003 dan SNI 03-2105-2006.
3
2. Mengetahui pengaruh oksidasi, penambahan parafin dan waktu kempa
pengepresan terhadap karakteristik papan.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan memberikan informasi tentang karakteristik dari
pembuatan papan partikel tanpa perekat yang terbuat dari serat sabut kelapa
dengan perlakuan oksidasi, penambahan parafin dan waktu kempa pengepresan
yang sesuai.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini adalah fokus pada pengaruh perlakuan oksidasi,
penambahan parafin dan waktu kempa pengepresan yang sesuai pada pembuatan
papan partikel tanpa perekat. Perlakuan oksidasi dilakukan dengan penyemprotan
hidrogen peroksida (15% dari berat kering serat) dan fero sulfat (7.5% dari jumlah
hidrogen proksida). Perlakuan penambahan parafin yang digunakan adalah 0%
(tanpa parafin) dan 0.5%. Waktu kempa 10 menit dan 20 menit dengan suhu 180
ºC dan tekanan 25 kgf/cm2. Target kerapatan adalah 0.6 g/cm
3. Dengan cara
menguji sifat fisiknya meliputi kadar air, kerapatan, daya serap air dan
pengembangan tebal serta sifat mekaniknya yang meliputi uji kuat lentur
(modulus elastisitas), uji keteguhan patah (modulus patahan), uji kuat pegang
sekrup, dan uji keteguhan rekat.
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian dilaksanakan selama tiga bulan sejak 10 Maret 2014 sampai
dengan 13 Mei 2014. Penelitian dilakukan di Laboratorium Dasar Ilmu Terapan
(DIT) Departemen Teknologi Industri Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian,
Laboratorium Biokomposit, Laboratorium Rekayasa dan Desain Bangunan,
Laboratorium Penggergajian Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan
Institut Pertanian Bogor serta LIPI Biomaterial Cibinong.
Bahan dan Alat
Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini adalah sabut kelapa.
Bahan yang digunakan untuk pengujian antara lain hidrogen peroksida, fero sulfat,
parafin dan air. Alat yang digunakan antara lain oven, desikator, timbangan
(neraca analitik), loyang, wadah bak serat, alat kempa panas (hot press), cetakan
papan ukuran 30x30 cm, spacer (penyangga), alumunium foil, alat uji mekanik
Direktorat Jenderal Perkebunan. 2010. Rencana strategis pembangunan
perkebunan. Kementrian Pertanian, Jakarta. (TD).
Effendi R. 2007. Kajian sistem dan kebutuhan bahan baku. Info Sosial Ekonomi.
7(4):223-231.
Forest Product Society. 2010. Wood Handbook: Wood as an Engineering Material.
Madison (US): USDA.
Haygreen JG, Bowyer JL. 1986. Hasil Hutan Ilmu Kayu, Suatu Pengantar.
Hadikusumo SA, penerjemah. Yogyakarta (ID): UGM Press. Terjemahan
dari: Forest Products and Wood Science, an Introduction.
[JIS] Japanese Industrial Standart. 2003. Japanese Industrial for Particleboard (JIS
A 5908:2003). Japanese Standard Association. Jepang.
Karlsson O, Kandelbauer A, Westermark U. 2002. Resin-free particleboard by
oxidation of wood. Di dalam: Humphrey PE, compiler. Proceedings of the
6th
pacific rim bio-based composites symposium & workshop on the
chemical modification of cellulosics. Portland, Oregon, USA. Hlm 149-153.
Lestari S, Kartika IA. 2012. Pembuatan papan partikel dari ampas biji jarak pagar
pada berbagai kondisi proses. JAII. 1(1):11-17.
Li X, Li Y, Zhong Z, Wang D, Ratto JA, Sheng K, Sun XS. 2009. Mechanical and
water soaking properties of medium density fiberboard with wood fiber and
soybean protein adhesives. Bioresource Technology. 100(14):3556-3562.
Maloney TM. 1993. Modern Particle Board and Dry Process Fiberboard
Manufacturing. Miller Freeman Publications. USA.
Manurung OMM. 2011. Karakteristik papan serat berkerapatan sedang yang
dibuat dari serat bambu betung proses cmp sederhana [skripsi]. Medan (ID):
Program Studi Kehutanan Fakultas Pertanian Universitas Sumatera Utara.
Mardikanto TR, Karlinasari L, Bahtiar ET. 2011. Sifat Mekanis Kayu. Bogor (ID):
IPB Press.
Massijaya MY. 2003. Pemanfaatan limbah kayu dan karton sebagai bahan baku
papan komposit: sifat-sifat dasar dan teknik pembuatan papan komposit dari
limbah kayu dan karton [laporan penelitian hibah bersaing XI/I]. Bogor (ID):
Perguruan Tinggi Tahun Anggaran 2003. Nguyen T. 1982. The role of lignin in surface-activated bonding of lignosellulose-
characterized by differential scanning calorymetry. J. Adhesive. 14(3-4): 283-294. Rindengan B, Lay A, Novarianto H, Kembuan H, Mahmud Z. 1995. Karakterisasi
daging buah kelapa hibrida untuk bahan baku industri makanan [Laporan
Hasil Penelitian]. Bogor (ID). Kerjasama Proyek Pembinaan Kelembagaan
Penelitian Pertanian Nasional. Badan Litbang 49p.
Ruhendi SDN, Koroh FA, Syamani H, Yanti, Nurhaida S, Saad, dan Sucipto T.
2007. Analisis Perekatan Kayu. Bogor (ID): Fakultas Kehutanan Institut