Pengembangan Proses Produksi Papan Partikel Berbahan Baku Ampas Jarak Kepyar

PENGEMBANGAN PROSES PRODUKSI PAPAN PARTIKEL
BERBAHAN BAKU AMPAS JARAK KEPYAR
( Ricinus communis L.)

MERSI KURNIATI

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi berjudul Pengembangan
Proses Produksi Papan Partikel Berbahan Baku Ampas Jarak Kepyar (Ricinus
communis L.) 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 disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.
Bogor, Agustus 2014
Mersi Kurniati
NIM F361090051

RINGKASAN
MERSI KURNIATI. Pengembangan Proses Produksi Papan Partikel Berbahan
Baku Ampas Jarak Kepyar (Ricinus communis L.). Dibimbing oleh TITI
CANDRA SUNARTI, KHASWAR SYAMSU, IKA AMALIA KARTIKA dan
DEDE HERMAWAN.
Ampas jarak kepyar merupakan produk samping dari proses ekstraksi
minyak jarak kepyar yang saat ini belum dimanfaatkan secara optimal. Sebagai
produk samping yang mengandung protein(32-48%) serta serat kasar (28-33%),
ampas jarak kepyar memiliki potensi untuk dimanfaatkan sebagai bahan baku
papan partikel.Penelitian ini bertujuan untuk pengembangan proses produksi dan
mengetahui sifat fisik dan mekanik papan partikel yang dihasilkan dari ampas
jarak kepyar.Papan partikel diproduksi pada berbagai kondisi proses yang
meliputi suhu kempa (150-190 C), waktu kempa (4-12 menit), tekanan kempa
(140-200 kgf/cm2) dan ukuran partikel (20-100 mesh). Penelitian dirancang
menggunakan Central Composite Design (CCD). Analisis dan optimasi data

menggunakanResponse Surface Method (RSM) dan Artificial Neural Network
(ANN). Penambahan polipropilena dengan konsentrasi 30-50% pada ampas jarak
kepyar juga telah dilakukan. Pengujian sifat fisik dan mekanik papan partikel
sesuai standar pengujian menurut JIS A 5908-2003 tipe-8 dan pengujian kekuatan
tarik sesuai standar ASTM D 638-2003. Karakterisasi mikrostruktur papan dengan
SEM, pola keteraturan struktur papan dengan XRD dan analisis gugus fungsi
dengan FTIR.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa ukuran partikel 60 mesh dengan rasio
protein-serat ampas jarak kepyar 1.15 menghasilkan papan partikel tanpa perekat
terbaik untuk seluruh respon fisik dan mekanik. Pada rasio protein-serat 1.15
menghasilkan papan partikel dengan kadar air 6.94%, kerapatan 0.95 g/cm3,
DSA2 45.07%, DSA24 76.54%, PT2 14.82%, PT24 29.51%, MOE 2444.48
kgf/cm3, MOR 31.74 kgf/cm2 dan IB 2.27 kgf/cm2.Kondisi proses pengempaan
mempengaruhi sifat fisik dan mekanik papan partikel, akan tetapi hanya kadar air,
kerapatan dan keteguhan rekat papan yang memenuhi standar JIS A 5908-2003.
Metode ANN memprediksi lebih baik kondisi proses optimum berdasarkan
2
R dan RMSE dibandingkan metode RSM. Pada kondisi proses optimum menurut
ANN yaitu pada suhu 180 C, waktu 10 menit, tekanan 200 kgf/cm2 dan ukuran
partikel 80 mesh diperoleh sifat fisik dan mekanik optimum papan partikel dengan

kadar air 6.97%, kerapatan 0.91 g/cm3, DSA2 43.07%, DSA24 77.17%, PT2
14.09, PT24 27.8%, MOE 2458 kgf/cm2, MOR 32.98 kgf/cm2 dan IB 2.28
kgf/cm2. Sifat fisik dan mekanik produk WPC (Wood Plastic Composite) dari
ampas jarak kepyar semakin meningkat dengan penambahan polipropilena (PP),
dan konsentrasi PP 50% merupakan konsentrasi terbaik untuk menghasilkan WPC
dengan sifat fisik dan mekanik terbaik yaitu DSA24 3.87 %, PT24 0.97%, MOE
7317.45 kgf/cm2, MOR 93.08 kgf/cm2, kuat tarik 64.12 kgf/cm2, elongasi 2.46%
dan modulus tarik 2568,9 kgf/cm2.

Kata kunci: ampas jarak kepyar, papan partikel, RSM, ANN, polipropilena

SUMMARY
MERSI KURNIATI. Development of Production Process on Castor Seed Cake
(Ricinus communis L.) Based Particle Board. Supervised by TITI CANDRA
SUNARTI, KHASWAR SYAMSU, IKA AMALIA KARTIKA and DEDE
HERMAWAN.
The castor seed cake is a by-product of castor oil production.This seed
cakehas the opportunityto be used asraw materialfor particle board because of
high content of protein(32-48%) and high fiber(28-33%).The objective of this
research was to develop production process and to investigate the phyisical and

mechanical properties of the particle boards produced fromcastor seed cake.
Particleboard samples were manufactured using hot press at pressing
temperatures (150-190 C), pressing time (4-12 min), compressed using a pressure
(140-220 kgf/cm2) and particles size (20-100 mesh). The central composite design
(CCD) method and ANOVA ( =0.05) with Response Surface Method (RSM) and
Artificial Neural Network (ANN) were used to evaluate and optimize production
of the particle board. The properties of Wood Plastic Composite (WPC) made
from castor seed cake with the addition of different contentration 30, 40 and 50%
of polypropylene were investigated in this research. The physical and mechanical
properties of particleboard were determined based on Japanese Industrial
Standards,JIS A 5908-2003 type-8. The tensile properties were measured
following the ASTM D 638-2003. The microstructured of sample was investigated
by Scanning Emission Microscopy (SEM). An X-ray diffraction (XRD) procedure
was used to study the crystalline structure of particleboard samples. Fourier
Transform Infrared (FTIR) spectroscopy was used to characterize the type of
functional groups existing in particle boards.
The experimental results shows that the pressing process conditions affects
the physical and mechanical properties of binderless particle boards but the
moisture content, density and internal bonding meet requirement of the JIS A
5908-2003. Appraisal of the models through the R2and RMSE shows that the ANN

is better than the RSM. Based on ANN method, the optimum conditions area
pressing temperature at 180 C, 200 kgf/cm2 pressure, pressing times of 10 min
and particles size of 80 mesh,respectively. The addition of polypropilene (PP),
increases the physical and mechanical properties of WPC, and 50% PP content
was the best result.with water absorption (24h) 3.87 %, thikness swelling (24h)
0.97%, MOE 7317.45 kgf/cm2, MOR 93.08 kgf/cm2, tensile strength 64.12
kgf/cm2, elongation at break 2.46% and tensile modulus 2568,9 kgf/cm2.

Keywords : castor seed cake, particle board, RSM, ANN, polyproyilene

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya
tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

PENGEMBANGAN PROSES PRODUKSI PAPAN PARTIKEL
BERBAHAN BAKU AMPAS JARAK KEPYAR
(Ricinus communis L.)

MERSI KURNIATI
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Doktor
pada
Program Studi Teknologi Industri Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

Penguji Luar Komisi pada Sidang Tertutup
:

Prof Dr Ono Suparno, STP, MT

:

Dr Ir Naresworo Nugroho, M.Si

Penguji Luar Komisi pada Sidang Terbuka
:

Prof Dr Ir Yusuf Sudo Hadi, M.Agr

:

Prof (Riset) Dr Gustan Pari, M.Si

Judul Disertasi
Nama
NIM

: Pengembangan Proses Produksi Papan Partikel Berbahan
Baku Ampas Jarak Kepyar (Ricinus communis L.)

: Mersi Kurniati
: F3610900511

Disetujui oleh
Komisi Pembimbing

Dr Ir Titi Candra Sunarti, MSi
Ketua

Prof Dr Ir Khaswar Syamsu, MSc
Anggota

Dr Ir Ika Amalia Kartika, MT
Anggota

Dr Ir Dede Hermawan, MSc
Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi
Teknologi Industri Pertanian

Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof Dr Ir Machfud, MS

Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr

Tanggal Ujian: 27 Agustus 2014

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini
berjudul Pengembangan Proses Produksi Papan Partikel Berbahan Baku Ampas
Jarak Kepyar (Ricinus communis L.).
Penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih kepada Dr Ir
Titi Candra Sunarti, M.Si; Prof Dr Ir Khaswar Syamsu, M.Sc; Dr Ir Ika Amalia

Kartika dan Dr Ir Dede Hermawan, M.Sc yang telah banyak memberikan
masukan, arahan, bimbingan dan motivasi sehingga penelitian dan disertasi ini
dapat diselesaikan dengan baik.
Tidak lupa penghargaan dan ucapan terima kasih kepada Prof Dr Ono
Suparno, STP, MT; Dr Ir Naresworo Nugroho, M.Si; Prof Dr Ir Yusuf Sudo Hadi,
M.Agr dan Prof (Riset) Dr Gustan Pari, M.Si yang telah bersedia menjadi penguji
luar komisi pada ujian sidang tertutup dan ujian sidang terbuka serta memberikan
saran perbaikan untuk kesempurnaan karya tulis ini.
Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Ketua Program
Studi Teknologi Industri Pertanian beserta staf dosen dan staf penunjang yang
sudah banyak membantu dan memberi layanan yang baik selama penulis menjadi
mahasiswa. Penulis juga menyampaikan terimakasih kepada pihak Pimpinan
Institut Pertanian Bogor, Dekan FMIPA beserta Ketua Departemen Fisika FMIPA
IPB yang telah mengizinkan penulis menempuh studi di Sekolah Pascasarjana
IPB, serta kepada pihak DIKTI yang telah memberi dukungan melalui pemberian
beasiswa BPPS.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada keluarga tercinta (alm)
ayah, ibu, ayah dan ibu mertua, suami (Yuhandra), anak-anak (Rafi, Hana dan
Zaki) serta seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Terima kasih atas semua dukungan dan doa yang senantiasa diberikan

selama penulis menempuh pendidikan S3 di Institut Pertanian Bogor.
Akhir kata, semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Agustus 2014
Mersi Kurniati

DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL

i

RINGKASAN

ii

DAFTAR ISI

x

DAFTAR TABEL

xi

DAFTAR GAMBAR

xi

DAFTAR LAMPIRAN
1  PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
Kebaruan Penelitian
5
2  KETERKAITAN UKURAN PARTIKEL DAN KONDISI PROSES
PENGEMPAAN TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK
PAPAN PARTIKEL TANPA PEREKAT
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Hasil dan Pembahasan
Simpulan
3  OPTIMASI KONDISI PROSES PENGEMPAAN DENGAN METODE
RSM DAN ANN
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Hasil dan Pembahasan
Simpulan
4 PENINGKATAAN SIFAT FISIK DAN MEKANIK PAPAN PARTIKEL
DENGAN PENAMBAHAN POLIPROPILENA
Pendahuluan
Bahan dan Metode
Hasil dan Pembahasan
Simpulan
5 PEMBAHASAN UMUM
6 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP

 

1 
3 
4 
4 
4

6
6 
8 
12
50
51 
52 
56
76

77
80
82
91
92
97 
97
98
106

DAFTAR TABEL
2.1

Sifat fisik dan mekanik papan partikel beberapa penelitian
lain
2.2 Kondisi proses produksi papan partikel ampas jarak kepyar
2.3 Karakteristik ampas jarak kepyar sebelum dan sesudah
pengecilan ukuran
2.4 Karakteristik komponen serat ampas jarak kepyar
2.5 Indeks kristalinitas ampas jarak kepyar
2.6 Perbandingan sifat fisik dan mekanik papan partikel
ampas jarak kepyar dengan JIS
2.7 Sifat fisik dan mekanik papan partikel ampas jarak kepyar
yang diproduksi pada berbagai kondisi proses.
2.8 Perbandingan sifat fisik mekanik dan rasio protein-serat
papan partikeldengan penelitian lain
2.9 Indeks kristalinitas papan partikel pada berbagai suhu
kempa
2.10 Identifikasi gugus fungsional papan partikel
3.1 Hasil ANOVA signifikansi dan kesahihan model untuk
sifat fisik dan mekanik papan partikel
3.2 Hasil ANOVA untuk model dan persamaan regresi
3.3 Hasil optimasi kondisi proses setiap parameter respon
3.4 Perbandingan RMSE data output metode ANN
3.5 Perbandingan hasil optimasi kondisi proses dengan metode
RSM danANN
3.6 Sifat fisik dan mekanik papan partikel validasi
4.1 Variasi komposisi ampas jarak kepyar dan PP
4.2 Dimensi spesimen uji tarik tipe-V
4.3 Daya serap air dan pengembangan tebal papan partikel
4.4 Hasil pengujian MOE dan MOR produk WPC Ampas-PP
4.5 Hasil pengujian kuat tarik produk WPC Ampas-PP
4.6 Indeks kristalinitas produk WPC ampas-PP

7
9
13
14
17
18
21
41
46
48
58
59
59
62
66
66
80
82
84
85
86
89

DAFTAR GAMBAR
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7

Ukuran contoh uji
Tahapan proses produksi papan partikel dari ampas jarak
kepyar
Penampakan dari biji jarak kepyar
Hubungan antara kadar protein dan serat ampas jarak kepyar
terhadap ukuran partikel
Pola XRD ampas jarak kepyar pada berbagai ukuran
partikel
Penampakan binderless papan partikel ampas jarak kepyar
Plot permukaan respon untuk kerapatan papan partikel pada

11
11
13
14
16
17
19

2.8

2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15

2.16

2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23

2.24
2.25
2.26
2.27
2.28
2.29
2.30
2.31

2.32

berbagai kondisi proses
Kerapatan papan partikel pada berbagai rasio protein-serat
pada kondisi prosepengempaan 170 C, 8 menit dan 180
kgf/cm2
Plot permukaan respon untuk kadar air papan partikel pada
berbagai kondisi proses
Hubungan kerapatan dengan kadar air papan partikel pada
berbagai kondisi suhu pengempaan
Plot permukaan respon untuk daya serap air perendaman 2
jam (DSA2) pada berbagai kondisi proses
Plot permukaan respon untuk daya serap air perendaman 2
jam (DSA24) pada berbagai kondisi proses
Plot permukaan respon untuk pengembangan tebal
perendaman 2 jam (PT2) pada berbagai kondisi proses
Plot permukaan respon untuk pengembangan tebal
perendaman 24 jam (PT24) pada berbagai kondisi proses
Hubungan kerapatan dengan pengembangan tebal papan
partikel (perendaman 24 jam) pada berbagai kondisi suhu
pengempaan
Kerapatan terhadap daya serap air papan partikel
(perendaman 24 jam) pada berbagai kondisi suhu
pengempaan
Pengaruh kadar air terhadap PT dan DSA pada berbagai
kondisi suhu pengempaan
Pengaruh suhu kempa terhadap PT dan DSA
Pengaruh rasio protein terhadap pengembangan tebal dan
daya serap air papan partikel pada berbagai ukuran partikel
Plot permukaan respon untuk kekuatan lentur pada berbagai
kondisi proses
Plot permukaan respon untuk keteguhan patah pada berbagai
kondisi proses
Plot permukaan respon untuk keteguhan rekat pada berbagai
kondisi proses
Pengaruh rasio protein-serat terhadap MOE papan partikel
pada berbagai
ukuran partikel
Pengaruh rasio protein-serat terhadap MOR dan IB papan
partikel pada berbagai ukuran partikel
Pengaruh suhu kempa terhadap MOE papan
Pengaruh suhu kempa terhadap MOR dan IB papan
Hubungan kerapatan dengan MOE papan partikel
Hubungan kerapatan dengan MOR papan partikel
Hubungan kerapatan dengan IB papan partikel
Pengaruh kadar air papan terhadap MOE, MOR dan IB
Pengaruh PT dan DSA terhadap MOE, MOR dan IB pada
berbagai variasi suhu pada 8 menit, 180 kgf/cm2 dan 60
mesh
Pola difraksi sinar-X papan partikel dari ukuran partikel 60

22

23
24
26
26
27
28
29

29

30
31
33
34
36
37
38

38
39
40
41
42
42
43
44

45

2.33
2.34
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12

mesh
Pola FTIR papan partikel
Foto morfologi permukaan papan partikel
Prosedur RSM
Karakteristik ANN
Desain model arsitektur ANN penelitian
Diagram alir penentuan kondisi proses optimum
Perbandingan kadar air optimum dengan metode RSM dan
ANN
Perbandingan kerapatan optimum dengan metode RSM dan
ANN
Perbandingan DSA2 optimum dengan metode RSM dan
ANN
Perbandingan DSA24 optimum dengan metode RSM dan
ANN
Perbandingan PT2 optimum dengan metode RSM dan ANN
Perbandingan PT24 optimum dengan metode RSM dan
ANN
Perbandingan MOE optimum dengan metode RSM dan
ANN
Perbandingan MOR optimum dengan metode RSM dan
ANN
Perbandingan IB optimum dengan metode RSM dan ANN
Interaksi berbagai kondisi proses terhadap kadar air papan
Interaksi berbagai kondisi proses terhadap kerapatan papan
Interaksi berbagai kondisi proses terhadap DSA2 papan
Interaksi berbagai kondisi proses terhadap DSA24 papan
Interaksi berbagai kondisi proses terhadap PT2 papan
Interaksi berbagai kondisi proses terhadap PT24 papan
Interaksi berbagai kondisi proses terhadap MOE papan
Interaksi berbagai kondisi proses terhadap MOR papan
Interaksi berbagai kondisi proses terhadap IB papan
Mekanisme pembasahan perekat pada substrat
Kurva stress-strain
Tahapan proses produksi WPC ampas jarak kepyar-PP
Skema bentuk spesimen uji tarik tipe-V
Ampas jarak kepyar dan PP
Perbandingan DSA dan PT produk WPC pada berbagai
konsentrasi PP
MOE dan MOR produk WPC ampas-PP
Kuat tarik produk WPC pada berbagai konsentrasi PP
Elongasi produk WPC pada berbagai konsentrasi PP
Modulus tarik produk WPC pada berbagai konsentrasi PP
Pola XRD produk WPC ampas-PP
Morfologi permukaan produk WPC ampas-PP

46
49
53
54
55
57
62
63
63
63
64
64
64
65
65
67
68
69
70
71
72
73
74
75
79
80
81
82
83
84
85
87
88
88
89
90

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

Analisis proksimat ampas jarak kepyar
Pengujian sifat fisik dan mekanik papan partikel
Hasil ANOVA untuk kerapatan papan
Hasil ANOVA untuk kadar air papan
Hasil ANOVA untuk DSA2 papan
Hasil ANOVA untuk DSA 24 papan
Hasil ANOVA untuk PT2 papan
Hasil ANOVA untuk PT24 papan
Hasil ANOVA untuk MOE papan
Hasil ANOVA untuk MOR papan
Hasil ANOVA untuk IB papan
Program ANN Penelitian
Hasil ANOVA signifikansi model dan kesahihan model kadar air
Hasil ANOVA signifikansi model dan kesahihan model kerapatan
Hasil ANOVA signifikansi model dan kesahihan model DSA2
Hasil ANOVA signifikansi model dan kesahihan model DSA24
Hasil ANOVA signifikansi model dan kesahihan model PT2
Hasil ANOVA signifikansi model dan kesahihan model PT24
Hasil ANOVA signifikansi model dan kesahihan model MOE
Hasil ANOVA signifikansi model dan kesahihan model MOR
Hasil ANOVA signifikansi model dan kesahihan model IB
Interaksi parameter respon terhadap kondisi proses pengempaan
Hasil ANN penelitian
Hasil uji ANOVA satu faktor untuk DSA24
Hasil uji ANOVA satu faktor untuk PT24
Hasil uji ANOVA satu faktor untuk MOE
Hasil uji ANOVA satu faktor untuk MOR
Hasil uji ANOVA satu faktor untuk kuat tarik
Hasil uji ANOVA satu faktor untuk elongasi
Hasil uji ANOVA satu faktor untuk modulus tarik

106
109
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
156
157
157
158
158
159
159
160

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Industri papan partikel saat ini mengalami perkembangan yang semakin
baik seiring dengan meningkatnya kebutuhan papan partikel. Papan partikel
adalah papan yang terbuat dari partikel kayu atau bahan berserat lainnya yang
diikat dengan perekat organik ataupun sintetis yang kemudian dikempa panas
(Maloney 1993). Meningkatnya industri papan partikel didukung oleh
perkembangan di berbagai sektor industri seperti sektor bangunan, perumahan dan
furnitur (Nemli et al. 2006). Di lain pihak, saat ini pasokan kayu sebagai bahan
baku papan partikel mengalami penurunan sebagai akibat adanya ekploitasi hutan
yang tidak terkendali. Kerusakan hutan sebagai penghasil kayu mencapai 13 juta
hektar per tahun (Chaudhary et al. 2013). Di Indonesia, kebutuhan kayu untuk
industri perkayuan di Indonesia diperkirakan sebesar 70 juta m3 per tahun dengan
kenaikan rata-rata sebesar 14,2 % per tahun sedangkan produksi kayu bulat
diperkirakan hanya sebesar 25 juta m3 per tahun, dengan demikian terjadi defisit
sebesar 45 juta m3 (Dephut 2011). Hal ini menunjukkan bahwa sebenarnya daya
dukung hutan sudah tidak dapat memenuhi kebutuhan kayu. Keadaan ini
diperparah oleh adanya konversi hutan alam menjadi lahan pertanian, perladangan
berpindah, kebakaran hutan, praktek pemanenan yang tidak efisen dan
pengembangan infrastruktur yang diikuti oleh perambahan hutan. Oleh karena itu
industri papan partikel mulai memanfaatkan peluang bahan baku yang berasal dari
bahan lignoselulosa non kayu.
Tanaman jarak kepyar (Ricinus communis L.) merupakan tanaman penghasil
minyak yang penting serta banyak dibudidayakan di Indonesia karena dapat
memenuhi kebutuhan industri asam lemak hidroksi yaitu untuk produksi lubrikan,
cat, sabun, dan industri farmasi (Heywood et al. 2007). Banyak industri besar
yang memproduksi produk turunan dari minyak jarak kepyar seperti industri
pelumas dan lemak, coating, bahan perawatan personal dan detergen, surfaktan
dan oleokimia (Ogunniyi 2006), sehingga permintaan terhadap minyak jarak
kepyar ini tinggi. Akibat peningkatan produksi minyak jarak di dalam maupun
luar negeri, membawa dampak terhadap produk samping atau limbah yang
dihasilkannya. Ampas jarak kepyar yang jumlahnya sekitar 7650 ton/tahun di
Indonesia (FFI-IP 2012) dan 1.63 juta ton di India (FAO 2013) belum
dimanfaatkan secara optimal. Selama ini pemanfaatannya terbatas untuk
pembuatan pupuk organik (Lima et al. 2011) dan pakan ternak (Batista et al.
2011).
Ampas jarak kepyar cukup mudah didapatkan di Indonesia saat ini karena
terdapat perusahaan besar seperti PT. Kimia Farma di Semarang dan PT. Bio
Green Land (BGL) di Lombok yang merupakan pelaku industri ekstraksi minyak
jarak kepyar sekaligus sebagai penghasil ampas jarak kepyar terbesar, sehingga
menjamin ketersediaan bahan baku ampas tersebut. Hal ini menjadi pertimbangan
utama penelitian untuk menggunakan bahan baku dari ampas jarak kepyar
tersebut. Sebaliknya, ampas jarak pagar yang memiliki karakteristik fisikokimia

2

yang hampir sama, ketersediaannya terbatas terkait penggunaan minyak jarak
pagar yang belum populer sehingga tidak banyak industri ekstraksi jarak pagar
sebagai penghasil ampasnya. Selain itu, dengan kandungan protein (48%) dan
serat yang tinggi (33%) (Akande et al. 2012), ampas jarak kepyar lebih
berpeluang dijadikan sebagai bahan baku papan partikel dibandingkan ampas
jarak pagar yang kandungan protein dan seratnya lebih rendah yaitu (35%) dan
(18%) (Lestari et al. 2012).
Permasalahan yang dihadapi industri papan partikel adalah penggunaan
perekat sintetis seperti urea formaldehida dan fenol formaldehida, yang dapat
mengeluarkan emisi formaldehida sehingga mengakibatkan gangguan kesehatan
dan mencemari lingkungan (Hashim et al. 2011a). Isu tersebut telah mendorong
penggunaan perekat yang berasal dari bahan-bahan organik dalam pembuatan
papan partikel. Dewasa ini, semakin banyak penelitian yang dilakukan untuk
mengeksplorasi sumber daya alam serat lignoselulosa non kayu sebagai pengganti
fungsi kayu pada papan partikel serta mengganti penggunaan perekat sintetis
dengan perekat alami.
Beberapa penelitian menunjukkan bahwa protein dari berbagai jenis
tanaman sangat potensial dimanfaatkan sebagai perekat papan partikel, contohnya
protein biji kedelai (Wang et al. 2002; Mo et al. 2003; Ciannamea et al. 2010),
protein gandum (Khosravi et al. 2011), protein biji bunga matahari (Rouilly et al.
2006), protein biji jarak pagar (Lestari et al. 2011). Selain itu, serat dari berbagai
jenis juga dapat dimanfaatkan sebagai perekat alami contohnya seperti lignin inti
kenaf (Okuda et al. 2006; Xu et al. 2003; Widyorini et al.2005), lignin vitis
vinifera (Mancera et al. 2012), serat ampas jarak pagar (Hidayat et al. 2014).
Perekat alami diperoleh melalui aktivasi komponen kimia yang terkandung di dalam
bahan baku yang dapat berperan sebagai perekat secara langsung melalui perlakuan
panas dan tekanan saat proses pengempaan papan partikel.
Permasalahan lain
dalam produksi binderless papan partikel adalah
penyerapan air dan pengembangan tebal papan yang masih tinggi sehingga menjadi
kendala terhadap kestabilan dimensi papan partikel serta membawa dampak terhadap
penurunan sifat mekaniknya. Papan partikel dari ampas jarak pagar memiliki daya
serap air yang tinggi yaitu 51.67% dan pengembangan tebal melebihi standar papan
partikel yaitu 14.88% serta memilki sifat mekanik yang rendah juga yaitu 5150.25
kgf/cm2 untuk kekuatan lentur (MOE) dan 65.99 kgf/cm2 untuk keteguhan patah
(MOR) (Lestari et al. 2012).
Berdasarkan potensi yang dimiliki ampas jarak kepyar serta
mempertimbangkan beberapa kelemahan yang ada pada papan partikel tanpa
perekat, maka pada penelitian ini dilakukan pengembangan proses produksi papan
partikel dari ampas jarak kepyar dengan melakukan modifikasi struktural melalui
pengecilan ukuran ampas untuk tujuan mendapatkan rasio protein-serat terbaik
sehingga diharapkan dapat diperoleh papan partikel dengan sifat fisik dan
mekanik yang baik pula.
Teknologi papan partikel yang dikembangkan pada penelitian ini
dikelompokkan dalam dua pendekatan teknologi yaitu: papan partikel tanpa
menggunakan perekat sintetis atau binderless papan partikel dan komposit
campuran ampas jarak kepyar dengan penambahan polipropilena (PP) pada
berbagai konsentrasi yang dikenal sebagai produk WPCs (Wood Plastic
Composites). Penelitian terkait blending (pencampuran) serat alam dengan
polimer termoplastik misalnya polipropilena, polihidroksilalkanoat, polistirena

3

dan lainnya telah dilaporkan dalam penelitian sebelumnya (Bledzki et al. 2012;
Baskaran et al. 2012; Nourbakhsh et al. 2010). Penggunaan polipropilena
bertujuan untuk memperbaiki sifat fisik dan mekanik papan. Bengstsson et al.
(2007) melaporkan bahwa penambahan PP dapat meningkatkan kualitas produk
secara signifikan.
Dalam memproduksi papan partikel juga dipengaruhi oleh beberapa faktor
seperti karakteristik bakan baku dan kondisi proses pengempaan (suhu, waktu dan
tekanan). Oleh karena itu, optimasi terhadap faktor-faktor tersebut perlu dilakukan,
dan pada penelitian ini digunakan Response Surface Method (RSM) untuk optimasi
faktor-faktor tersebut. Percobaan dirancang menggunakan Central Composite Design
(CCD). Selain optimasi dengan RSM (Response Surface Method) juga dilakukan
optimasi dengan metode ANN (Artificial Neural Networks). Kedua model memiliki
kemampuan memprediksi model empirik yang menyatakan hubungan antara
parameter respon yaitu sifat fisik dan mekanik papan partikel dengan kondisi proses,
serta dapat memprediksi kondisi proses optimum papan partikel melalui interaksi
multi respon sifat fisik dan mekanik papan partikel tersebut.

Perumusan Masalah
Kualitas dari suatu produk papan partikel dapat ditentukan dari sifat fisik
dan mekaniknya. Sifat fisik dan mekanik papan partikel dipengaruhi oleh
beberapa faktor seperti karakteristik, struktur, ikatan antar partikel bahan baku dan
kondisi proses pengempaan papan. Karakteristik ampas jarak kepyar sebagai salah
satu jenis bahan alam memiliki sifat tidak tahan terhadap air (hidrofilik), kurang
elastis dan bersifat rapuh. Sifat-sifat tersebut menjadi kelemahan bagi ampas
jarak kepyar alami apabila dijadikan sebagai bahan baku papan partikel. Ampas
jarak kepyar yang bersifat polar (hidrofilik) diakibatkan keberadaan gugus
hidroksil pada permukaan serat ampas jarak kepyar tersebut. Kelemahan ampas
jarak kepyar yang memiliki sifat higroskopis tersebut akan mempengaruhi
kualitas papan partikel tanpa perekat (binderless) yang dihasilkan. Modifikasi
terhadap ampas agar sifat higroskopis dapat diturunkan adalah dengan
meningkatkan sistem perekatan di antara komponen-komponen kimia yang
terkandung di dalam ampas yang dikenal sebagai mekanisme perekatan (selfbonding mechanism) seperti ikatan antara grup polar protein dengan grup polar
serat dan ikatan internal diantara komponen serat yaitu lignin, hemiselulosa dan
selulosa. Oleh karena peranan protein dan serat sangat penting sebagai penentu
utama terjadinya mekanisme perekatan, maka rasio protein-serat yang dapat
berkontribusi terhadap mekanisme tersebut menjadi hal yang sangat penting pula
untuk diketahui. Adapun protein dan serat yang dimaksud merupakan kandungan
protein dan serat yang terkandung di dalam ampas jarak kepyar itu sendiri dan
bukan protein dan serat yang ditambahkan dari luar ampas. Harapannya dapat
diperoleh data rasio protein-serat yang efektif bagi mekanisme perekatan sehingga
kualitas fisik dan mekanik papan meningkat. Aktivasi protein dan serat juga
dipengaruhi oleh suhu dan tekanan pengempaan, sehingga optimasi kondisi proses
perlu dilakukan. Penelitian ini memanfaatkan program pemodelan matematik dan
statistik yang ada untuk memprediksi sifat fisik dan mekanik papan terbaik
menurut pendekatan model.

4

Rekayasa lain untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik papan partikel
tanpa perekat melalui teknologi blending (pencampuran) ampas jarak kepyar
dengan polimer termoplastik seperti polipropilena (PP). Penambahan PP juga
untuk mendapatkan peluang lain pemanfaatan ampas jarak kepyar sebagai matriks
pada material komposit yang dikenal sebagai WPCs ( Wood Plastic Composites).

Tujuan Penelitian
Penelitian ini secara umum bertujuan untuk mengembangkan proses
produksi papan partikel yang berbahan baku ampas jarak kepyar (Ricinus
communis L.). Untuk mencapai tujuan umum ini, dilakukan beberapa tahapan
penelitian dengan tujuan khusus sebagai berikut:
1. Menganalisis keterkaitan antara karakteristik fisikokimia ampas jarak kepyar
dan kondisi proses pengempaan terhadap sifat fisik dan mekanik papan partikel
tanpa perekat yang dihasilkan.
2. Mengoptimasi kondisi proses pengempaan papan partikel menggunakan
metode RSM dan ANN serta menentukan model optimasi terbaik untuk
memprediksi kondisi proses pengempaan optimum papan partikel.
3. Meningkatkan sifat fisik dan mekanik ampas jarak kepyar dengan penambahan
polipropilena pada berbagai konsentrasi yaitu 30, 40 dan 50% terhadap ampas
jarak kepyar.
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat berkontribusi dan membawa dampak
positif terhadap agroindustri secara lebih luas. Produk penelitian ini menjadi salah
satu alternatif bagi penganekaragaman pemanfaatan dari ampas jarak kepyar yang
belum optimal dan menjadi solusi bagi agroindustri dalam mengatasi permasalahan
produk akhir (end use) terutama limbah yang tidak bisa didaur ulang. Manfaat pada
industri papan partikel adalah memberikan alternatif pengganti atau substitusi bahan
baku kayu dan pemakaian perekat alami yang berasal dari komponen kimia bahan
baku itu sendiri sehingga dapat meminimalkan biaya produksi papan partikel dan
lebih ramah lingkungan.

Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahapan untuk menghasilkan papan
partikel dengan karakteristik yang dapat menghasilkan papan partikel dengan kualitas
yang baik. Adapun ruang lingkup penelitian yang dilakukan untuk pencapaian
tujuan adalah sebagai berikut:
1. Ampas jarak kepyar yang digunakan adalah hasil pengepresan secara mekanik
menggunakan ekspeler dengan proses pemanasan pada suhu 80 C. Ampas
yang diperoleh merupakan hasil pengepresan biji dan cangkang biji sekaligus.
2. Produk papan partikel (tanpa perekat dan penambahan PP) yang diproduksi
adalah produk berkerapatan sekitar 0.9 g/cm3 dengan tebal 0.5 cm.
3. Kondisi proses yang diterapkan untuk memproduksi papan partikel meliputi
suhu kempa, waktu kempa, tekanan kempa dan ukuran partikel

5

Kebaruan Penelitian
Penelitian papan partikel tanpa perekat dengan memanfaatkan bahan baku non
kayu telah banyak dikembangkan. Demikian juga halnya kajian tentang peranan
protein atau serat sebagai perekat dan pengikat antar partikel pada produksi papan
partikel tanpa perekat telah banyak juga diteliti. Akan tetapi, ukuran partikel yang
berdampak pada rasio protein-serat yang juga menjadi faktor penting untuk
mendapatkan sifat fisik dan mekanik papan partikel tanpa perekat, sampai saat ini
belum ada penelitiannya, sehingga ukuran partikel yang berkorelasi dengan rasio
protein-serat pada bahan baku papan partikel menjadi kebaruan penelitian ini.
Untuk lebih memahami peranan protein dan serat selain sebagai perekat dan pengikat,
pada penelitian ini dilakukan kajian peranan rasio protein-serat yang dapat
meningkatkan kualitas papan partikel. Kebaruan lain adalah terkait kondisi proses
produksi papan partikel. Belum ada penelitian lain sejenis yang memproduksi papan
partikel dengan memvariasikan lebih dari 3 parameter kondisi proses. Pada penelitian
ini variasi parameter kondisi proses meliputi suhu, waktu, tekanan dan ukuran
partikel ampas jarak kepyar.

6

2 KETERKAITAN UKURAN PARTIKEL DAN KONDISI
PROSES PENGEMPAAN TERHADAP SIFAT FISIK DAN
MEKANIK PAPAN PARTIKEL TANPA PEREKAT
Pendahuluan
Pada pembuatan papan partikel tanpa menggunakan perekat (binderless),
kekuatan rekatnya dihasilkan dari aktivasi dan reaksi komponen-komponen kimia
yang terkandung di dalamnya selama proses perlakuan panas, terutama komponen
hemiselulosa dan lignin (Widyorini et al. 2005) dan protein (Li et al. 2009).
Reaksi-reaksi kimia dapat berupa degradasi dari hemiselulosa dan sebagian
selulosa yang membentuk gula sederhana dan dekomposisi lainnya, degradasi
termal matriks dinding sel, pembentukan ikatan antara polimer karbohidrat dan
kondensasi lignin, peningkatan kristalisasi selulosa (Rowell et al. 2002) dan
ikatan grup polar protein dengan grup polar serat (Mo et al. 2001). Mekanisme
self-bonding merupakan mekanisme yang menjadi dasar bagi sistem perekatan
protein dan komponen serat. Mekanisme perekatan di antara komponen serat
dapat melalui ikatan hidrogen selulosa dengan lignin (Nadhari et al. 2013), reaksi
kondensasi lignin dan pelunakan lignin (Okuda et al. 2006) dan reaksi crosslinking lignin dengan polisakarida (Suzuki et al. 1998).
Studi tentang aktivasi lignin pada umumnya dilakukan untuk pembuatan
papan serat seperti yang dilaporkan beberapa peneliti (Okuda et al. 2005;
Kunsuwan et al. 2005; Widsten et al. 2004). Menurut Suhasman (2010),
penambahan lignin teknis masih dibutuhkan untuk menghasilkan papan partikel
berkualitas baik. Sementara itu, penelitian intensif pada pembuatan papan partikel
terkait pengaktifan lignin telah dilaporkan menurut Widyorini et al. (2005), akan
tetapi disertai perlakuan pendahuluan steam explosion pada bahan baku. Di sisi
lain, penelitian terkait peranan protein pada papan partikel juga telah dilaporkan
menurut Wang et al. (2002). Studi terkait peranan protein ampas biji bunga
matahari pada pembuatan biokomposit dengan metode injection moulding tanpa
perlakuan penambahan perekat dan bahan aditif juga telah dilaporkan Rouilly et
al. (2006). Tabel 2.1 menyajikan sifat fisik dan mekanik serta kandungan protein
dan serat pada beberapa penelitian tentang papan partikel.
Papan partikel tanpa perekat sintetis (binderless) ampas jarak kepyar dibuat
dengan menggunakan metode pengempaan panas (hot press). Pada dasarnya
kualitas papan partikel dipengaruhi oleh karakteristik bahan baku yang digunakan,
struktur, mekanisme perekatan dan kondisi proses pengempaan. Kondisi proses
pengempaan yang optimal dianggap mampu meningkatkan kualitas papan yang
dihasilkan. Suhu pengempaan memiliki peranan penting dalam meningkatkan
kualitas papan partikel yang dihasilkan. Selain suhu kempa, faktor lainnya yang
mempengaruhi proses kempa adalah tekanan kempa (Ye et al. 2005). Pemberian
tekanan kempa yang optimum dapat meningkatkan kekompakan dan membantu
proses penguapan air pada papan partikel.

7

Tabel 2.1 Sifat fisik dan mekanik papan partikel beberapa penelitian lain
Kondisi proses pengempaan
Kadar Kadar
Bahan Baku
Ukuran
Protein Serat Rasio Suhu Waktu Tekanan
Papan Partikel
Partikel
2
(%)
(%)
(min) (kgf/cm )
( C)
(mesh)
1)
35
18
1.94
140-180
8-12
200
40
Ampas jarak pagar
2)
18
39
0.46
200
10
200
20
Ampas jarak pagar
3)
28
26
1.08
120-200
30-60
50-150
< 1 mm
Ampas jarak pagar
Ampas tanaman bunga
7
59
0.12
180-200 60 detik
320
matahari4)
1) Lestari et al. (2012)
2) Kartika et al. (2013)
3) Hidayat et al. (2014)
4) Evon et al. (2010)

Sifat fisik dan mekanik papan
DSA24
(%)

PT24
(%)

MOE
(kgf/cm2)

MOR
(kgf/cm2)

51.7-82.9
50-100

14.9-30.6
20-28

2341-5150
2700-8000

20-66
15-66

74

19

3000-51000

38-228

-

-

2110022200

113-115

7

8

Faktor lama pengempaan merupakan salah satu yang berpengaruh pada
sifat papan partikel. Pengecilan ukuran partikel untuk ampas jarak kepyar yang
dilakukan pada penelitian ini, berkaitan dengan kualitas dan sifat papan partikel
terutama terhadap distribusi kerapatan papan yang akan dihasilkan. Kerapatan
papan akan mempengaruhi sifat fisik dan mekanik papan partikel. Geometri
partikel seperti bentuk dan ukuran partikel berperan penting terhadap mutu papan
partikel (Frybort et al. 2008) serta berpengaruh sangat signikan terhadap sifat
papan partikel (Diebel et al. 2012; Biswas et al. 2010), khususnya terhadap
distribusi kerapatan papan partikel (Kruse et al. 2000). Ukuran partikel yang
lebih kecil akan menghasilkan papan partikel yang lebih baik (Osarenmwinda dan
Nwachuku 2007) sehingga kekuatan rekat papan partikel akan meningkat seiring
dengan penurunan ukuran partikel (Ngueho et al. 2008).
Secara umum sifat fisik dan mekanik papan partikel masih rendah
walaupun sifat mekanik papan hasil penelitian Hidayat et al. (2014) sudah baik
(Tabel 2.1). Penelitian tersebut tidak meninjau rasio protein-serat terhadap
kualitas papan yang dihasilkan. Selain itu, penelitian ini juga melakukan
pengembangan perlakuan pada kondisi proses dengan memvariasikan kondisi
proses (suhu, waktu dan tekanan) serta ukuran partikel, yang tidak dilakukan oleh
penelitian-penelitian sebelumnya. Lestari et al. (2012) hanya memvariasikan
suhu dan waktu saja, Kartika et al. (2013) tidak memvariasikan kondisi proses,
Hidayat et al. (2014) memvariasikan suhu, waktu dan tekanan pengempaan dan
Evon et al. (2010) hanya memvariasikan suhu pengempaan saja. Berdasarkan hal
tersebut di atas, penelitian ini bertujuan untuk menganalisis keterkaitan sifat
fisikokimia, rasio protein-serat ampas jarak kepyar dan kondisi proses
pengempaan terhadap sifat fisik dan mekanik papan partikel yang dihasilkan.
Bahan dan Metode
Bahan dan Alat
Bahan baku yang digunakan adalah ampas jarak kepyar hasil dari proses
ekstraksi minyak secara mekanik menggunakan ekspeler, dan diperoleh dari PT.
Bio Green Land Sumbawa Besar, Nusa Tenggara Barat. Ampas jarak kepyar yang
dihasilkan merupakan hasil pengepresan minyak dari biji yang tidak dikupas
cangkang bijinya. Bahan kimia yang digunakan meliputi H2SO4, NaOH, HCl,
indikator mensel, heksan, alkohol, larutan NDS (Neutral Detergent Solution) dan
ADS (Acid Detergent Solution). Pelarut dan bahan-bahan kimia yang digunakan
adalah teknis dan analytical grade, yang diperoleh dari Sigma-Aldrich,
AppliChem dan J.T. Baker, Indonesia.
Alat-alat yang digunakan adalah disk mill, cetakan press persegi 10 cm x 10
cm x 0.5 cm, lembaran teflon, oven, desikator, inkubator. Peralatan kempa
hidrolik, Universal Testing Machine (UTM) merk Instron 3369, SEM JEOL JSM6510 LA, FTIR spectrometer Bruker Tensor-37, XRD-700 Shimadzudan GC-MS.

9

Persiapan dan Karakterisasi Bahan Baku
Bahan baku ampas jarak kepyar dikeringkan pada suhu 50 C selama 24 jam
sampai kadar airnya 7%. Pengujian komponen serat seperti selulosa, lignin dan
hemiselulosa pada ampas dilakukan dengan menggunakan metode Van Soest
(1991) dan pengujian senyawa fenolik terlarut dari ampas dengan GC-MS
(Lampiran 1). Ampas kering selanjutnya digiling dengan disk mill dan diayak
pada beberapa ukuran (20, 40, 60, 80 dan 100 mesh). Ampas kering sebelum dan
sesudah pengecilan ukuran kemudian dikarakterisasi komponen-komponennya
(kadar air, protein kasar, lemak kasar, serat kasar, abu dan karbohidrat)
menggunakan metode yang berdasarkan pada SNI-01-2891-1992. Prosedur
analisis komponen-komponen ampas jarak kepyar dapat dilihat pada Lampiran 1.
Pengamatan lain untuk melihat mikrostruktur dengan XRD dilakukan terhadap
ampas jarak kepyar sebelum dan sesudah pengecilan ukuran.
Rancangan Percobaan
Penelitian dirancang menggunakan Central Composite Design (CCD)
dengan 5 kali ulangan untuk titik sentral. Faktor-faktor yang diteliti seperti
ditunjukkan pada Tabel 2.2 yang meliputi suhu (X1), waktu (X2), tekanan (X3) dan
= 0.05 dan RSM
ukuran partikel (X4). Analisis varian (ANOVA) dengan
digunakan untuk menganalisis hubungan antara respon dengan parameter/faktor
proses pengempaan. Data hasil penelitian ini diolah menggunakan program
Design-Expert 9 (2002).
Sebelum melakukan percobaan dengan menggunakan rancangan CCD,
daerah minimum dan maksimum dari masing-masing faktor kondisi proses
diketahui terlebih dahulu. Penetapan kondisi proses (faktor) pada penelitian ini
mengacu kepada studi sebelumnya. Penetapan suhu kempa minimum 160 C dan
maksimum 180 C berdasarkan pada literatur suhu denaturasi protein ampas jarak
pagar sekitar 172 C (Diebel et al. 2012). Tekanan kempa minimum dan
maksimum yang ditetapkan adalah 160 kgf/cm2 dan 200 kgf/cm2 mengacu kepada
beberapa literatur yang rentang tekanan pengempaannya adalah sekitar 100-320
kgf/cm2 (Hidayat et al. 2014; Lestari et al. 2012; Evon et al. 2010). Penetapan
waktu berdasarkan pada penelitian Lestari et al. (2012), sedangkan ukuran
partikel mengacu kepada penelitian Diebel et al. (2012). Berdasarkan rancangan
yang telah ditetapkan, selanjutnya dilakukan pengecilan ukuran ampas jarak
kepyar.
Tabel 2.2 Kondisi proses produksi papan partikel ampas jarak kepyar
Nilai Level
Faktor
-2
-1
0
1
2
150
160
170
180
190
Suhu ( C), X1
Waktu (menit), X2
4
6
8
10
12
Tekanan (kgf/cm2), X3
140
160
180
200
220
Ukuran Partikel (mesh), X4
20
40
60
80
100

10

Proses Pengecilan Ukuran Ampas Jarak Kepyar
Perlakuan pengecilan ukuran ampas jarak kepyar dilakukan untuk
menyeragamkan ukuran partikel bahan baku sehingga memudahkan dalam proses
pengempaan. Selain itu perlakuan penyaringan ampas pada berbagai ukuran
saringan ampas bertujuan untuk mendapatkan rasio protein-serat yang bervariasi
pula. Pada tahap awal, ampas sebanyak 50 kg digiling dengan disk mill untuk
memudahkan proses penyaringan. Ampas yang telah digiling kemudian dibagi
masing-masing sebanyak 10 kg. Untuk mendapatkan ukuran partikel 20 sampai
100 mesh, masing-masing ampas jarak (10 kg) yang telah digiling, diayak
menggunakan saringan 20 (0.853 m), 40 (0.42 m), 60 (0.251 m), 80 (0.178
m) dan 100 mesh (0.152 m). Penyaringan bertingkat selanjutnya dilakukan
untuk tujuan penyeragaman ukuran partikel. Saringan 100 mesh akan
menghasilkan berbagai ukuran ampas < 100 mesh, yang tidak lolos penyaringan.
Ampas tersebut kemudian disaring dengan saringan 80 mesh dan sisa ampas yang
tidak lolos 80 mesh ini kemudian disaring menggunakan saringan 60 mesh.
Selanjutnya sisa ampas tidak lolos saringan 60 mesh, disaring menggunakan
saringan 40 mesh dan terakhir menggunakan saringan 20 mesh. Perlakuan
penyaringan bertingkat juga dilakukan pada ampas yang tidak lolos 80, 60, 40 dan
20 mesh.
Pembuatan Papan Partikel Tanpa Perekat dari Ampas Jarak Kepyar
Papan partikel ampas jarak kepyar dibuat dengan menggunakan cetakan
persegi yang terbuat dari plat baja berukuran 10 cm x 10 cm x 0.5 cm, dengan
kerapatan yang ditargetkankan sekitar 0.9 g/cm3. Ampas jarak dengan berbagai
ukuran dibuat lembaran papan partikel dengan menyusun ampas pada cetakan.
Pada proses ini diupayakan ampas terdistribusi secara merata ke dalam cetakan
agar diperoleh kerapatan yang seragam. Antara ampas jarak kepyar dan
lempengan plat dilapisi kertas teflon supaya mempermudah proses pemisahan
antara lembaran papan dan plat baja setelah pengempaan. Setelah lembaran papan
partikel terbentuk, pengempaan dilakukan
pada berbagai kondisi proses
pengempaan pada suhu (150-190 C), waktu (4-12 menit) dan tekanan (140-220
kgf/cm2).
Setelah pengempaan, papan partikel dikondisikan selama 10 hari pada suhu
30 C untuk menghilangkan tegangan-tegangan pada papan setelah pengempaan.
Setelah pengkondisian, papan partikel ampas jarak kepyar dipotong-potong
menjadi contoh uji yang mengaju pada standar ASTM D143-2009. Ukuranukuran contoh uji ditunjukkan seperti pada Gambar 2.1 dan tahapan proses
pembuatan papan partikel ditunjukkan pada Gambar 2.2.

11

MOE, MOR = 2.5 cm x 10 cm
IB = 5 cm x 5 cm
DSA2,DSA24,PT2,PT24 = 2 cm x 2 cm
KA = 9 cm2 (sisa potongan contoh uji)

Gambar 2.1 Ukuran contoh uji

Ampas jarak kepyar
Pengecilan ukuran ampas (20 – 100 mesh)
Pengempaan panas (150-190 C, 4-12 menit, 140-220 kgf/cm2

Papan partikel

Pengkondisian papan partikel (10 hari, suhu 30 C)

Pengujian sifat fisik dan mekanik papan partikel

Karakterisasi papan partikel: morfologi permukaan,
struktur kristalin dan gugus fungsional

Gambar 2.2 Tahapan proses produksi papan partikel dari ampas jarak kepyar

Pengujian Sifat Fisik dan Mekanik Binderless Papan Partikel
Pengujian sifat fisik dan mekanik papan partikel yang dilakukan meliputi
kadar air (KA), kerapatan (KP), daya serap air (DSA) selama 2 dan 24 jam,
pengembangan tebal (PT) selama 2 dan 24 jam, kekuatan lentur (Modulus of
Elasticity/MOE), kuat patah (Modulus of Rupture/MOR) dan keteguhan rekat
(Internal Bonding/IB). Pengujian sifat fisik dan mekanik papan partikel mengacu

12

pada ASTM D143-2009 dan prosedur pengujian dijelaskan lebih lanjut pada
Lampiran 2. Hasil pengujian sifat fisik dan mekanik tersebut selanjutnya
dibandingkan dengan standar papan partikel menurut JIS A 5908-2003 tipe-8.
Karakterisasi Struktur Kristalin Ampas Jarak Kepyar dan Papan Pertikel
Mikrostruktur ampas jarak kepyar dan papan partikel diamati dengan X-ray
diffractometer (XRD)-700 Shimadzu pada posisi statis menggunakan sumber
radiasi Cu K ( =1.5418 Å) dengan kondisi operasi pada 40 kV, 30 mA, sudut 2
= 10 - 60 dan kecepatan scan 2 /menit.
Karakterisasi XRD dilakukan pada ampas jarak kepyar untuk 6 jenis ukuran
partikel berturut-turut adalah : < 20 (ampas alami), 20, 40, 60, 80 dan 100 mesh
dan pada papan partikel yang berbahan baku ampas jarak kepyar berukuran 60
mesh untuk 5 variasi suhu pengempaan (150, 160, 170, 180 dan 190 C) dengan
kode sampel papan berturut-turut: CHP15, CHP16, CHP17, CHP18 dan CHP19.
Karakterisasi Gugus Fungsional Papan Partikel
Pengamatan spektrum serapan infra merah pada papan diamati dengan
Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrometer Bruker Tensor-37. Sampel
sebanyak 2 mg dibentuk pelet dengan penambahan Kbr 200 mg (ketebalan 1 mm).
Pelet yang terbentuk dikenai sinar infra merah dengan rentang bilangan
gelombang pada 500-4000 cm-1, 32 scan dan resolusi 4 cm-1. Analisa FTIR
dilakukan untuk mengetahui keberadaan gugus fungsional dalam bahan yang
terkait dengan senyawa lignin, hemiselulosa, selulosa dan protein serta perubahan
senyawa-senyawa tersebut setelah perlakuan panas. Karakterisasi FTIR dilakukan
pada biji jarak kepyar (CS), ampas jarak kepyar (CSC), dan papan partikel
berbahan baku 60 mesh untuk 5 variasi suhu pengempaan dengan kode sampel
CHP15, CHP16, CHP17, CHP18 dan CHP19.
Karakterisasi Morfologi Permukaan Papan Partikel
Pengamatan morfologi permukaan papan partikel bertujuan untuk melihat
kehomogenan dan munculnya pori pada struktur permukaan papan, serta
mengamati perubahan geometri protein akibat perlakuan panas yang diberikan.
Hasil pengamatan tersebut dikaitkan dengan analisa sifat fisik dan mekanik papan
partikel. Karakterisasi SEM dilakukan pada papan partikel CHP15,CHP16,
CHP17, CHP18 dan CHP19.
Morfologi papan partikel diamati menggunakan Scanning Electron
Microscopy (SEM) merk JEOL JSM-6510 LA dengan tegangan akselerasi
elektron 20 kV dan perbesaran 30 kali.
Hasil dan Pembahasan
Karakteristik Ampas Jarak Kepyar
Ampas jarak kepyar sebelum pengecilan ukuran mempunyai kadar protein
(32.04%) dan kadar serat kasar (33.22%) yang cukup tinggi (Tabel 2.3).

13

Kandungan protein ampas jarak kepyar pada penelitian ini lebih tinggi dari hasil
penelitian yang dilaporkan oleh Annongu et al. (2008) yaitu 31.06%. Akan tetapi,
jika dibandingkan dengan hasil penelitian Akande et al. (2012) dan Nwigbo et al.
(2013) dengan kandungan protein