Polimer Komposit
Polimer Komposit
Apri Heri Iswanto
Jurusan Kehutanan
Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
Seiring dengan laju pertumbuhan penduduk yang semakin pesat, kebutuhan akan kayu
sebagai bahan bangunan semakin meningkat. Kondisi hutan yang ada sekarang ini sulit untuk
memenuhi peningkatan permintaan kebutuhan kayu tersebut. Dari data Forest Watch Indonesia
dikemukakan bahwa laju pengurangan hutan di Indonesia sekitar 2 juta hektar/tahun. Beberapa
alternatif telah dikembangkan dalam rangka mengatasi hal tersebut. Dengan memanfaatkan
perkembangan teknologi telah diciptakan produk-produk turunan dari kayu seperti papan partikel,
papan semen, papan serat, complay, dll.
PAPAN PARTIKEL
Maloney (1993) mengemukakan bahwa papan partikel adalah salah satu jenis produk
komposit/panel kayu yang terbuat dari partikel-partikel kayu atau bahan-bahan berlignoselulosa
lainnya, yang diikat dengan perekat atau bahan pengikat lain kemudian dikempa panas.
Dikemukakan juga bahwa berdasarkan kerapatannya, papan partikel dapat dibagi kedalam 3
golongan yaitu:
a. Papan partikel berkerapatan rendah (Low Density Particleboard), yaitu papan mempunyai
kerapatan kurang dari 0,4 g/cm3
b. Papan partikel berkerapatan sedang (Medium Density Particleboard), yaitu papan partikel
yang mempunyai kerapatan antara 0,4-0,8 g/cm3
c. Papan partikel berkerapatan tinggi (Hight Density Particleboard), yaitu papan partikel
yang mempunyai kerapatan lebih dari 0,8 g/cm3
Beberapa faktor yang mempengaruhi sifat papan partikel antara lain:
a. Jenis kayu
b. Tipe bahan baku
c. Tipe partikel
d. Binder
Resin yang umum digunakan dalam komposisi papan adalah Urea Formaldehyde (UF)
dan Phenol Formaldehyde (PF). PF cocok dipakai untuk produk tipe eksterior,
sedangkan UF disukai karena murah, mudah penanganannya dan cepat mengeras ketika
dikempa. USA mensyaratkan penggunaan jenis resin untuk papan, pada resin urea
dipakai 6-10%, sedangkan liquid phenol 5-7%. Melamin resin atau kombinasi MelaminUrea resin dapat dipakai untuk membuat produk yang tahan terhadap cuaca, sedangkan
Melamin-Phenolic digunakan di Eropa untuk tipe papan eksterior.
e. Jumlah dan distribusi lapisan
f. Aditif
Aditif dapat ditambahkan pada pembuatan papan. Aditif yang banyak digunakan yaitu
parafin untuk menghasilkan papan yang tahan terhadap penyerapan air. Konsentrasi
normal yang digunakan yaitu 0,5-1%. Pada Hardboard, aditif oil based digunakan untuk
tempering. Bahan aditif lain yang juga dapat ditambahkan yaitu fire reterdant.
1
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
g. Kadar air lapik
h. Pelapisan partikel
i. Profil kerapatan
j. Particle Alignment
Partikel seperti fiber dan flake dapat diatur arahnya untuk menghasilkan panil dengan
bending strength dan stiffnes yang tinggi. Dua rasio yang harus dimengerti ketika
mempertimbangkan orientasi yaitu pertama Slenderness Ratio yang merupakan rasio
panjang terhadap tebal. Suatu partikel dengan rasio > 1 akan memiliki panjang lebih besar
dari tebalnya. Yang kedua Aspect Ratio yaitu rasio panjang terhadap lebar.
POLIMER
Pada umumnya kelemahan papan partikel sebagai bahan bangunan adalah stabilitas
dimensinya yang rendah sehingga kebanyakan hanya dipakai sebagai interior. Dalam rangka
mengatasi kelemahan tersebut dilakukan beberapa pengembangan penelitian dengan
menggunakan perekat termoplastik seperti Polyprophylene (PP). Polyethylene (PE) dan
Polystyrene (PS). Polyolefin termasuk kedalamnya Polyprophylene (PP), Polyethylene (PE),
Low Density Polyethylene (LDPE), High Density Polyethylene (HDPE) dan Polystyrene (PS)
merupakan resin termoplastik yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari baik sebagai
pembungkus maupun komoditi lain.
Menurut Osswald dan Menges (1996) dalam Mulyadi (2001), secara garis besar plastik
dapat dibedakan atas dua tipe, yaitu plastik yang bersifat Thermoplastic dan plastik yang
bersifat Thermoset. Thermoplastic adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali
(recycling) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan
menjadi keras apabila didinginkan. Jika dipanaskan, material ini memiliki kemampuan untuk
mengalir atau mencair kembali. Polymer thermoplatic dapat dibagi menjadi dua kelas utama
yaitu polimer amorphous dan semi crystalline.
Sebaliknya polimer semi-crystalline, penelitian sinar X terhadap polimer menunjukkan
bahwa dalam bahan polimer terdapat daerah yang di dalamnya rantai-rantai polimer tersusun
secara teratur. Di atas suhu pelelehan bagian semi-crystalline akan berubah menjadi cairan
yang kental sehingga memungkinkan polimer mampu mengalir. Dengan demikian polimer
ini dapat dibentuk dengan teknik yang biasa dipakai untuk thermoplastic. Misalnya ketika
polimer melunak, dapat disuntikkan kedalam pencetak dan dibiarkan mengeras untuk
membentuk barang yang diinginkan. Akan tetapi manakala polimer telah mendingin, bahan
akan mempunyai kekenyalan karena ditengah rantainya terdapat bagian amorphous, tetapi
ujung rantainya berkristal contohnya High Density Polyethylene (HDPE), Low Density
Polyethylene (LDPE), Polyprophylene (PP), polyamide dan polytetrafluoroethylene
(Cowd,1991; Osswald dan Menges, 1996 dalam Mulyadi, 2001).
Menurut Shields (1970) dalam Gunara (1993) disebutkan bahwa perekat thermoplastic
secara garis besar dapat dibedakan menjadi dua yaitu perekat thermoplastic yang berupa resin
dan perekat thermoplastic dengan bahan dasar karet. Perekat thermoplastic resin seperti
polyamide, vinyl, polymer acrylic dan turunan lain dari selulosa atau berasal dari produk alami
seperti resin, shellak, oleoresin dan lilin mineral. Sedangkan perekat thermoplastic dengan
bahan dasar rubber (karet) adalah karet alam dan elastomer sintetis seperti polychloroprene
(neoprene), butyl, styrene-butadine dan acrylonitrile-butadine.
Gillsepie (1984) dalam Gunara (1993) menyatakan bahwa perbedaan kadar resin
perekat memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap sifat-sifat mekanik bahan yang
2
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
direkat. Semakin tinggi kadar resin suatu perekat, semakin tinggi nilai Modulus of Elasticity
(MOE) dan Modulus of Rupture (MOR) dari bahan yang direkat setelah dilakukan pengujian
keteguhan rekat. Namun Haygreen dan Bowyer (1996) mengemukakan bahwa untuk alasan
ekonomis tidak diinginkan untuk menggunakan perekat yang lebih banyak daripada yang
diperlukan untuk memperoleh sifat-sifat yang di inginkan.
Ogorkiewicz (1970) dalam Gunara (1993) mengatakan bahwa sifat mekanik dari bahanbahan thermoplastic dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya temperatur, waktu
pembuatan, lingkungan dan bahan penyusun. Peningkatan temperatur dan waktu pembebanan
yang semakin lama cenderung menurunkan tegangan yang dihasilkan. Demikian juga halnya
dengan kondisi lingkungan yang tidak sesuai, seperti kehadiran zat-zat kimia tertentu akan
mereduksi keteguan mekanik dari bahan-bahan thermoplastic.
Pada tahun 1955 Professor Natta dalam Mulyadi (2001) menemukan bahwa dengan
menggunakan katalis Ziegler Natta, polymer khas ruang (stereospesific) prophylene dapat
dihasilkan dengan keteraturan tinggi dalam konfigurasi polimernya. Polyprophylene
termasuk jenis plastik olefin dan merupakan polimer dari propylene. Dikembangkan sejak
tahun 1950 dengan berbagai nama dagang seperti : bexphane, dynafilm, luparen, escon, ole
fane, profax.
Bost (1980) dalam Syarief et al. (1989) menyatakan bahwa sifat-sifat utama dari
Polyprophylene yaitu
1. Ringan ( Kerapatan 0,9 g/cm3), mudah dibentuk, tembus pandang dan jernih dalam
bentuk film.
2. Mempunyai kekuatan tarik lebih besar dari Polyethylene (PE). Pada suhu rendah akan
rapuh, dalam bentuk murni pada suhu –300C mudah pecah sehingga perlu ditambahkan
Polyethylene atau bahan lain untuk memeperbaiki ketahanan terhadap benturan.
3. Lebih kaku dari PE dan tidak gampang sobek sehingga lebih mudah dalam
penanganannya.
4. Permeabilitas uap air rendah, permeabilitas gas sedang
5. Tahan terhadap suhu tinggi sampai dengan 1500C
6. Titik lelehnya cukup tinggi pada suhu 1700C
7. Tahan terhadap asam kuat, basa dan minyak. Tidak terpengaruh oleh pelarut pada suhu
kamar kecuali HCl
8. Pada suhu tinggi Polyprophylene akan bereaksi dengan benzene, siklena, toluena,
terpentin dan asam nitrat kuat.
Karakteristik Polyprophylene menurut Bost (1980) dalam Syarief et al. (1999) adalah sebagai
berikut :
3
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
Tabel 1. Karakteristik Polyprophylene
Deskripsi
Polyprophylene
Densitas pada suhu 20 C (gr/cm3)
0,90
Suhu melunak (0C)
149
0
Titik lebur ( C)
170
Kristalinitas (%)
60-70
Indeks fluiditas
0,2-2,5
2
Modulus of elasticity (kg/cm )
11000-13000
Tahanan volumetrik (Ohm/cm2)
1017
Konstanta dielektrik (60-108 cycles)
2,3
Permeabilitas gas
-
Nitrogen
4,4
Oksigen
23
Gas karbon
92
Uap air
600
ADITIF
Polyolefin bersifat hidrofobik dan non polar, jika digunakan sebagai perekat pada papan
partikel diharapkan dapat memperbaiki sifat fisis dan mekanis produk yang dihasilkan. Di lain
hal kayu bersifat hidrofilik dan polar, sehingga penggabungan kedua hal tersebut akan
menghasilkan produk yang tidak kompak dan memiliki sifat mekanis kurang baik. Untuk
mengatasi perlu penambahan bahan aditif (compatibilizer dan inisiator) dalam pembuatan papan
partikel dari kedua jenis bahan yang berbeda sifatnya ini.
Aditif dapat meningkatkan ikatan antara thermoplastic dan komponen kayu (Youngquist.
1999). Febrianto et al. (1999) menyatakan bahwa pada Polyprophylene dapat ditambahkan
compatibilizer (bahan untuk meningkatkan kekompakan) untuk membentuk ikatan antara pengisi
(tepung kayu) dengan perekat. Dari Scaning Electron Micrograph memperlihatkan patahanpatahan tarikan pada komposit yang dibuat dari tepung kayu dan plastik tanpa compatibilizer,
tepung kayu cenderung menggumpal seperti bundelan dan penyebarannya tidak merata keseluruh
perekat. Umumnya terbentuk lubang dan jarak disekitar serat dan serat seperti tertarik-tarik. Ini
mengindikasikan adhesi yang rendah, kesesuaian (compatibility) yang rendah, miskin kontak dan
transfer tegangan antara fase yang lebih rendah. Afiniti dan adhesi antara thermoplastik dan kayu
sangat rendah, sehingga untuk mengatasi hal ini diberikan suatu compatibilizer untuk material
polimer. MAH dapat diberikan pada polymer seperti Polyprophylene, Polyethylene (PE),
Acrylonitrile Butadine Styrene copolymer (ABS) untuk membentuk modifikasi polimer MAH
dengan kehadiran peroxide.
Gaylord dan Metha (1982) mengemukakan beberapa jenis inisiator yaitu Dicumyl peroxide
(DCP), Tert-Butyl Peroxy Benzoat, Benzoyl Peroxide (BP) dan Dimethyl Formamide (DMF).
Kemudian Takase, dkk (1989) mengemukakan bahwa ada beberapa macam katalis yaitu Maleic
anhydride (MAH), Glycidylmethacrylate (GMA), serta Hydroxyethylmethacrylate (HEMA).
Menurut Bremner (1993), bahwa peroxide organik memiliki peranan penting sebagai inisiator
dari mekanisme degradasi radikal bebas dalam Polyethylene untuk memodifikasi struktur dan
4
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
sifat polimer. Satu dari sekian banyak peroxide yang terkenal yaitu Dicumil peroxide (DCP).
DCP sangat efektif dalam mengintroduksi cabang rantai panjang menjadi linier polyethylene.
Pada konsentrasi rendah mampu dengan baik mengubah distribusi berat molekuler. Pada
konsentrasi tinggi menyebabkan terjadinya ikatan silang Polyethylene.
Peran DCP disini adalah sebagai inisiator pada reaksi maleoylation antara rantai
Polyprophylene dengan maleic group dari Maleic anhydride.
Febrianto (1999)
mengemukakan bahwa DCP sebagai inisiator memiliki karakteristik seperti dapat bereaksi
pada suhu tinggi (1800C), memiliki sensitivitas oksigen yang rendah dibandingkan dengan
peroxide group carboxyl serta sensitif pada asam. Tensile strength, breaking elongation dan
modulus young dari komposit meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi radikal
inisiator dalam hal ini DCP yang optimal. Han (1990), mengemukakan bahwa inisiator
diperlukan dalam pembuatan papan partikel berbahan baku limbah serbuk kayu dan limbah
plastik Polyprophylene, karena tanpa adanya inisiator maka kinerja dari compatibilizer dalam
hal ini Maleic anhydride hanya bisa terjadi reaksi esterifikasi dengan gugus OH dari serbuk
gergaji sedangkan reaksi maleoylasi dengan Polyprophylene tidak terjadi.
Menurut Gaylord and Maiti (1973), Maleic Anhydride (MAH) berhasil dipolimerisasikan
dibawah pengaruh sinar gamma, sinar ultraviolet yang dihasilkan dari photosensitizer, getaran
gelombang, katalis radikal bebas berkonsentrasi tinggi dan piridin tipe dasar.
Gaylord and
Metha (1982) mengemukakan bahwa katalis radikal heterogen sambungan kopolimerisasi dari
MAH pada suspensi LDPE didalam Anhydryde acetat menghasilkan ikatan silang MAHKandungan film LDPE yang siap menghasilkan pasangan PE makroradikal dengan Poly-MAH
radikal. Hal ini telah terbukti bahwa kation intermediet berperan besar dalam katalis radikal dan
pelarutan homopolymerisasi dari MAH.
Han (1990) mengemukakan bahwa MAH yang memodifikasi Polyprophylene (MPP)
dikatakan sebagai compatibilizer. Dari suatu pengamatan bahwa MPP yang berperan sebagai
compatibilizer didalam komposit rupanya terlokalisir pada interface antara Refine Ground
Pulp (RGP) yang merupakan filler dan matriks polymer (PP) sehingga meningkatkan adhesi
antara dua bagian tersebut. Ikatan kimia antara MPP dan RGP yang terbentuk akan berperan
penting dalam meningkatkan sifat mekanikal komposit Peranan MAH menyebabkan
terjadinya ikatan silang (esterifikasi) dengan gugus OH pada serbuk gergaji, sedangkan reaksi
antara Maleic anhydride dengan Polyprophylene akan menghasilkan reaksi Maleoylation.
BEBERAPA PENELITIAN POLIMER KOMPOSIT
Beberapa penelitian mengenai pembuatan papan partikel dari limbah serbuk gergaji dan
plastik Polyprophylene daur ulang ini telah dilakukan oleh Mulyadi (2001), putri (2002), dan
Iswanto (2002). Dari penelitian tersebut diperoleh hasil sebagai berikut:
5
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
Tabel 2. Perbandingan sifat fisis-mekanis papan partikel dari limbah serbuk kayu sengon
dan Polyprophylene daur ulang dengan standar JIS A 5908 (1994)
No
Parameter sifat
fisis- mekanis
Papan partikel standar
JIS A 5908 (1994)
Papan
partikel
dengan (WF/PP):
50/50(%), 20 mesh
1
Kerapatan (kg/cm3)
0,4-0,9
0,73
2
Kadar air (%)
5-13
4,00
3
Daya serap air (%)
-
8,50
4
Pengembangan tebal (%)
Maks 12
1,60
5
MOR (kg/cm2)
Min 82
79,68
6
2
MOE (Kg/cm )
Min 20400
9291
7
Internal bond (Kg/cm2)
Min 1,5
5,25
8
Kuat pegang sekrup (Kg)
Min 31
43
Keterangan : WF = Wood Flour
Sumber: Mulyadi (2001)
Tabel 3. Perbandingan sifat fisis-mekanis papan partikel dari limbah serbuk kayu sengon
dan Polyprophylene daur ulang menggunakan compatibilizer dengan standar JIS
A 5908 (1994)
Parameter sifat fisismekanis
1
Kerapatan (kg/cm3)
0,4-0,9
0,77
2
Kadar air (%)
5-13
1,37
3
Daya serap air (%)
-
7,92
4
Pengembangan
(%)
Maks 12
2,07
Min 82
95,03
Min 20400
11141,14
Min 1,5
3,30
Min 31
78,90
5
tebal
Papan partikel
standar JIS A
5908 (1994)
Papan partikel pada level
konsentrasi MAH 6%
No
2
6
7
8
MOR (kg/cm )
MOE (kg/cm2)
Internal bond (kg/cm2)
Kuat
(kg)
pegang
sekrup
Sumber: Putri (2002)
6
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
Table 4. Sifat Fisis Papan Partikel Pada Berbagai Tingkat Konsentrasi Dicumyl Peroxide
(DCP)
Parameters
0
0.72
1.10
4.97
17.74
1.13
1.77
3
Density (g/cm )
Moisture content (%)
Water arbsoption 2H (%)
Water arbsoption 24H (%)
Thickness swelling 2H (%)
Thickness swelling 24H (%)
Sumber: Iswanto (2002)
DCP Concentration (%)
5
10
15
20
0.68
0.74
0.72
0.74
1.05
0.94
0.82
0.97
3.33
2.89
2.43
2.92
13.32 10.93 8.34
8.93
0.91
0.58
0.42
0.97
1.43
1.04
0.69
1.19
25
0.74
1.03
3.91
11.41
1.11
1.42
Tabel 5. Sifat Mekanis Papan Partikel Pada Berbagai Tingkat Konsentrasi Dicumyl
Peroxide (DCP)
Parameters
Modulus of rupture (kg/cm2)
Modulus of elasticity) (kg/cm2)
Internal bond (kg/cm2)
Kuat Pegang Sekrup (kg/cm2)
Sumber: Iswanto (2002)
0
70.75
8886
1.07
35
DCP concentration (%)
5
10
15
20
93.25 107.44 125.62 101.25
9563 12760
15352
12047
1.54
1.87
3.47
2.42
57.8
61.4
67.6
64.2
25
80.00
9171
1.45
48.2
Dari hasil pengembangan teknologi papan partikel ini diharapkan bahwa papan partikel yang
semula hanya dipergunakan sebagai produk interior dapat berubah fungsi menjadi produk
ekstrerior sehingga dapat mensubstitusi kebutuhan kayu sebagai bahan konstriksi.
Daftar Pustaka
Bremner, T and A. Rudin. 1993. Peroxide Modification ofLinier Low-Density Polyethylene: a
comparison of Dialkyl Peroxides. J.Appl.Polym, sci:49: 785-798
Cowd, M.A. 1991. Kimia Polimer. Diterjemahkan oleh Drs. Harry Firman, M.Pd. Penerbit
ITB. Bandung.
Febrianto, F. 1999. Preparation and Properties Enhancement of Moldable Wood –Biodegradable
Polymer Composites. Doctoral Dissertation Graduate School of Agriculture, Kyoto
University. Not Published
Febrianto, F. M.Yoshooka, Y. Nagai, M. Mihara and N. Shiraishi. 1999. Composites of Wood
and Trans-1,4-Isoprene Rubber: Mechanical, Physical and Flow Behavior. J. Wood Sci:45:
38-45
Gaylord, NG and S. Maiti. 1973. Participation of Excitid Species in Radical Catalyzed
Homopolymerization of Maleic Anhydride. J. Polym. Sci. Polym Letter Ed: 11:253-256
Gaylord, NG ang M. Metha. 1982. Role of Homopolymerization in The Peroxydecatalyzed
Reaction of Maliec Anhydride and Polyethylene in The absence of solvent. Ibid 20:481-486
7
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
Gunara, N. 1993. Pengaruh Berat Labur Beberapa Perekat Termoplastik terhadap Keteguhan
Rekat Kayu Perupuk (Lophopetalum Spp). Skripsi fakultas Kehutanan IPB. Tidak
Dipublikasikan
Han, Gyu-Seong. 1990. Preparation and Physical Properties of Moldable Wood-plastic
Composites. Doctoral dissertation Graduate School of Agriculture, Kyoto University. Not
Published
Haygreen, J.G dan J.L Bowyer. 1989. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu: Suatu Pengantar.
Diterjemahkan oleh Dr. Ir. Sutjipto A. Hadikusumo. Gajah Mada University Press.
Yogyakarta
Iswanto, A.H. 2002. Peningkatan Mutu Papan partikel Dengan Menggunakan Dicumyl Peroxide
(DCP) Sebagai Inisiator. Skripsi Fakultas Kehutanan IPB. Tidak dipublikasikan
Maloney, T.M. 1993. Modern Particle Board and Dry Process Fiberboard Manufacturing.
Miller Freeman, inc Sanfransisco
Mulyadi. 2001. Sifat-Sifat Papan Partikel Dari Limbah Kayu dan Plastik. Skripsi Fakultas
Kehutanan IPB. Tidak dipublikasikan
Putri, M.D. 2002. Peningkatan Mutu Papan Partikel Dari Limbah Serbuk Gergaji Kayu Sengon
(Paraserianthes falcataria) dan Limbah Plastik Polyprophylene:
Peranan Maleic
Anhydride Sebagai Compatibilizer. Skripsi Fakultas Kehutanan IPB. Tidak Dipubikasikan
Syarief, R; Santausa, S dan Isyana, St. 1989. Teknologi Pengemasan Pangan. Laboratorium
Rekayasa Proses Pangan. PAU Pangan dan Gizi. IPB, Bogor
Takase. S, Shiraishi. N. 1989. Studies on Composite from Wood and Polyprophylene II. J. Appl
Polym sci: 37 : 645-659
Youngquis. 1999. Wood-Based Composites and Panel Product. Wood Hand Book : Wood as an
Engineering Material. Forest Product Society, USA
8
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
Apri Heri Iswanto
Jurusan Kehutanan
Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
Seiring dengan laju pertumbuhan penduduk yang semakin pesat, kebutuhan akan kayu
sebagai bahan bangunan semakin meningkat. Kondisi hutan yang ada sekarang ini sulit untuk
memenuhi peningkatan permintaan kebutuhan kayu tersebut. Dari data Forest Watch Indonesia
dikemukakan bahwa laju pengurangan hutan di Indonesia sekitar 2 juta hektar/tahun. Beberapa
alternatif telah dikembangkan dalam rangka mengatasi hal tersebut. Dengan memanfaatkan
perkembangan teknologi telah diciptakan produk-produk turunan dari kayu seperti papan partikel,
papan semen, papan serat, complay, dll.
PAPAN PARTIKEL
Maloney (1993) mengemukakan bahwa papan partikel adalah salah satu jenis produk
komposit/panel kayu yang terbuat dari partikel-partikel kayu atau bahan-bahan berlignoselulosa
lainnya, yang diikat dengan perekat atau bahan pengikat lain kemudian dikempa panas.
Dikemukakan juga bahwa berdasarkan kerapatannya, papan partikel dapat dibagi kedalam 3
golongan yaitu:
a. Papan partikel berkerapatan rendah (Low Density Particleboard), yaitu papan mempunyai
kerapatan kurang dari 0,4 g/cm3
b. Papan partikel berkerapatan sedang (Medium Density Particleboard), yaitu papan partikel
yang mempunyai kerapatan antara 0,4-0,8 g/cm3
c. Papan partikel berkerapatan tinggi (Hight Density Particleboard), yaitu papan partikel
yang mempunyai kerapatan lebih dari 0,8 g/cm3
Beberapa faktor yang mempengaruhi sifat papan partikel antara lain:
a. Jenis kayu
b. Tipe bahan baku
c. Tipe partikel
d. Binder
Resin yang umum digunakan dalam komposisi papan adalah Urea Formaldehyde (UF)
dan Phenol Formaldehyde (PF). PF cocok dipakai untuk produk tipe eksterior,
sedangkan UF disukai karena murah, mudah penanganannya dan cepat mengeras ketika
dikempa. USA mensyaratkan penggunaan jenis resin untuk papan, pada resin urea
dipakai 6-10%, sedangkan liquid phenol 5-7%. Melamin resin atau kombinasi MelaminUrea resin dapat dipakai untuk membuat produk yang tahan terhadap cuaca, sedangkan
Melamin-Phenolic digunakan di Eropa untuk tipe papan eksterior.
e. Jumlah dan distribusi lapisan
f. Aditif
Aditif dapat ditambahkan pada pembuatan papan. Aditif yang banyak digunakan yaitu
parafin untuk menghasilkan papan yang tahan terhadap penyerapan air. Konsentrasi
normal yang digunakan yaitu 0,5-1%. Pada Hardboard, aditif oil based digunakan untuk
tempering. Bahan aditif lain yang juga dapat ditambahkan yaitu fire reterdant.
1
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
g. Kadar air lapik
h. Pelapisan partikel
i. Profil kerapatan
j. Particle Alignment
Partikel seperti fiber dan flake dapat diatur arahnya untuk menghasilkan panil dengan
bending strength dan stiffnes yang tinggi. Dua rasio yang harus dimengerti ketika
mempertimbangkan orientasi yaitu pertama Slenderness Ratio yang merupakan rasio
panjang terhadap tebal. Suatu partikel dengan rasio > 1 akan memiliki panjang lebih besar
dari tebalnya. Yang kedua Aspect Ratio yaitu rasio panjang terhadap lebar.
POLIMER
Pada umumnya kelemahan papan partikel sebagai bahan bangunan adalah stabilitas
dimensinya yang rendah sehingga kebanyakan hanya dipakai sebagai interior. Dalam rangka
mengatasi kelemahan tersebut dilakukan beberapa pengembangan penelitian dengan
menggunakan perekat termoplastik seperti Polyprophylene (PP). Polyethylene (PE) dan
Polystyrene (PS). Polyolefin termasuk kedalamnya Polyprophylene (PP), Polyethylene (PE),
Low Density Polyethylene (LDPE), High Density Polyethylene (HDPE) dan Polystyrene (PS)
merupakan resin termoplastik yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari baik sebagai
pembungkus maupun komoditi lain.
Menurut Osswald dan Menges (1996) dalam Mulyadi (2001), secara garis besar plastik
dapat dibedakan atas dua tipe, yaitu plastik yang bersifat Thermoplastic dan plastik yang
bersifat Thermoset. Thermoplastic adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali
(recycling) dengan menggunakan panas. Thermoplastic merupakan polimer yang akan
menjadi keras apabila didinginkan. Jika dipanaskan, material ini memiliki kemampuan untuk
mengalir atau mencair kembali. Polymer thermoplatic dapat dibagi menjadi dua kelas utama
yaitu polimer amorphous dan semi crystalline.
Sebaliknya polimer semi-crystalline, penelitian sinar X terhadap polimer menunjukkan
bahwa dalam bahan polimer terdapat daerah yang di dalamnya rantai-rantai polimer tersusun
secara teratur. Di atas suhu pelelehan bagian semi-crystalline akan berubah menjadi cairan
yang kental sehingga memungkinkan polimer mampu mengalir. Dengan demikian polimer
ini dapat dibentuk dengan teknik yang biasa dipakai untuk thermoplastic. Misalnya ketika
polimer melunak, dapat disuntikkan kedalam pencetak dan dibiarkan mengeras untuk
membentuk barang yang diinginkan. Akan tetapi manakala polimer telah mendingin, bahan
akan mempunyai kekenyalan karena ditengah rantainya terdapat bagian amorphous, tetapi
ujung rantainya berkristal contohnya High Density Polyethylene (HDPE), Low Density
Polyethylene (LDPE), Polyprophylene (PP), polyamide dan polytetrafluoroethylene
(Cowd,1991; Osswald dan Menges, 1996 dalam Mulyadi, 2001).
Menurut Shields (1970) dalam Gunara (1993) disebutkan bahwa perekat thermoplastic
secara garis besar dapat dibedakan menjadi dua yaitu perekat thermoplastic yang berupa resin
dan perekat thermoplastic dengan bahan dasar karet. Perekat thermoplastic resin seperti
polyamide, vinyl, polymer acrylic dan turunan lain dari selulosa atau berasal dari produk alami
seperti resin, shellak, oleoresin dan lilin mineral. Sedangkan perekat thermoplastic dengan
bahan dasar rubber (karet) adalah karet alam dan elastomer sintetis seperti polychloroprene
(neoprene), butyl, styrene-butadine dan acrylonitrile-butadine.
Gillsepie (1984) dalam Gunara (1993) menyatakan bahwa perbedaan kadar resin
perekat memberikan pengaruh yang sangat nyata terhadap sifat-sifat mekanik bahan yang
2
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
direkat. Semakin tinggi kadar resin suatu perekat, semakin tinggi nilai Modulus of Elasticity
(MOE) dan Modulus of Rupture (MOR) dari bahan yang direkat setelah dilakukan pengujian
keteguhan rekat. Namun Haygreen dan Bowyer (1996) mengemukakan bahwa untuk alasan
ekonomis tidak diinginkan untuk menggunakan perekat yang lebih banyak daripada yang
diperlukan untuk memperoleh sifat-sifat yang di inginkan.
Ogorkiewicz (1970) dalam Gunara (1993) mengatakan bahwa sifat mekanik dari bahanbahan thermoplastic dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya temperatur, waktu
pembuatan, lingkungan dan bahan penyusun. Peningkatan temperatur dan waktu pembebanan
yang semakin lama cenderung menurunkan tegangan yang dihasilkan. Demikian juga halnya
dengan kondisi lingkungan yang tidak sesuai, seperti kehadiran zat-zat kimia tertentu akan
mereduksi keteguan mekanik dari bahan-bahan thermoplastic.
Pada tahun 1955 Professor Natta dalam Mulyadi (2001) menemukan bahwa dengan
menggunakan katalis Ziegler Natta, polymer khas ruang (stereospesific) prophylene dapat
dihasilkan dengan keteraturan tinggi dalam konfigurasi polimernya. Polyprophylene
termasuk jenis plastik olefin dan merupakan polimer dari propylene. Dikembangkan sejak
tahun 1950 dengan berbagai nama dagang seperti : bexphane, dynafilm, luparen, escon, ole
fane, profax.
Bost (1980) dalam Syarief et al. (1989) menyatakan bahwa sifat-sifat utama dari
Polyprophylene yaitu
1. Ringan ( Kerapatan 0,9 g/cm3), mudah dibentuk, tembus pandang dan jernih dalam
bentuk film.
2. Mempunyai kekuatan tarik lebih besar dari Polyethylene (PE). Pada suhu rendah akan
rapuh, dalam bentuk murni pada suhu –300C mudah pecah sehingga perlu ditambahkan
Polyethylene atau bahan lain untuk memeperbaiki ketahanan terhadap benturan.
3. Lebih kaku dari PE dan tidak gampang sobek sehingga lebih mudah dalam
penanganannya.
4. Permeabilitas uap air rendah, permeabilitas gas sedang
5. Tahan terhadap suhu tinggi sampai dengan 1500C
6. Titik lelehnya cukup tinggi pada suhu 1700C
7. Tahan terhadap asam kuat, basa dan minyak. Tidak terpengaruh oleh pelarut pada suhu
kamar kecuali HCl
8. Pada suhu tinggi Polyprophylene akan bereaksi dengan benzene, siklena, toluena,
terpentin dan asam nitrat kuat.
Karakteristik Polyprophylene menurut Bost (1980) dalam Syarief et al. (1999) adalah sebagai
berikut :
3
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
Tabel 1. Karakteristik Polyprophylene
Deskripsi
Polyprophylene
Densitas pada suhu 20 C (gr/cm3)
0,90
Suhu melunak (0C)
149
0
Titik lebur ( C)
170
Kristalinitas (%)
60-70
Indeks fluiditas
0,2-2,5
2
Modulus of elasticity (kg/cm )
11000-13000
Tahanan volumetrik (Ohm/cm2)
1017
Konstanta dielektrik (60-108 cycles)
2,3
Permeabilitas gas
-
Nitrogen
4,4
Oksigen
23
Gas karbon
92
Uap air
600
ADITIF
Polyolefin bersifat hidrofobik dan non polar, jika digunakan sebagai perekat pada papan
partikel diharapkan dapat memperbaiki sifat fisis dan mekanis produk yang dihasilkan. Di lain
hal kayu bersifat hidrofilik dan polar, sehingga penggabungan kedua hal tersebut akan
menghasilkan produk yang tidak kompak dan memiliki sifat mekanis kurang baik. Untuk
mengatasi perlu penambahan bahan aditif (compatibilizer dan inisiator) dalam pembuatan papan
partikel dari kedua jenis bahan yang berbeda sifatnya ini.
Aditif dapat meningkatkan ikatan antara thermoplastic dan komponen kayu (Youngquist.
1999). Febrianto et al. (1999) menyatakan bahwa pada Polyprophylene dapat ditambahkan
compatibilizer (bahan untuk meningkatkan kekompakan) untuk membentuk ikatan antara pengisi
(tepung kayu) dengan perekat. Dari Scaning Electron Micrograph memperlihatkan patahanpatahan tarikan pada komposit yang dibuat dari tepung kayu dan plastik tanpa compatibilizer,
tepung kayu cenderung menggumpal seperti bundelan dan penyebarannya tidak merata keseluruh
perekat. Umumnya terbentuk lubang dan jarak disekitar serat dan serat seperti tertarik-tarik. Ini
mengindikasikan adhesi yang rendah, kesesuaian (compatibility) yang rendah, miskin kontak dan
transfer tegangan antara fase yang lebih rendah. Afiniti dan adhesi antara thermoplastik dan kayu
sangat rendah, sehingga untuk mengatasi hal ini diberikan suatu compatibilizer untuk material
polimer. MAH dapat diberikan pada polymer seperti Polyprophylene, Polyethylene (PE),
Acrylonitrile Butadine Styrene copolymer (ABS) untuk membentuk modifikasi polimer MAH
dengan kehadiran peroxide.
Gaylord dan Metha (1982) mengemukakan beberapa jenis inisiator yaitu Dicumyl peroxide
(DCP), Tert-Butyl Peroxy Benzoat, Benzoyl Peroxide (BP) dan Dimethyl Formamide (DMF).
Kemudian Takase, dkk (1989) mengemukakan bahwa ada beberapa macam katalis yaitu Maleic
anhydride (MAH), Glycidylmethacrylate (GMA), serta Hydroxyethylmethacrylate (HEMA).
Menurut Bremner (1993), bahwa peroxide organik memiliki peranan penting sebagai inisiator
dari mekanisme degradasi radikal bebas dalam Polyethylene untuk memodifikasi struktur dan
4
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
sifat polimer. Satu dari sekian banyak peroxide yang terkenal yaitu Dicumil peroxide (DCP).
DCP sangat efektif dalam mengintroduksi cabang rantai panjang menjadi linier polyethylene.
Pada konsentrasi rendah mampu dengan baik mengubah distribusi berat molekuler. Pada
konsentrasi tinggi menyebabkan terjadinya ikatan silang Polyethylene.
Peran DCP disini adalah sebagai inisiator pada reaksi maleoylation antara rantai
Polyprophylene dengan maleic group dari Maleic anhydride.
Febrianto (1999)
mengemukakan bahwa DCP sebagai inisiator memiliki karakteristik seperti dapat bereaksi
pada suhu tinggi (1800C), memiliki sensitivitas oksigen yang rendah dibandingkan dengan
peroxide group carboxyl serta sensitif pada asam. Tensile strength, breaking elongation dan
modulus young dari komposit meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi radikal
inisiator dalam hal ini DCP yang optimal. Han (1990), mengemukakan bahwa inisiator
diperlukan dalam pembuatan papan partikel berbahan baku limbah serbuk kayu dan limbah
plastik Polyprophylene, karena tanpa adanya inisiator maka kinerja dari compatibilizer dalam
hal ini Maleic anhydride hanya bisa terjadi reaksi esterifikasi dengan gugus OH dari serbuk
gergaji sedangkan reaksi maleoylasi dengan Polyprophylene tidak terjadi.
Menurut Gaylord and Maiti (1973), Maleic Anhydride (MAH) berhasil dipolimerisasikan
dibawah pengaruh sinar gamma, sinar ultraviolet yang dihasilkan dari photosensitizer, getaran
gelombang, katalis radikal bebas berkonsentrasi tinggi dan piridin tipe dasar.
Gaylord and
Metha (1982) mengemukakan bahwa katalis radikal heterogen sambungan kopolimerisasi dari
MAH pada suspensi LDPE didalam Anhydryde acetat menghasilkan ikatan silang MAHKandungan film LDPE yang siap menghasilkan pasangan PE makroradikal dengan Poly-MAH
radikal. Hal ini telah terbukti bahwa kation intermediet berperan besar dalam katalis radikal dan
pelarutan homopolymerisasi dari MAH.
Han (1990) mengemukakan bahwa MAH yang memodifikasi Polyprophylene (MPP)
dikatakan sebagai compatibilizer. Dari suatu pengamatan bahwa MPP yang berperan sebagai
compatibilizer didalam komposit rupanya terlokalisir pada interface antara Refine Ground
Pulp (RGP) yang merupakan filler dan matriks polymer (PP) sehingga meningkatkan adhesi
antara dua bagian tersebut. Ikatan kimia antara MPP dan RGP yang terbentuk akan berperan
penting dalam meningkatkan sifat mekanikal komposit Peranan MAH menyebabkan
terjadinya ikatan silang (esterifikasi) dengan gugus OH pada serbuk gergaji, sedangkan reaksi
antara Maleic anhydride dengan Polyprophylene akan menghasilkan reaksi Maleoylation.
BEBERAPA PENELITIAN POLIMER KOMPOSIT
Beberapa penelitian mengenai pembuatan papan partikel dari limbah serbuk gergaji dan
plastik Polyprophylene daur ulang ini telah dilakukan oleh Mulyadi (2001), putri (2002), dan
Iswanto (2002). Dari penelitian tersebut diperoleh hasil sebagai berikut:
5
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
Tabel 2. Perbandingan sifat fisis-mekanis papan partikel dari limbah serbuk kayu sengon
dan Polyprophylene daur ulang dengan standar JIS A 5908 (1994)
No
Parameter sifat
fisis- mekanis
Papan partikel standar
JIS A 5908 (1994)
Papan
partikel
dengan (WF/PP):
50/50(%), 20 mesh
1
Kerapatan (kg/cm3)
0,4-0,9
0,73
2
Kadar air (%)
5-13
4,00
3
Daya serap air (%)
-
8,50
4
Pengembangan tebal (%)
Maks 12
1,60
5
MOR (kg/cm2)
Min 82
79,68
6
2
MOE (Kg/cm )
Min 20400
9291
7
Internal bond (Kg/cm2)
Min 1,5
5,25
8
Kuat pegang sekrup (Kg)
Min 31
43
Keterangan : WF = Wood Flour
Sumber: Mulyadi (2001)
Tabel 3. Perbandingan sifat fisis-mekanis papan partikel dari limbah serbuk kayu sengon
dan Polyprophylene daur ulang menggunakan compatibilizer dengan standar JIS
A 5908 (1994)
Parameter sifat fisismekanis
1
Kerapatan (kg/cm3)
0,4-0,9
0,77
2
Kadar air (%)
5-13
1,37
3
Daya serap air (%)
-
7,92
4
Pengembangan
(%)
Maks 12
2,07
Min 82
95,03
Min 20400
11141,14
Min 1,5
3,30
Min 31
78,90
5
tebal
Papan partikel
standar JIS A
5908 (1994)
Papan partikel pada level
konsentrasi MAH 6%
No
2
6
7
8
MOR (kg/cm )
MOE (kg/cm2)
Internal bond (kg/cm2)
Kuat
(kg)
pegang
sekrup
Sumber: Putri (2002)
6
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
Table 4. Sifat Fisis Papan Partikel Pada Berbagai Tingkat Konsentrasi Dicumyl Peroxide
(DCP)
Parameters
0
0.72
1.10
4.97
17.74
1.13
1.77
3
Density (g/cm )
Moisture content (%)
Water arbsoption 2H (%)
Water arbsoption 24H (%)
Thickness swelling 2H (%)
Thickness swelling 24H (%)
Sumber: Iswanto (2002)
DCP Concentration (%)
5
10
15
20
0.68
0.74
0.72
0.74
1.05
0.94
0.82
0.97
3.33
2.89
2.43
2.92
13.32 10.93 8.34
8.93
0.91
0.58
0.42
0.97
1.43
1.04
0.69
1.19
25
0.74
1.03
3.91
11.41
1.11
1.42
Tabel 5. Sifat Mekanis Papan Partikel Pada Berbagai Tingkat Konsentrasi Dicumyl
Peroxide (DCP)
Parameters
Modulus of rupture (kg/cm2)
Modulus of elasticity) (kg/cm2)
Internal bond (kg/cm2)
Kuat Pegang Sekrup (kg/cm2)
Sumber: Iswanto (2002)
0
70.75
8886
1.07
35
DCP concentration (%)
5
10
15
20
93.25 107.44 125.62 101.25
9563 12760
15352
12047
1.54
1.87
3.47
2.42
57.8
61.4
67.6
64.2
25
80.00
9171
1.45
48.2
Dari hasil pengembangan teknologi papan partikel ini diharapkan bahwa papan partikel yang
semula hanya dipergunakan sebagai produk interior dapat berubah fungsi menjadi produk
ekstrerior sehingga dapat mensubstitusi kebutuhan kayu sebagai bahan konstriksi.
Daftar Pustaka
Bremner, T and A. Rudin. 1993. Peroxide Modification ofLinier Low-Density Polyethylene: a
comparison of Dialkyl Peroxides. J.Appl.Polym, sci:49: 785-798
Cowd, M.A. 1991. Kimia Polimer. Diterjemahkan oleh Drs. Harry Firman, M.Pd. Penerbit
ITB. Bandung.
Febrianto, F. 1999. Preparation and Properties Enhancement of Moldable Wood –Biodegradable
Polymer Composites. Doctoral Dissertation Graduate School of Agriculture, Kyoto
University. Not Published
Febrianto, F. M.Yoshooka, Y. Nagai, M. Mihara and N. Shiraishi. 1999. Composites of Wood
and Trans-1,4-Isoprene Rubber: Mechanical, Physical and Flow Behavior. J. Wood Sci:45:
38-45
Gaylord, NG and S. Maiti. 1973. Participation of Excitid Species in Radical Catalyzed
Homopolymerization of Maleic Anhydride. J. Polym. Sci. Polym Letter Ed: 11:253-256
Gaylord, NG ang M. Metha. 1982. Role of Homopolymerization in The Peroxydecatalyzed
Reaction of Maliec Anhydride and Polyethylene in The absence of solvent. Ibid 20:481-486
7
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara
Gunara, N. 1993. Pengaruh Berat Labur Beberapa Perekat Termoplastik terhadap Keteguhan
Rekat Kayu Perupuk (Lophopetalum Spp). Skripsi fakultas Kehutanan IPB. Tidak
Dipublikasikan
Han, Gyu-Seong. 1990. Preparation and Physical Properties of Moldable Wood-plastic
Composites. Doctoral dissertation Graduate School of Agriculture, Kyoto University. Not
Published
Haygreen, J.G dan J.L Bowyer. 1989. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu: Suatu Pengantar.
Diterjemahkan oleh Dr. Ir. Sutjipto A. Hadikusumo. Gajah Mada University Press.
Yogyakarta
Iswanto, A.H. 2002. Peningkatan Mutu Papan partikel Dengan Menggunakan Dicumyl Peroxide
(DCP) Sebagai Inisiator. Skripsi Fakultas Kehutanan IPB. Tidak dipublikasikan
Maloney, T.M. 1993. Modern Particle Board and Dry Process Fiberboard Manufacturing.
Miller Freeman, inc Sanfransisco
Mulyadi. 2001. Sifat-Sifat Papan Partikel Dari Limbah Kayu dan Plastik. Skripsi Fakultas
Kehutanan IPB. Tidak dipublikasikan
Putri, M.D. 2002. Peningkatan Mutu Papan Partikel Dari Limbah Serbuk Gergaji Kayu Sengon
(Paraserianthes falcataria) dan Limbah Plastik Polyprophylene:
Peranan Maleic
Anhydride Sebagai Compatibilizer. Skripsi Fakultas Kehutanan IPB. Tidak Dipubikasikan
Syarief, R; Santausa, S dan Isyana, St. 1989. Teknologi Pengemasan Pangan. Laboratorium
Rekayasa Proses Pangan. PAU Pangan dan Gizi. IPB, Bogor
Takase. S, Shiraishi. N. 1989. Studies on Composite from Wood and Polyprophylene II. J. Appl
Polym sci: 37 : 645-659
Youngquis. 1999. Wood-Based Composites and Panel Product. Wood Hand Book : Wood as an
Engineering Material. Forest Product Society, USA
8
e-USU Repository ©2005 Universitas Sumatera Utara