Tandan Kelapa Cocos Nucifera L

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tandan Kelapa Cocos Nucifera L

Tanaman kelapa Cocos Nucifera L termasuk genus cocos yang hanya memiliki satu species yaitu cocos nucifera L, tetapi memiliki fenotipik yang sangat beragam. Keanekaragaman tanaman ini terutama pada sifat kecepatan berbunga pertama , warna buah, bentuk dan ukuran buah, jumlah buah pertandan, tinggi batang, hasil dan kualitas kopra. Indonesia merupakan negara penghasil kelapa utama dunia dengan luas 3,9 juta hektar, diikuti dengan filiphina seluas 3,2 juta hektar dan india seluas 1,9 juta hektar jabatan pertanian malaysia, 2007. Kelapa cocos nicifera L merupakan komoditas strategis yang memiliki peran sosial, budaya, dan budaya dalam kehidupan masyarakat indonesia. Tanaman ini dapat tumbuh baik di wilayah dengan iklim panas seperti Amerika, Asia, dan di Afrika. Tinggi tanaman kelapa mencapai 20-30 m. Batangnya bergaris tengah 20-35 cm, lurus dan tidak bercabang. Biasanya satu tandan kelapa tumbuh pada satu ketiak daun, jadi jumlah tandan sama dengan jumlah daun. Tanaman kelapa memiliki taksonomi klasifikasi sebagai berikut: Kingdom :Plantae Tumbuhan Subkingdom :Tracheobionta Tumbuhan berpembuluh Super Divisi :Spermatophyta Menghasilkan biji Divisi :Magnoliophyta Tumbuhan berbunga Kelas :Liliopsida berkeping satu monokotil Sub Kelas :Arecidae Ordo :Arecales Famili :Arecaceae suku pinang-pinangan Genus :Cocos Spesies :Cocos nucifera L. Universita Sumatera Utara Tinggi tanaman kelapa mencapai 20-30 m. Batangnya bergaris tengah 20 – 35 cm, lurus dan tidak bercabang. Normalnya tanaman ini tumbuh tegak lurus pada permukaan tanah, kecuali pada tanah yang lunak, kelapa seringkali tumbuh miring. Karangan bunga kelapa yang biasa disebut manggar tumbuh keluar dari ketiak daun setelah pohon kelapa mencapai umur tertentu. Biasanya satu tandan tumbuh pada satu ketiak daun, jadi jumlah tandan sama dengan jumlah daun. Bunga betinanya dalam bahasa Jawa disebut bluluk, dapat dimakan. Cairan manis yang keluar dari tangkai bunga disebut nira. Bila manggar kelapa disadap niranya, maka dari manggar tersebut tidak akan dihasilkan buah kelapa. Kesemua bagian pohon kelapa berguna kecuali kemungkinannya bagian akar. Kayunya kurang baik digunakan untuk bangunan. Daun tersusun secara majemuk, menyirip sejajar tunggal, pelepah pada ibu tangkai daun pendek, duduk pada batang, warna daun hijau kekuningan. Bunga tersusun majemuk pada rangkaian yang dilindungi oleh bractea; terdapat bunga jantan dan betina, berumah satu, bunga betina terletak di pangkal karangan, sedangkan bunga jantan di bagian yang jauh dari pangkal http:eemoo-espirit.blogspot.com201009kelepacoconut.html. Batangnya, yang disebut glugu dipakai orang sebagai kayu dengan mutu menengah, dan daunnya dipakai sebagai atap rumah setelah dikeringkan. Daun muda kelapa, disebut janur, dipakai sebagai bahan anyaman dalam pembuatan ketupat atau berbagai bentuk hiasan yang sangat menarik, terutama oleh masyarakat Jawa dan Bali dalam berbagai upacara, dan menjadi bentuk kerajinan tangan yang berdiri sendiri seni merangkai janur. Tangkai anak daun yang sudah dikeringkan, disebut lidi, dihimpun menjadi satu menjadi sapu. Buah besar, diameter 10 cm sampai 20 cm atau bahkan lebih, berwarna kuning, hijau, atau coklat; buah tersusun dari mesokarp berupa serat yang berlignin, disebut sabut, melindungi bagian endokarp yang keras disebut batok dan kedap air; endokarp melindungi biji yang hanya dilindungi oleh membran yang melekat pada sisi dalam endokarp. Endospermium berupa cairan yang mengandung banyak enzim, Universita Sumatera Utara dan fase padatannya mengendap pada dinding endokarp ketika buah menua; embrio kecil dan baru membesar ketika buah siap untuk berkecambah. Gambar 2.1. Tanaman Kelapa dan tandan kelapa Konstituen utama dari serat kelapa adalah : 1. Selulosa 2. Hemiselulosa 3. Lignin dan komponen - komponen vital lainnya yang disebut dengan “building block” dalam struktur sel. Serat kelapa secara alami merupakan multiselular dan diameternya dan panjang seratnya berbeda dimensinya dan biasanya sangat tebal pada bagian tengah serat. 4. Serat kelapa mengandung volume lignin dengan persentase yang tertinggi, dimana membuat serat kelapa ini sangat kuat dan kaku jika dibandingkan dengan serat alami lainnya. Hal ini menjadi pelengkap fakta bahwa lignin membantu menyediakan jaringan tanaman dan sel – sel individu dengan kekuatan yang baik dan juga kekakuan dinding sel serat melindungi karbohidrat dari kerusakan secara fisik maupun kimia. 5. Kandungan lignin juga mempengaruhi struktur; sifat; fleksibilitas, laju hidrolisis dan dengan kandungan lignin yang tinggi menjadikannya lebih halus dan lebih fleksibel Rajan, et al, 2005. Tandan kelapa Universita Sumatera Utara Tabel 2.1 Komposisi Kimia dari Berbagai Jenis Serat Lignoselulosa Daun kelapa sawit Kelapa Daun nenas Batang pisang Softwood Hardwood ekstraktif 4,5 6,4 5,5 10,6 0,2 – 8,5 0,1 – 7,7 Holoselulosa 83,5 56,3 80,5 65,2 60 – 80 71 - 89 α-selulosa 49,8 44,2 73,4 63,9 30 – 60 31 – 64 Lignin 20,5 32,8 10,5 18,6 21 – 37 14 – 34 Abu 2,4 2,2 2,0 1,5 1 1 Dikutip dari Tsoumis, 1991 Hasil bioenergi kotor yang dihasilkan dari kelapa, termasuk nira, tempurung, dan sabut diperkirakan sebesar 316,1 MJpohon Soerawidjaja 2006 di dalam Prastowo, 2007. Tanaman kelapa yang dapat dimanfaatkan sebagai sumber bioenergi, diperhitungkan sekitar 25 dari luas areal tanam dan sekitar 25 yang memerlukan peremajaan, karena sudah tua, rusak, dan kurang terawat, sehingga diperhitungkan menghasilkan bioenergi sekitar 0,13 EJ atau 130 juta GJ Prastowo, 2007. Biomassa lignosellulosik dari tanaman kelapa seperti tandan kelapa, lembaran daun, dan sabut kelapa telah diujikan sebagai substrat untuk pembudidayaan jamur tiram Pleurotus sajr-caju Fr. yang dilaporkan oleh Thomas et al 1998. Budidaya jamur konsumsi adalah salah satu proses yang secara ekonomis dapat berjalan terus sebagai biokonversi dari limbah lignosellulosik. Tabel 2.2 Komposisi kimia dari bagian tanaman kelapa seperti yang dilaporkan oleh Thomas et al, 1998 adalah sebagai berikut : Universita Sumatera Utara Tabel 2.2 Komposisi kimia berbagai bagian dari tanaman kelapa Bagian tanaman Selulosa Lignin Rasio selulosa lignin Nitrogen Fenol Tangkai daun 31,73 25,08 1,31 0,31 2,84 Tandan 29,18 31,28 0,97 0,55 2,26 Pucuk daun muda 23,83 38,68 0,58 1,00 8,45 Sabut kelapa 22,00 34,73 0,06 0,41 1,28 Dikutip dari Thomas et al, 1998 Pemilihan tandan kelapa Cocos Nucifra L sebagai bahan pembuatan mikrokristal selulosa adalah karena dilihat dari diameter dan panjang nya serat tandan kelapa merupakan serat multiseluler Rajan et al, 2005 memiliki lignin dan slulosa yang tinggi sehingga membuat serat menjadi kuat dan kaku Tsoumis, 1991 dan merupakan serat terorientasi. 2.2 Material Komposit Komposit adalah suatu bahan yang tersusun melalui pencampuran dua atau lebih bahan konstituen yang berbeda bentuk maupun komposisinya dan tidak larut satu sama lain. Penyusun komposit secara umum adalah logam, bahan organik dan anorganik. Bentuk bahan utama yang digunakan dalam pembentukan komposit adalah fiber, partikel, laminae atau layer, flakes, filler pengisi dan matriks. Matriks merupakan body constituent yang bertanggung jawab dalam pembentukan akhir komposit, sedangkan fiber, partikel, laminae, flake dan filler pengisi, merupakan constituent pembentuk struktur internal komposit. Menurut Premasingan 2000 komposit dapat dikelompokkan sebagai berikut: 1. Komposit jenis serat yang mengandung serat-serat pendek dengan diameter kecil yang disokong oleh matriks yang berfungsi untuk menguatkan komposit, seperti serat tandan sawit, serat sintetis, kaca atau logam. Universita Sumatera Utara 2. Komposit jenis lamina yaitu komposit yang mengandung bahan pelapis yang diikat bersama antara satu sama lain dengan menggunakan pengikat. 3. Komposit jenis partikel yaitu partikel tersebar dan diikat bersama oleh matriks polimer. Berdasarkan konstituennya Schwart, 1984 komposit dapat dibagi menjadi lima , yaitu: 1. Komposit serat yang terdiri dari serat dengan atau tanpa matriks 2. Komposit flake yang terdiri dari flake dengan atau tanpa matriks 3. Komposit partikel yang terdiri dari partikel dengan atau tanpa matriks 4. Komposit rangka komposit terisi yang terdiri dari matriks rangka selanjar yang terisi dengan bahan kedua. 5. Komposit laminat yang terdiri dari konstituen lapiasan atau laminat. Gambar 2.2 Pembagian komposit berdasarkan konstituennya Schwartz,1984 Secara umum fasa matriks haruslah berperan sebagai Kennedy dan Kelly, 1966: a. Bahan yang mampu memindahkan beban yang dikenakan kepada fasa tersebar atau fasa penguat yang berfungsi sebagai media alas beban. b. Bahan yang dapat menjaga fasa penguat atau fasa tersebar dari kerusakan oleh faktor lingkungan seperti kelembaban dan panas. c. Pengikat yang memegang fasa penguat untuk menghasilkan antara muka fasa matriks dan fasa penguat yang kuat. Universita Sumatera Utara Fasa penguat atau fasa tersebar merupakan bahan yang bersifat lengai inert dalam bentuk serat, partikel atau kepingan yang ditambahkan ke dalam fasa matriks untuk meningkatkan sifat mekanik dan fisik komposit, seperti kekuatan, kekakuan dan keliatan. Beberapa sifat yang dapat dihasilkan dengan menggunakan fasa penguat yaitu Ismail, 2004 : peningkatan sifat fisik, penyerapan kelembaban yang rendah, sifat pembahasan yang baik, biaya yang rendah dan mudah diperoleh, ketahanan api yang baik, ketahanan kimia yang baik, sifat kelarutan dalam air dan pelarut yang rendah, ketahanan terhadap panas yang baik, sifat penyebaran yang baik, dapat diperoleh dalam berbagai ukuran. Komposit polipropilena dengan serat kayu fiber wood dapat digunakan sebagai pengganti bahan komposit konvensional yang mahal dan kurang bersahabat dengan lingkungan. Polipropilena adalah matrik polimer yang dapat didaur ulang sedangkan, serat kayu fiber wood diperoleh dari sumber yang dapat diperbaharui dan dapat terbiodegradasikan Andrzejk, et al. 2004. Serat kayu yang merupakan serat alami natural fiber sebagai penguat reinforcement polipropilena mempunyai keuntungan dibandingkan dengan fiber glass, yaitu biaya rendah, berat jenis density rendah mempunyai kekakuan dan kekuatan yang spesifik, sifat termal yang baik, mempunyai nilai tambah dari hasil produksi pertanian yang rendah dan bersahabat dengan lingkungan seperti recovery energi dengan pembakaran yang bersih dari biodegradasi bledzki, A.K, et al. 1999 Berbagai jenis pengisi digunakan dalam polimer alamiah dan polimaer sintetik untuk memperbaiki dan meningkatkan sifat-sifat fisik bahan. Penambahan pengisi bertujuan untuk mengurangi biaya, mewarnai dan menguatkan bahan polimer. Secara umum, keupayaan penguat suatu pengisi dipengaruhi oleh 3 tiga faktor utama yaitu: 1.Ukuran dan luas permukaan partikel Peningkatan sifat fisik bahan polimer dapat dikaitkan denagn ukuran partikel pengisi. Contohnya, tegasandan modulus polimer berpengisi tergantung pada ukuran partikel. Ukuran partikel pengisi yang kecil akan meningkatkan tingkat penguatan polimer dibandingkan dengan ukuran partikel yang besar Leblanc, 2002. Ukuran Universita Sumatera Utara partikel mempunyai hubungan secara langsung dengan permukaan per gram pengisi. Oleh sebab itu, ukuran partikel yang kecil akan memperluas permukaan sehingga interaksi diantara polimer matrik dan pengisi seterusnya akan meningkatkan penguatan baha polimer. Ringkaannya, semakin kecil ukuran partikel semakin tinggi interaksi antara pengisi dan matrik polimer. Kohls beaucage 2002 melaporkan bahwa luas permukaan bahwa luas permukaan dapat ditingkatkan dengan adnya permukaan yang poros pada permukaan pengisi maka polimer dapat menembus masuk ke dalam permukaan yang poros semasa proses pencampuran. Selain dari luas permukaan, kehomogenan penyebaran di dalam matrik polimer juga penting untuk meningkatka kekuatan interaksi diantara pengisi dan matriks polimer. Partikel yang berserakan secara homogen dapat meningkatkan interaksi mulai penyerapan polimer pada permukaan pengisi. Sebaliknya, partikel yang tidak berserakan secara homogen mungkin menghasilkan anglomerat dalam matriks polimer. Adanya anglomerat akan memperkecil luas permukaan dan seterusnya akan melemahkan interaksi diantara pengisi dan matriks dan mengakibatkan penurunan sifat fisik bahan polimer. 2.Bentuk dan Struktur Partikel Bentuk partikel pengisi merupakan ciri yang penting selain dari pada ukuran partikel. Pengisi organik dan mineral memiliki bentuk yang berbeda. Terdapat tiga bentuk partikel pengisi yang utama yaitu sfera, platelet dan rod. Bentuk partikel dapat mempengaruhi sifat mekanik polimer 3. Aktivitas dan Sifat Kimia Ukuran dan struktur partikel dikatagorikan sebagai ciri fisikal pengisi tetapi aktifitas permukaan dikatagorikan sebagai ciri kimia pengisi yang memberi kesan terhadap penguatan polimer Kohls Beucage, 2002. Kimia permukaan pengisi merupakan keupayaan pengisi untuk berinteraksi dengan polimer yang seterusnya akan menghasilkan ikatan. Pembentukan ikatan diantara polimer dan pengisi akan Universita Sumatera Utara meningkatkan kekuatan bahan. Ikatan diantara polimer dan pengisi dapat dibentuk apabila pengisi memiliki tempat yang aktif untuk berinteraksi dengan rantai polimer. Pengisi dapat diklasifikasikan menurut sifat - sifat kimia dan fisikanya. Pada awalnya pengisi dapat dibagi atas pengisi organik dan anorganik tetapi dapat juga dibagikan pada pengisi berserat dan partikulat. Ber Gambar 2.3. Skema bahan pengisi polimer Menurut Maulida, et al 2000, penggunaan pengisi alamiah sebagai penguat pada material komposit memberikan beberapa keuntungan dibanding bahan pengisi mineral, yaitu: kuat dan pejal, ringan, ramah lingkungan, sangat ekonomis dan sumber dapat diperbaharui. Tetapi disisi lain menurut Belmares, et al 1983, pengisi alamiah juga memiliki kelemahan dan kekurangan yaitu, mudah terurai karena kelembaban, adhesi permukaan yang lemah pada polimer hidrofobik, ukuran pengisi yang tidak seragam, tidak cocok dipakai pada temperatur tinggi dan mudah terpengaruh pada serangan serangga dan jamur. Diantara berbagai jenis bahan pengisi Pengisi Organik Anorganik Berserat: -kapas -serbuk kayu -kelapa sawit -dsb Tidak Berserat: -karbon hitam -grafit -abu sekam padi -dsb Berserat: -asbestos -serat kaca -serat kevlar -serat aramid -dsb Tidak Berserat: -silika -tanah liat -kalsium -mika -dsb Universita Sumatera Utara yang umum digunakan dalam komposit ialah serat kaca, serat karbon, serat kevlar, dan serat alamiah seperti serat kelapa, serat nenas, sera kelapa sawit, serat pohon karet, serbuk kayu dan sebagainya. Telah banyak penelitian yang dilakukan dengan menggunakan bahan pengisi alami sebagai penguat pada komposit seperti: nenas, sisal, sabut kelapa, tempurung kelapa, rami, kapas, sekam padi, bambu dan tandan kosong kelapa sawit. Luo dan Netravali 1999 telah meneliti dan membuktikan bahwa sifat-sifat regangan dan fleksibilitas yang dihasilkan pada komposit dengan kandungan serat nenas yang berbeda-beda, lebih baik dibandingkan dengan resin tanpa pengisi. Belmeras, et al 1983, menemukan bahwa serat-serat sisal dan kelapa sawit memiliki sifat regangan, sifat kimia dan fisika yang sama sehingga baik digunakan sebagai bahan pengisi. Serat selulosa saat ini banyak digunakan sebagai material penguat yang potensial karena memiliki banyak keuntungan seperti ketersediaan yang melimpah massa yang rendah, biodegradabel, murah, dapat diperbaharui, abrasif rendah, merupakan limbah biomassa, dan sifat-sifat mekanik yang baik Bledzki et al, 1996 Serat selulosa mempunyai kekuatan yang relatif tinggi, kekakuan yang tinggi, dan densitas yang rendah. 23. Perbedaan sifat mekanik dapat digabungkan kedalam serat alami selama periode pemrosesan. Teknik digesti pada serat adalah faktor yang sangat penting dalam menentukan struktur begitu juga nilai karakteristik serat. Modulus elastik dari sejumlah besar serat alami seperti kayu sekitar 10 GPa. Serat selulosa dengan modulus diatas 40 GPa dapat dipisahkan dari kayunya dengan proses kimia. Serat tersebut selanjutnya dapat dibagi menjadi mikrofibril dengan modulus elastik sebesar 70 GPa Kalia et al, 2011. Serat selulosa bersifat higroskopis; absorpsi kelembapan dapat menyebabkan penggelembungan serat sehingga menghasilkan keretakan mikro dari komposit dan degradasi sifat mekanik. Permasalahan ini dapat diatasi dengan mereaksikan serat ini dengan bahan kimia yang mengurangi gugus hidroksil yang terlibat dalam pembentukan ikatan hidrogen dalam molekul selulosa. Perlakuan secara kimia dapat Universita Sumatera Utara mengaktifkan gugus–gugus ini atau menghasilkan gugus baru yang dapat secara efektif terikat dengan matriks. Nagaraja G. K et al, 2011 telah melaporkan pembuatan biokomposit berbahan modifikasi antara selulosa dengan poliasam laktat PLA dengan tujuan mengkarakterisasi sifat mekanik, absorpsi kelembapan, dan sifat biodegradasi. Hasilnya adalah bahwa selulosa dapat menurunkan absorpsi kelembapan, dan dapat juga mengurangi laju transmisi oksigen dengan meningkatkan konsentrasi selulosa modifikasi. Tetapi film modifikasi selulosa ini kurang efektif dalam memperlambat laju peresapan uap air Laxmeshwar et al, 2012. Perkembangan teknologi dewasa ini yang menuntut dihasilkannya produk yang ramah lingkungan dan lebih ekonomis, membuat setiap industri berusaha memanfaatkan sumber daya alam yang dapat diperbaharui. Di dalam pembuatan komposit, bahan pengisi yang mengandung selulosa menjadi perhatian yang besar karena kemampuannya sebagai penguat pada polimer – polimer termoplastik dengan titik peleburan yang rendah, salah satu alternatif yang dapat digunakan sebagai bahan pengisi adalah selulosa yang diperoleh dari tandan kelapa.

2.3 Polipropilena