Pembuatan Dan Karakterisasi Papan Partikel Komposit Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit Dengan Pengikat Polietilena Kerapatan Tinggi Hasil Daur Ulang
TESIS
Oleh :
DAMEANTO PURBA
097026007/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2011
(2)
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL KOMPOSIT DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN PENGIKAT
POLIETILENA KERAPATAN TINGGI HASIL DAUR ULANG
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana
Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh :
DAMEANTO PURBA 097026007/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
(3)
Judul Tesis : PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL KOMPOSIT DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN PENGIKAT POLIETILENA KERAPATAN TINGGI HASIL DAUR ULANG
Nama : DAMEANTO PURBA
NIM : 097026007
Program Studi : Magister Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Menyetujui : Komisi Pembimbing,
Prof. Drs. Mohammad Syukur, M.Sc ( Ketua )
Prof. Eddy Marlianto, M.Sc, Ph.D ( Anggota )
Ketua Program Studi, Dekan,
Dr. Nasruddin M.N., M.Eng. Sc. Dr. Sutarman, M.Sc NIP. 19550707 198102 1 002 NIP.196310261991031001
(4)
PERNYATAAN ORISINILITAS
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL KOMPOSIT DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN PENGIKAT
POLIETILENA KERAPATAN TINGGI HASIL DAUR ULANG
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan , 14 Juni 2011
DAMEANTO PURBA NIM : 097026007
(5)
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertandatangan dibawah ini :
Nama : DAMEANTO PURBA
NIM : 097026007
Program Studi : Magister Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non - Eksklusif ( Non Exclusive Royalty Free Right ) atas tesis saya yang berjudul :
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL KOMPOSIT DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN PENGIKAT
POLIETILENA KERAPATAN TINGGI HASIL DAUR ULANG
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasikan tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan , 14 Juni 2011
DAMEANTO PURBA NIM : 097026007
(6)
Telah diuji pada
Tanggal : 14 Juni 2011
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Drs. Mohammad Syukur, M.Sc Anggota : 1. Prof. Eddy Marlianto, M.Sc, Ph.D
2. Dr. Kerista Sebayang, M.S
3. Dr. Anwar Darma Sembiring, M.S 4. Dr. Nasruddin M.N., M.Eng. Sc 5. Dr. Susilawaty, M.Si
(7)
DATA PRIBADI
Nama Lengkap dan Gelar : Drs. Dameanto Purba Tempat dan Tanggal Lahir : Sinaksak, 15 Januari 1971
Alamat Rumah : Jl. Hatirongga No 4 Pamatangsimalungun Kec. Siantar, Kab. Simalungun
Telefon / HP : ( 0622 ) 7550137 / 081362322893
E - mail : dameantopurba@ymail.com
Instansi Tempat Bekerja : Pemerintah Kabupaten Simalungun Alamat Kantor : Jl. Sutomo No. 68 Pamatangraya
Telefon : ( 0622 ) 331147
DATA PENDIDIKAN
SD : SD Negeri 101982 Kotarih Tammat : 1983
SMP : SMP YPS. Kotarih Tammat : 1996
SMA : SMA Negeri 1 Bangun Purba Tammat : 1989 Strata -1 : FPMIPA IKIP Negeri Medan Tammat : 1994
(8)
KATA PENGANTAR
Pertama-tama kami panjatkan puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala kelimpahan rakhmad dan karunia-Nya yang dapat kami terima sehingga tesis ini dapat diselesaikan.
Dengan selesainya tesis ini perkenankanlah kami mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada kami untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister.
Dekan fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara Dr. Sutarman, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr. Nasruddin M.N., M.Eng, Sc dan sekretaris Program Studi Magister Fisika Dr. Anwar Darma Sembiring, M.S beserta seluruh staf pengajar Program Studi Magister Fisika pada Progran Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya kami ucapkan kepada Prof. Drs. Mohammad Syukur, M.Sc selaku pembimbing utama yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan dorongan , bimbingan kepada kami, demikian juga kepada Prof. Eddy Marlianto, M.Sc, Ph.D selaku pembimbing kami yang telah menuntun dan membimbing kami hingga selesainya penelitian ini.
Kepada Ibunda tercinta Rosdiana Saragih yang selalu mendoakan kami selama studi terlebih kepada istri tersayang Dra. Maristiwa Siahaan serta anak-anakku terkasih Tia Idovanni dan Ryan Agustin atas pengorbanan kalian baik berupa moril dan meteril serta waktu bersama yang hilang selama studi, budi baik ini tidak dapat dibalas hanya diserahkan kepada Tuhan Yang Maha Esa.
(9)
POLIETILENA KERAPATAN TINGGI HASIL DAUR ULANG
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan dan karakterisasi papan partikel komposit dari tandan kosong kelapa sawit dengan pengikat polietilena kerapatan tinggi hasil daur ulang. Bentuk susunan serat tandan kosong kelapa sawit dalam papan partikel adalah susunan acak. Komposisi berat serat tandan kosong kelapa sawit yang dibuat adalah 30%, 40%, 50%, 60% dan 70%. Untuk mengetahui karakteristik papan partikel dilakukan pengujian terhadap sifat fisik meliputi kerapatan, kadar air dan pengembangan tebal serta sifat mekanik meliputi kuat lentur, modulus elastisitas, kuat rekat internal dan kuat impak. Hasil pengujian terhadap sifat fisik dari papan partikel sudah memenuhi standar. Hasil pengujian sifat mekanik dalam hal ini kuat lentur yang paling optimal diperoleh pada komposisi berat tandan kosong kelapa sawit 50% sebesar 135,78 kgf/cm2, sementara modulus elastisitasnya masih dibawah standar. Hasil pengujian kuat rekat internal yang terbaik diperoleh pada komposisi berat tandan kosong kelapa sawit 60% sebesar 6,55 kgf/cm2. Sedangkan hasil pengujian kuat impak terbaik diperoleh pada komposisi berat 30% sebesar 3,85 kgf/cm2. Secara umum disimpulkan papan partikel sudah memenuhi standar, sementara komposisi berat tandan kosong kelapa sawit yang menghasilkan papan partikel yang lebih optimal diperoleh pada berat tandan kosong kelapa sawit 60% dan papan partikel yang dihasilkan relatif tahan air.
Kata kunci : Papan Partikel, Tandan Kosong Kelapa Sawit, Polietilena Kerapatan Tinggi.
(10)
MANUFACTURING AND CHARACTERIZATION PARTICLE BOARD COMPOSITE
FROM OIL PALM EMPTY FRUIT BUNCHES WITH BINDER RECYCLED HIGH DENSITY POLYETHYLENE
ABSTRACT
The research on manufacturing and characterization particle board composite from oil palm empty fruit bunches with recycle of high density polyethylene has been done. Weight composition of oil palm empty fruit bunches fiber that is done at 30%, 40%, 50%, 60% and 70%. To know the characteristic of particle board made physical test like density test, moisture content test and swelling in thicknese test and mechanical test like bending strength and modulus of elasticity test, internal bond test and impact test. The result of physical testing on particle board has suited with standard and result of mechanical testing in this case bending strength most optimal is taken at weight composition 50% of oil palm empty fruit bunches amounting 135,78 kgf/cm2 but modulus of elasticity is still under of standard. The best result of internal bond testing at weight composition 60% oil palm empty fruit bunches amounting 6,55 kgf/cm2 and result of impact strength testing is 30% amounting 3,85 kgf/cm2. Concluded the particle board has suited of standard. While weight composition of empty fruit bunches is produced particle board most optimal at 60% of weight and particle board is produced relatively can not absorb the water.
(11)
ABSTRAK ii
ABSTRACT iii
DAFTAR ISI iv
DAFTAR TABEL vii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN ix
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 1.3 Pembatasan Masalah
4 4
1.4 Tujuan Penelitian 5
1.5 Manfaat Penelitian 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6
2.1 Papan Partikel Sebagai Komposit 6
2.2 Polietilena Sebagai Polimer 6
2.3 Tandan Kosong Kelapa Sawit 8
2.4 Komposit 10
2.4.1 Klasifikasi Bahan Komposit 11
2.4.2 Tipe Komposit Serat 12
2.4.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Performa Komposit
13
2.5 Anhidrida Maleat Sebagai Aditif 15 2.6 Benzoil Peroksida Sebagai Inisiator 16
2.7 Pencampuran Polimer 16
2.7.1 Pencampuran Polietilena dengan Serat 17 2.7.2 Kompatibilitas Pencampuran Polietilena 17
(12)
dengan Serat
2.8 Karakterisasi Papan Partikel Komposit 2.8.1 Pengujian Sifat Fisik
2.8.2 Pengujian Sifat Mekanik
18 18 20
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 23
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian 23
3.2 Alat dan Bahan yang Digunakan 23
3.2.1 Alat-alat yang Digunakan 23
3.2.2 Bahan-bahan yang Digunakan 23
3.3 Rancangan Penelitian 24
3.3.1 Perlakuan pada TKKS 24
3.3.2 Perlakuan pada HDPE 24
3.3.3 Pembuatan Coupling Agent 24
3.3.4 Pembuatan Papan Partikel Komosit 24
3.3.5 Pembuatan Sampel 25
3.4 Variabel Penelitian 26
3.4.1 Variabel Bebas 26
3.4.2 Variabel Terikat 26
3.5 Diagram Alir Penelitian 26
3.5.1 Penyiapan HDPE Daur Ulang 26
3.5.2 Penyiapan TKKS 27
3.5.3 Pembuatan Papan Partikel Komposit 28
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 29
4.1 Sifat Fisis Papan Partikel Komposit 29
4.1.1 Hasil Pengujian Kerapatan 30
4.1.2 Hasil Pengujian Kadar Air 31
4.1.3 Hasil Pengujian Pengembangan Tebal 32 4.2 Sifat Mekanik Papan Partikel Komposit 33
(13)
4.3 Interpretasi Data Hasil Penelitian 40
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 41
5.1 Kesimpulan 41
5.2 Saran 42
DAFTAR PUSTAKA 43
(14)
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel J u d u l Halaman
2.1 Sifat Fisik dan Morfologi TKKS 9
2.2 Komposisi dan Sifat Kimia TKKS 10
2.3 Sifat Fisik dan Mekanik dari Papan Partikel 18 4.1 Rekapitulasi Data Sifat Fisik Papan Partikel Komposit 29
4.2 Rata-rata Kerapatan Papan Partikel Komposit 30
4.3 Rata-rata Kadar Air Papan Partikel Komposit 31
4.4 Rata-rata Pengembangan Tebal Papan Partikel Komposit 32 4.5 Rekapitulasi Data Sifat Mekanik Papan Partikel Komposit 34 4.6 Rata-rata Kuat Lentur Papan Partikel Komposit 34 4.7 Rata-rata Modulus Elastisitas Papan Partikel Komposit 36 4.8 Rata-rata Kuat Rekat Internal Papan Partikel Komposit 37 4.9 Rata-rata Kuat Impak Papan Partikel Komposit 39
(15)
2.1 Etilena suatu monomer dan unit berulang polietilena 6
2.2 Botol dan Jerigen dari Bahan HDPE 8
2.3 TKKS Sisa Olahan Pabrik Kelapa Sawit 9
2.4 Tipe Discontinuous fiber 12
2.5 Tipe Komposit Serat 13
2.6 Anhidrida Maleat 15
2.7 Alat Universal Testing Machine 20
2.8 Pemasangan Sampel Uji Kuat Lentur 21
2.9 Pemasangan Sampel Uji Kuat Rekat Internal 22
2.10 Alat Uji Kuat Impak 22
4.1 Papan Partikel Komposit dalam Bentuk Sampel 29
4.2 Grafik Kerapatan Papan Partikel Komposit 30
4.3 Grafik Kadar Air Papan Partikel Komposit 31
4.4 Grafik Pengembangan Tebal Papan Partikel Komposit 33 4.5 Grafik Kuat Lentur Papan Partikel Komposit 35 4.6 Grafik Modulus Elastisitas Papan Partikel Komposit 37 4.7 Grafik Kuat Rekat Internal Papan Partikel Komposit 38
(16)
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran J u d u l Halaman
A Data Hasil Pengujian Kerapatan L-1
B Data Hasil Pengujian Kadar Air L-2
C Data Hasil Pengujian Pengembangan Tebal L-3
D Data Hasil Pengujian Kuat Lentur L-4
E Data Hasil Pengujian Modulus Elastisitas L-5
F Kurva Tegangan – Regangan Pengujian Kuat Lentur L-6
G Data Hasil Pengujian Kuat Rekat internal L-7
H Data Hasil Pengujian Kuat Impak L-8
(17)
POLIETILENA KERAPATAN TINGGI HASIL DAUR ULANG
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan dan karakterisasi papan partikel komposit dari tandan kosong kelapa sawit dengan pengikat polietilena kerapatan tinggi hasil daur ulang. Bentuk susunan serat tandan kosong kelapa sawit dalam papan partikel adalah susunan acak. Komposisi berat serat tandan kosong kelapa sawit yang dibuat adalah 30%, 40%, 50%, 60% dan 70%. Untuk mengetahui karakteristik papan partikel dilakukan pengujian terhadap sifat fisik meliputi kerapatan, kadar air dan pengembangan tebal serta sifat mekanik meliputi kuat lentur, modulus elastisitas, kuat rekat internal dan kuat impak. Hasil pengujian terhadap sifat fisik dari papan partikel sudah memenuhi standar. Hasil pengujian sifat mekanik dalam hal ini kuat lentur yang paling optimal diperoleh pada komposisi berat tandan kosong kelapa sawit 50% sebesar 135,78 kgf/cm2, sementara modulus elastisitasnya masih dibawah standar. Hasil pengujian kuat rekat internal yang terbaik diperoleh pada komposisi berat tandan kosong kelapa sawit 60% sebesar 6,55 kgf/cm2. Sedangkan hasil pengujian kuat impak terbaik diperoleh pada komposisi berat 30% sebesar 3,85 kgf/cm2. Secara umum disimpulkan papan partikel sudah memenuhi standar, sementara komposisi berat tandan kosong kelapa sawit yang menghasilkan papan partikel yang lebih optimal diperoleh pada berat tandan kosong kelapa sawit 60% dan papan partikel yang dihasilkan relatif tahan air.
Kata kunci : Papan Partikel, Tandan Kosong Kelapa Sawit, Polietilena Kerapatan Tinggi.
(18)
MANUFACTURING AND CHARACTERIZATION PARTICLE BOARD COMPOSITE
FROM OIL PALM EMPTY FRUIT BUNCHES WITH BINDER RECYCLED HIGH DENSITY POLYETHYLENE
ABSTRACT
The research on manufacturing and characterization particle board composite from oil palm empty fruit bunches with recycle of high density polyethylene has been done. Weight composition of oil palm empty fruit bunches fiber that is done at 30%, 40%, 50%, 60% and 70%. To know the characteristic of particle board made physical test like density test, moisture content test and swelling in thicknese test and mechanical test like bending strength and modulus of elasticity test, internal bond test and impact test. The result of physical testing on particle board has suited with standard and result of mechanical testing in this case bending strength most optimal is taken at weight composition 50% of oil palm empty fruit bunches amounting 135,78 kgf/cm2 but modulus of elasticity is still under of standard. The best result of internal bond testing at weight composition 60% oil palm empty fruit bunches amounting 6,55 kgf/cm2 and result of impact strength testing is 30% amounting 3,85 kgf/cm2. Concluded the particle board has suited of standard. While weight composition of empty fruit bunches is produced particle board most optimal at 60% of weight and particle board is produced relatively can not absorb the water.
(19)
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Komposit adalah suatu sistem bahan (meterial) yang tersusun dari campuran atau kombinasi dari dua atau lebih konstituen makro yang berbeda dalam bentuk atau komposisi bahan dan tidak larut satu dengan yang lainnya (Rowell, 1997). Unsur penyusun suatu bahan komposit terdiri dari matriks dan penguat (reinforcement). Bagian dominan yang mengisi komposit disebut dengan matriks sedangkan bagian yang tidak dominan disebut dangan penguat (Humaidi, 1998).
Dewasa ini komposit kayu plastik (Wood-Plastic Composite) adalah salah satu sektor yang paling dinamis dari industri plastik. Material ini terdiri dari campuran serat kayu atau sejenisnya dengan polimer yang bersifat termoplastik seperti polietilena (PE), polipropilena (PP) dan sebagainya. Polimer termoplastik akan lunak bila dipanaskan dan akan mengeras setelah dingin. Sifat-sifat ini memungkinkan material lain seperti partikel kayu atau sejenisnya dapat bercampur dengan plastik jenis ini membentuk suatu material komposit.
Seiring dengan perkembangan teknologi, kebutuhan akan plastik terus meningkat. Data dari BPS tahun 1999 menunjukkan bahwa volume perdagangan plastik impor Indonesia, pada tahun 1995 sebesar 136.122,7 ton sedangkan pada tahun 1999 sebesar 182.523,6 ton, sehingga dalam kurun waktu tersebut terjadi peningkatan sebesar 34,15%. Jumlah tersebut diperkirakan akan terus meningkat pada tahun-tahun selanjutnya. Sebagai konsekuensinya, peningkatan sisa olahan plastikpun tidak terelakkan.
Menurut Hartono (1998) empat jenis sampah plastik yang populer dan banyak di produksi yaitu polietilena (PE), polietilena kerapatan tinggi (High Density Polyethylene ) selanjutnya disingkat HDPE , polipropilena (PP), dan asoi. HDPE termasuk salah satu jenis bahan yang memiliki sifat padat, keras, kuat dan kedap
(20)
2
air, yang sukar terdegradasi secara alamiah, sehingga merupakan penyebab pencemaran lingkungan yang potensial.
Pemanfaatan sampah plastik merupakan upaya menekan pembuangan plastik seminimal mungkin dan dalam batas tertentu menghemat sumber daya dan mengurangi ketergantungan bahan baku impor. Pemanfaatan sisa olahan plastik dapat dilakukan dengan pemakaian kembali (reuse) maupun daur ulang (recycle). Pemanfaatan plastik daur ulang dalam pembuatan kembali barang-barang plastik telah berkembang pesat. Hampir seluruh jenis sisa olahan plastik (80%) dapat diproses kembali menjadi barang semula walaupun harus dilakukan pencampuran dengan bahan baku baru dan additive untuk meningkatkan kualitasnya (Syafitrie, 2001). Disamping itu, bahan baku pembuatan papan partikel yang selama ini adalah serat kayu hutan yang semakin hari semakin sulit didapatkan akibat daya dukung hutan kita yang semakin sedikit. Beranjak dari kondisi tersebut, telah banyak upaya meningkatkan penggunaan bahan berlignoselulosa non kayu, dan pengembangan produk-produk inovatif sebagai bahan baku furniture pengganti kayu. Salah satu bahan lignoselulosa yang tersedia melimpah yang merupakan sisa olahan pabrik kelapa sawit adalah tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Untuk daerah Sumatera Utara, produksi tandan buah segar (TBS) kelapa sawit mencapai 780.678,80 ton dari areal lahan perkebunan seluas 68.845,87 Ha. (Disbun - Propinsi Sumatera Utara, 2004). Sementara itu, dari berbagai jenis sisa olahan pabrik kelapa sawit, TKKS merupakan sisa olahan terbesar yaitu sekitar 23% dari tandan buah segar (Witjaksana, 2006).
Dari data diatas dapat diperkirakan untuk daerah Sumatera Utara Saja, produksi sisa olahan TKKS untuk tahun 2004 mencapai 179.556,12 ton. Semakin luas perkebunan kelapa sawit akan diikuti dengan peningkatan produksi dan jumlah sisa olahan kelapa sawit. Jumlah ini merupakan bahan baku yang sangat potensial untuk pembuatan papan partikel komposit. Pemakaian papan partikel komposit terutama untuk perabotan rumah (furniture) yang banyak digunakan masyarakat kita seperti produk Olympic, Ligna dan yang lainya, pada umumnya merupakan papan partikel dari serat kayu dan sejenisnya dengan perekat yang larut dalam air, sehingga untuk masyarakat yang tinggal didaerah pesisir, daerah
(21)
yang rawan banjir atau di daerah dengan kelembaban yang tinggi, produk tersebut mudah rusak kerena daya resap air yang tinggi.
Pembuatan papan partikel komposit dengan menggunakan matriks dari plastik yang telah didaur ulang, selain dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan kayu kerana dapat digantikan serat lain, juga dapat mengurangi pembebanan lingkungan terhadap sisa olahan plastik disamping menghasilkan produk inovatif sebagai bahan perabot pengganti kayu. Keunggulan produk ini antara lain : biaya produksi lebih murah, bahan bakunya melimpah, fleksibel dalam proses pembuatannya, kerapatannya rendah, lebih bersifat biodegradable (dibanding plastik), memiliki sifat-sifat yang lebih baik dibandingkan bahan baku asalnya, dapat diaplikasikan untuk berbagai keperluan, serta bersifat dapat didaur ulang (Febrianto, 1999).
Papan partikel komposit yang terbuat dari bahan kayu (serat) dan plastik terutama digunakan pada pemakaian luar ruangan (out door) seperti kursi taman, dek (geladak kapal) dan juga dapat digunakan pada pemakaian dalam ruangan (in door) seperti produk mebel (lemari, meja, kursi). Keuntungan dari komposit kayu plastik dibanding dengan kayu alam adalah konsisten dan bentuknya seragam, tidak lapuk dan tidak dimakan serangga, tidak menyerap air dan tidak memerlukan pengecatan secara periodik (Wichsler A., dkk, 2007).
Dari semua persoalan diatas maka dicari suatu alternatif pembuatan papan partikel komposit kayu plastik yang memiliki kekuatan mekanik baik, tidak menyerap air, bahan baku berlimpah dan mudah didapatkan, tidak mahal serta ramah lingkungan. Pemilihan serat TKKS karena dibanding filler anorganik yang biasa (CaCO3) harganya lebih murah, tidak menggunakan perekat. Hanya saja yang menjadi persoalan, percampuran HDPE hasil daur ulang dengan serat TKKS memiliki daya adhesi yang lemah, disebabkan karena serat TKKS tidak bercampur baik dengan HDPE hasil daur ulang, karena sifatnya yang bertolak belakang dimana, serat TKKS bersifat hidrofilik (menyarap air) sedangkan HDPE bersifat hidrofobik (menolak air). Sehingga untuk meningkatkan daya adhesinya diperlukan suatu zat aditif (tambahan) yang berfungsi sebagai compatibilizer,
(22)
4
dalam hal ini dapat digunakan bahan seperti maleat anhidrida – HDPE dan benzoil peroksida.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Dari latar belakang permasalahan yang telah diuraikan diatas, maka masalah dalam penelitian ini dirumuskan sebagai berikut :
Berapakah persentase berat serat TKKS dengan sampah plastik HDPE daur ulang yang menghasilkan papan partikel komposit dengan sifat fisik dan mekanik yang optimal ?
1.3 PEMBATASAN MASALAH
Dalam penelitian ini permasalahan dibatasi pada :
1. Papan partikel komposit yang dibuat menggunakan HDPE hasil daur ulang sebagai matriks dan serat TKKS sebagai filler.
2. Jenis HDPE yang digunakan adalah jenis HDPE hasil sekali daur ulang ( oncerecycle).
3. Susunan serat TKKS berupa susunan acak. 4. Ukuran serat TKKS yang dipakai ± 0,5 cm.
5. Ukuran ketebalan papan partikel komposit yang dibuat adalah ± 1 cm. 6. Variasi persentase berat serat TKKS didalam matriks adalah 30%,
40%, 50%, 60%, 70%.
7. Pengujian sifat fisik berupa uji kerapatan, uji kadar air dan uji pengembangan tebal. Sementara sifat mekanik berupa uji kuat lentur, modulus elastisitas, uji kuat impak dan uji kuat rekat internal.
1.4 TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah :
1.Pemanfaatan TKKS sisa olahan pabrik kelapa sawit dan HDPE hasil daur ulang.
2.Pembuatan papan partikel komposit dari TKKS dan HDPE hasil daur ulang.
(23)
3.Mengetahui persentase berat TKKS dan berat HDPE daur ulang yang menghasilkan papan partikel komposit dengan sifat fisik dan mekanik yang optimal.
1.5 MANFAAT PENELITIAN
Adapun beberapa manfaat yang didapatkan dari pelaksanaan penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Memberi informasi tentang persentase berat serat tandan TKKS dengan HDPE daur ulang yang menghasilkan papan partikel komposit dengan sifat fisik dan mekanik yang optimal.
2. Mengurangi dampak pencemaran lingkungan akibat sampah plastik yang tidak terdegradasi oleh lingkungan secara alamiah.
3. Memberikan nilai tambah pemanfaatan sisa olahan pabrik kelapa sawit, terutama sisa olahan padatnya.
4. Mengurangi kebutuhan kayu hutan sebagai bahan baku papan partikel sehingga membantu menurunkan tingkat kerusakan hutan.
5. Mendapatkan papan partikel komposit yang kuat, tahan air dan tidak mahal.
(24)
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 PAPAN PARTIKEL SEBAGAI KOMPOSIT
Papan partikel adalah lembaran hasil pengempaan panas campuran partikel kayu atau bahan berligno-selulosa lainnya dengan perekat organik dan bahan lainnya (Iskandar, 2009). Papan partikel merupakan lembaran bahan yang terbuat dari serpihan kayu atau bahan yang berligno-selulosa seperti keping, serpih, untai yang disatukan dengan pengikat organik dengan memberikan perlakuan panas, tekanan, katalis dan sebagainya (FAO, 1997).
Penggunaan papan partikel sangat luas, pada sejumlah pemakaian papan partikel digunakan sebagai pilihan lain terhadap kayu lapis (Haygreen dan Buwyer, 1996). Papan partikel yang umum diproduksi adalah papan partikel dengan kerapatan sedang sebab memberikan hasil yang optimal ditinjau dari segi mekanik, pemakaian perekat dan aspek ekonominya (Djalal, 1984)
2.2 POLIETILENA SEBAGAI POLIMER
Polietilena (Polyetylene) merupakan suatu polimer yang terbentuk dari banyak unit yang berulang dari monomer etilena.
Etilena (monomer ) Polietilena (Polimer )
(25)
Polietilena disebut juga polietena atau politena merupakan etena homopolimer memiliki berat molekul 1500 – 100.000 dengan perbandingan C (85,7%) dan H (14,3%), dapat dibuat melalui proses polimerisasi etilena cair pada suhu dan tekanan tinggi atau rendah. Polietilena adalah bahan termoplastik yang transparan berwana putih mempunyai titik leleh bervariasi antara 110oC – 137oC. Umumnya polietilena bersifat resisten terhadap zat kimia. Pada suhu kamar, polietilena tidak larut dalam pelarut organik dan anorganik (Bilmeyer, 1994). Beberapa jenis polietilena antara lain : Low Density Polyethylene (LDPE) dengan massa jenis (0,910 - 0,926)gr/cm3, Medium Density Polyethylene (MDPE) dengan massa jenis (0,926 – 0,940) gr/cm3 dan High Density Polyethylene (HDPE) dengan massa jenis (0,941 – 0,965) gr/cm3 (Surdia, T. 1999).
LDPE memiliki struktur rantai percabangan yang tinggi dengan cabang yang panjang dan pendek. Sedangkan HDPE mempunyai struktur rantai lurus. Sedikitnya cabang-cabang pada rantai terutama akan memperkuat gaya ikatan antar molekul. Dengan berdekatannya rantai-rantai utama akan menaikkan kristalinitas, kerapatan atau rapat massa dan kekuatannya.
Adanya beberapa struktur dari polietilena akan memberikan sifat fisik yang berbeda dari bahan polimer. Struktur rantai bercabang mempunyai kekuatan yang lebih rendah karena cabang-cabang akan mengurangi gaya-gaya ikatan antar molekul. Proses pembuatan rantai dari polimer termoplastik polietilena secara umum dapat dilakukan dengan dua cara yaitu :
a. Proses dengan kondisi pada tekanan tinggi yang menghasilkan LDPE. b. Proses dengan kondisi pada tekanan rendah yang menghasilkan HDPE. Jenis polietilena yang banyak adalah LDPE yang mepunyai rantai cabang, yang banyak digunakan sebagai kemasan yaitu sekitar 44,5% dari plastik kemasan, kemudian HDPE yang tidak mempunyai rantai cabang, tapi merupakan rantai utama yang lurus sekitar 25,4% (Cowd, 1991).
(26)
Sifat-sifat dari polietilena sangat dipengaruhi oleh struktur rantai dan kerapatannya. LDPE lebih bersifat elastis dibanding HDPE. Hal ini karena sifat kristalinitasnya rendah disebabkan adanya cabang-cabang dari rantai polimer itu, sedangkan HDPE mempunyai sifat kristalinitas lebih tinggi dan lebih kaku, karena HDPE merupakan polimer linier. Dengan adanya perbedaan bentuk rantai dan kerapatan ini dapat menyebabkan perbedaan sifat kedua jenis polietilen tersebut. Sedangkan LLDPE merupakan suatu jenis polietilena yang paling prospektif karena kemudahan proses pembuatan dan diproduksi dalam berbagai pembuatan yaitu proses polimerisasi menggunakan berbagai jenis katalis Ziger Natta. Sifat-sifat LLDPE sangat dipengaruhi oleh kromomer yang ditambahkan. LLDPE dapat digunakan dalam berbagai produk dan aplikasi sebagai kemasan berbentuk film, botol tabung dan penutup (Cowd, 1991).
8
HDPE sangat banyak digunakan untuk peralatan laboratorium, alat medis, insulator listrik, pelapis kertas, peralatan pada industri tekstil, untuk kemasan oli dan sebagainya.
(27)
tandan kosong, cangkang dan serat buah. Dari berbagai jenis komponen sisa olahan pabrik kelapa sawit yang dihasilkan itu, TKKS merupakan komponen yang paling banyak dihasilkan , jika dibandingkan dengan sisa olahan yang lainnya.
9
Gambar 2.3 TKKS Sisa Olahan Pabik Kelapa Sawit
TKKS banyak mengandung serat disamping zat-zat lainnya. Bagian dari tandanan yang banyak mengandung serat atau selulosa adalah bagian pangkal dan ujungnya yang runcing dan keras. Secara umum sifat fisik dan morfologi serat TKKS diperlihatkan pada tabel berikut.
(28)
Tabel 2.1 Sifat Fisik dan Morfologi TKKS
Bagian-bagian TKKS Parameter
Bagian Pangkal Bagian ujung
Panjang Serat (mm) 1,20 0,76
Diameter Serat (µm) 15,00 114,34
Tebal dinding (µm) 3,49 3,68
Kadar serat (%) 72,67 62,47
Kadar non serat (%) 27,33 37,53
( Darnoko, dkk., 1995)
Selain data-data sifat fisik dan morfologi TKKS diatas, bahan-bahan penyusun TKKS dalam bentuk komposisi dan sifat kimia yang terkandung didalamnya
seperti diperlihatkan tabel berikut. 10
Tabel 2.2 Komposisi dan Sifat Kimia TKKS
Komponen Kimia Komposisi ( % )
Lignin 22,23
Ekstraktif 6,37
Pentosan 26,69
α- selulosa 37,76
(29)
1% Na OH Air dingin Air panas
29,96 13,89 16,17 ( Darnoko, dkk., 1995)
2.4 KOMPOSIT
Komposit adalah penggabungan dari dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) sebagai pengisi dan bahan pengikat serat tersebut yang disebut matrik. Didalam komposit unsur utamanya adalah serat, sedangkan bahan pengikatnya menggunakan bahan polimer yang mudah dibentuk dan mempunyai daya pengikat yang tinggi. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah untuk menentukan karakteristik bahan komposit seperti : kekakuan, kekuatan dan sifat-sifat mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi serat digunakan untuk menahan sebagian besar gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik sendiri mempunyai fungsi melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia.
(30)
11
2.4.1 Klasifikasi Bahan Komposit
Klasifikasi komposit dapat dibentuk dari sifat dan strukturnya. Bahan komposit dapat diklasifikasikan kedalam beberapa jenis. Secara umum klasifikasi komposit yang sering digunakan antara lain :
1. Klasifikasi menurut kombinasi material utama, seperti metal-organic atau metal anorganic.
2. Klasifikasi menurut karakteristik bulk-form, seperti sistem matrik atau laminate.
3. Klasifikasi menurut distribusi unsur pokok, seperti continous dan discontinous.
4. Klasifikasi menurut fungsinya, seperti elektrikal atau struktural (Schwartz, 1984).
Sedangkan klasifikasi untuk komposit serat (fiber-matrik composites) dibedakan menjadi beberapa macam antara lain :
1. Fiber composites (komposit serat) adalah gabungan serat dengan matrik. 2. Flake composites adalah gabungan serpih rata dengan matrik.
3. Particulate composites adalah gabungan partikel dengan matrik.
4. Filled composites adalah gabungan matrik continous skeletal dengan matrik yang kedua.
5. Laminar composites adalah gabungan lapisan atau unsur pokok lamina (Schwartz, 1984).
Secara umum bahan komposit terdiri dari dua macam, yaitu bahan komposit partikel (particulate composite) dan bahan komposit serat (fiber composite). Bahan komposit partikel terdiri dari partikel-partikel yang di ikat oleh matrik. Bahan komposit serat terdiri dari serat-serat yang diikat oleh matrik yang saling berhubungan.
(31)
2.4.2 Tipe Komposit Serat
Untuk memperoleh komposit yang kuat harus dapat menempatkan serat dengan benar. Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit yaitu :
a. Continuous Fiber Composite
Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriknya. Jenis komposit ini paling sering digunakan. Tipe ini mempunyai kelemahan pada pemisahan antar lapisan. Hal ini dikarenakan kekuatan antar lapisan dipengaruhi oleh matriknya.
b. Woven Fiber Composite (bi-directional)
Komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya juga mengikat antar lapisan. Akan tetapi susunan serat memanjangnya yang tidak begitu lurus mengakibatkan kekuatan dan kekakuan akan melemah.
c. Discontinuous Fiber Composite
Discontinuous Fiber Composite adalah tipe komposit dengan serat pendek. Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3 jenis (Gibson, 1994)
Gambar 2.4 Tipe Discontinuous fiber
d.Hybrid Fiber Composite
Hybrid fiber composite merupakan komposit gabungan antara tipe serat lurus dengan serat acak. Tipe ini digunakan supaya dapat menganti kekurangan sifat dari kedua tipe dan dapat menggabungkan kelebihannya.
(32)
13
Gambar 2.5 Tipe Komposit Serat
Dalam Penelitian ini tipe komposit yang digunakan adalah Discontinuous Fiber Composite yakni tipe komposit berserat pendek dengan bentuk susunan serat acak ( randomly) dengan ukuran ± 0,5 cm.
2.4.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Performa Komposit
Terdapat beberapa faktor yang dapat mempengaruhi performa Fiber-Matrik Composites antara lain :
a. Faktor Serat
Serat adalah bahan pengisi matrik yang digunakan untuk dapat memperbaiki sifat dan struktur matrik yang tidak dimilikinya, juga diharapkan mampu menjadi bahan penguat matrik pada komposit untuk menahan gaya yang terjadi.
1). Letak Serat
Dalam pembuatan komposit tata letak dan arah serat dalam matrik yang akan menentukan kekuatan mekanik komposit, dimana letak dan arah dapat mempengaruhi kinerja komposit tersebut. Menurut tata letak dan arah serat diklasifikasikan menjadi tiga bagian yaitu:
(33)
One dimensional reinforcement, mempunyai kekuatan dan modulus maksimum pada arah axis serat.
Two dimensional reinforcement (planar), mempunyai kekuatan pada dua arah atau masing-masing orientasi serat.
Three dimensional reinforcement, mempunyai sifat isotropic . 2). Panjang Serat
Panjang serat dalam pembuatan komposit serat pada matrik sangat berpengaruh terhadap kekuatan. Ada dua penggunaan serat dalam campuran komposit yaitu serat pendek dan serat panjang. Ada serat alami dan ada juga serat sintetis. Serat alami jika dibandingkan dengan serat sintetis mempunyai panjang dan diameter yang tidak seragam pada setiap jenisnya. Oleh karena itu panjang dan diameter sangat berpengaruh pada kekuatan maupun modulus komposit. Panjang serat berbanding diameter serat sering disebut dengan istilah aspect ratio. Serat pendek lebih mudah peletakannya dibanding serat panjang. Panjang serat mempengaruhi kemampuan proses dari komposit serat. Pada umumnya, serat panjang lebih mudah penanganannya jika dibandingkan dengan serat pendek. Sedangkan komposit serat pendek, dengan orientasi yang benar, akan menghasilkan kekuatan yang lebih besar jika dibandingkan continous fiber.
b. Faktor Matrik
Matrik dalam komposit berfungsi sebagai bahan mengikat serat menjadi sebuah unit struktur, yang melindungi dari perusakan eksternal, meneruskan atau memindahkan beban eksternal pada bidang geser antara serat dan matrik, sehingga matrik dan serat saling berhubungan. Bahan polimer yang sering digunakan sebagai material matrik dalam komposit ada dua macam adalah termoplastik dan termoset. Termoplastik dan termoset ada banyak jenisnya yaitu:
(34)
1). Termoplastik, bahan-bahan yang tergolong diantaranya Polyamide (PI), Polysulfone (PS), Poluetheretherketone (PEEK), Polyhenylene Sulfide (PPS)Polypropylene (PP),Polyethylene (PE) dll.
15
2). Termoset, bahan-bahan yang tergolong diantaranya Epoksi, Polyester. Phenolic, Plenol, Resin Amino,Resin Furan dll.
c. Faktor Ikatan Fiber-Matrik
Komposit serat yang baik harus mampu menyerap matrik yang memudahkan terjadi antara dua fase (Schwartz, 1984). Selain itu komposit serat juga harus mempunyai kemampuan untuk menahan tegangan yang tinggi, karena serat dan matrik berinteraksi dan pada akhirnya terjadi pendistribusian tegangan. Kemampuan ini harus dimiliki oleh matrik dan serat. Hal yang mempengaruhi ikatan antara serat dan matrik adalah void, yaitu adanya celah pada serat atau bentuk serat yang kurang sempurna yang dapat menyebabkan matrik tidak akan mampu mengisi ruang kosong pada cetakan. Bila komposit tersebut menerima beban, maka daerah tegangan akan berpindah ke daerah void sehingga akan mengurangi kekuatan komposit tersebut (Schwartz, 1984).
2.5 ANHIDRIDA MALEAT SEBAGAI ADITIF
Anhidrida Maleat (2-5-furandion; cis-butenedioik anhidrat) dengan rumus umum C4H2O3 dengan berat molekul 98,06 dapat dibuat dengan mensublimasi asam maleat dan P2O5 dengan menurunkan tekanan.
(35)
senyawa aromatik. Karena harga benzena yang tinggi, sekarang pembuatan anhidrida maleat dilakukan dengan menggunakan n-Butana dengan reaksi seperti berikut:
CH3CH2CH2CH3 + 3,5 O2 CH2(CO)2O + 4 H2O
Anhidrida maleat larut dalam 100 gr pelarut pada suhu 25oC. Anhidrida maleat digunakan pada proses sintesa diena (sintesa Diehls Alder), reaksi kopolimerisasi, pembuatan resin-alkil dan bidang farmasi, bersifat sangat iritatif dan umumnya senyawa dengan dua karbon ikatan rangkap dan karbon oksigen. Anhidrida maleat dengan berat molekul 98,06 larut dalam air, meleleh pada temperatur 57oC sampai 60oC, mendidih pada temperatur 202oC dan specific grafity 1,5 (Gaylord, 1981). 2.6 BENZOIL PEROKSIDA SEBAGAI INISIATOR
Benzoil peroksida merupakan senyawa peroksida yang berfungsi sebagai inisiator dalam proses polimerisasi dan dalam pembentukan ikatan silang dari berbagai material polimer. Senyawa peroksida ini dapat digunakan sebagai pembentuk radikal bebas. Peroksida organik seperti benzoil peroksida diuraikan dengan mudah untuk menghasilkan radikal bebas benzoil. Benzoil peroksida memiliki waktu paruh 0,37 jam pada suhu 100oC. Penambahan sejumlah zat pembentuk radikal akan memberikan ikatan polimer (Al-Malaika, 1997).
2.7 PENCAMPURAN POLIMER
Proses pencampuran dalam pembuatan polimer secara umum dapat dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu :
(36)
a. Proses fisika, terjadi pencampuran secara fisik antara dua jenis polimer atau lebih yang memiliki struktur yang berbeda, tidak membentuk ikatan ekivalen antara komponen-komponennya.
17 b.Proses kimia, menghasilkan kopolimer yang ditandai dengan terjadinya
ikatan-ikatan kovalen antar polimer penyusunnya. Interaksi yang terjadi didalam campuran ini berupa ikatan vander walls, ikatan hidrogen atau interaksi dipol-dipol.
Pencampuran polimer komersial dapat dihasilkan dari polimer sintetik dengan polimer alam. Pencampuran yang dihasilkan dapat berupa campuran homogen dan campuran heterogen (Nurjana, 2007).
2.7.1 Pencampuran Polietilena dengan Serat
Proses pencampuran antar matrik dengan filler mencakup dua jenis pencampuran yaitu pencampuran distributif dan pencampuran dispersif. Contoh pencampuran distributif diantaranya pencampuran bahan aditif seperti antioksidan, pengisi, pigmen atau penguat kedalam matriks polimer. Proses pencampuran ini memerlukan bahan pendispersi dan bahan penghubung untuk mendapatkan hasil campuran yang homogen. Bahan pengisi kayu dan serat (selulosa) yang ringan, murah, dan tersedia dalam jumlah besar dapat diolah secara distributif dengan matrik polimer.
2.7.2 Kompatibilitas Pencampuran Polietilena dengan Serat
Polietilena dan serat tandan kosong kelapa sawit merupakan dua bahan polimer yang sukar bercampur homogen, karena sifat kopolarannya berbeda. Karena itu proses pencampurannya adalah distributif. Untuk mendapatkan campuran yang homogen, prosesnya tidak dapat dilakukan dengan cara konvensional, yang hanya melibatkan interaksi fisik antar komponen polimer. Campuran polimer yang dihasilkan dengan metode campuran lelehan (melt- mixing ) lebih baik dari pada pencampuran dalam larutan. Buruknya interaksi antara bagian-bagian molekul
(37)
tersebut. Gejala ini berakibat dininya kegagalan mekanik dan kerapuhan polimer. Cara untuk mengatasi permasalahan seperti ini sering disebut kompatibilisasi (Al-Malaika, 1997).
18
2.8 KARAKTERISASI PAPAN PARTIKEL KOMPOSIT
Karakterisasi dari papan partikel komposit dilakukan untuk mengetahui dan menganalisis campuran polimer dengan serat. Karakterisasi dilakukan dengan menggunakan standar SNI 03-2105-2006 yang meliputi sifat fisik seperti kerapatan, kadar air dan pengembangan tebal serta sifat mekanis seperti kuat lentur, modulus elastisitas, kuat rekat internal dan kuat impak.
Karakteristik papan partikel komposit dalam penelitian ini digunakan SNI 03-2105-2006 sebagai acuan untuk menentukan kwalitas papan partikel tersebut diperlihatkan tabel berikut.
Tabel 2.3 Sifat Fisik dan Mekanik dari Papan Partikel
No. Sifat Fisik dan Mekanik SNI 03-2105-2006
1. Kerapatan (gr/cm3) 0,40 - 0,90
2. Kadar Air (%) < 14
3. Pengembangan Tebal (%) Maks 12
4. Kuat Lentur (kgf/cm2) Min 82
5. Modulus Elastisitas (kgf/cm2) Min 20.400 6. Kuat Rekat Internal (kgf/cm2) Min 1,5
7. Kuat Impak -
(38)
2.8.1 Pengujian Sifat Fisik
Untuk mengetahui sifat-sifat fisik papan partikel komposit dilakukan pengujian kerapatan (ρ), kadar air (KA) dan pengembangan tebal (PT) seperti berikut :
a. Kerapatan
Pengujian kerapatan dilakukan pada kondisi kering udara dan volome kering udara, sampel uji berukuran 10cm x 10cm x 1cm ditimbang massanya, lalu diukur rata-rata panjang, lebar dan tebalnya untuk menentukan volumenya. Kerapatan sampel uji papan partikel komposit dihitung dengan rumus :
ρ =
( 2.1
)Dimana :
ρ : kerapatan (gr/cm3) m : massa sampel uji (gr) v : volume sampel uji(cm3)
19
b. Kadar Air
Kadar air dihitung dari massa sampel uji sebelum dan sesudah di oven dari sampel uji berukuran 5cm x 5cm x 1cm dengan rumus :
KA =
(
2.2 )(39)
m1 : massa awal sampel uji (gr) m2 : massa akhir sampel uji (gr)
c. Pengembangan Tebal
Pengembangan tebal dihitung atas tebal sebelum dan sesudah perendaman dalam air selama 24 jam pada sampel uji berukuran 5cm x 5cm x 1cm, dengan rumus :
PT =
(
2.3 )Dimana :
PT : pengembangan tebal (%)
T1 : tebal sampel uji sebelum perendaman (cm) T2 : tebal sampel uji sesudah perendaman (cm)
20
2.8.2 Pengujian Sifat Mekanik
Untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dari suatu bahan dilakukan beberapa pengujian dengan mengacu pada standar yang digunakan.
(40)
a. Pengujian Kuat Lentur.
Pengujian kuat lentur dilakukan dengan Universal Testing Machine (Electric System) Type : CS – 2 DE, MFG. No.: 6079 Cap.: 2000 kgf, Tokyo Testing Machine MFG. Co. Ltd. Dengan menggunakan jarak antara batang penyangga (jarak sangga) 15 kali tebal sampel uji yaitu 15 cm, karena ketebalan sampel uji adalah 1 cm. Nilai kuat lentur ( σ ) dihitung dengan rumus :
σ
=
(
2.4 )Dimana :
σ
: kuat lentur (kgf/cm2) b : lebar sampel uji (cm) P : berat beban maksimum (kgf) d : tebal sampel uji (cm) L : jarak sangga (cm)
21
Gambar 2.7 Alat Universal Testing Machine
(41)
Besarnya defleksi atau lenturan yang terjadi pada saat pengujian dicatat pada setiap selang beban tertentu, nilai MOE dihitung dengan rumus:
Ef =
( 2.5 )
Dimana :
Ef : Modulus of Elasticity (kgf/cm2) b : lebar sampel uji (cm) P : berat beban (kgf) d : tebal sampel uji (cm) L : jarak sangga (cm) : lenturan pada beban (cm)
d b
L
Sampel
Beban
Gambar 2.8 Pemasangan Sampel Uji Kuat Lentur c. Pengujian Kuat Rekat Internal
Kuat rekat internal dilakukan untuk sampel uji berukuran 5cm x 5cm x 1cm direkatkan pada dua buah blok aluminium dengan perekat besi atau logam dan dibiarkan sampai mengering. Kedua blok ditarik tegak lurus terhadap permukaan sampel sampai beban maksimum, pengujian kuat rekat internal dihitung dengan rumus :
(42)
KRI =
( 2.6 )
Dimana :KRI : kuat rekat internal ( kgf /cm2) Pmaks : berat beban maksimum (kgf) A : luas permukaan sampel uji (cm2)
Penyiapan sampel atau contoh uji diperlihatkan seperti gambar berikut :
Gambar 2.9 Pemasangan Sampel Uji Kuat Rekat Internal d. Pengujian Kuat Impak
Untuk pengujian kuat impak sampel uji berukuran 5cm x 10cm x 1cm. Pengujian kuat impak dapat dilakukan dengan menggunakan alat model WOLPERT Type : CPSA Com. No. : 8803104/0000, Cap. max: 4 Joule , West Germany.
(43)
3.1 TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Kimia Polimer Departemen Kimia FMIPA-USU dan Laboratorium Penelitian Fakultas MIPA-USU. Penelitian ini dilaksanakan bulan Februari s/d Mei 2011.
3.2 ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN 3.2.1 Alat-alat yang digunakan :
Set alat Hot- press Type: IL.70.110/220V
Set alat uji kuat impak Wolpert Type:CPSA Cap: 4Joule
Set alat ekstruder MIFOL BRS 896
Set alat Universal Testing Machine Type: SC-2 DE,Cap. 2000kgf
Neraca (Ohaus dan Analitis )
Jangka sorong Ketelitian : 0,05 mm
Stop watch Analog
Oven
Desikator Bahan Kaca
Gergaji
Gunting
Skrap
Martil
Corong plastik
3.2.2 Bahan-bahan yang Digunakan
Serat TKKS PKS Bah Jambi, Kab. Simalungun
HDPE (bekas jerigen oli) Oli Merk Castrol @ 1 liter
Maleat Anhidrida
Benzoil Feroksida
Xylena
24
(44)
3.3.1 Perlakuan pada Serat TKKS
Tandan kosong dipotong-potong atau dicacah hingga berbentuk serat pendek dan ditimbang sebanyak 2,5 kg, kemudian direndam dengan detergen selama ± 6 jam untuk menghilangkan kadar minyak. Kemudian serat dibasuh dan dikeringkan dipanas matahari. Selanjutnya NaOH ditimbang 400 gr dan dilarutkan kedalam 5 liter aquades lalu diaduk sampai NaOH terlarut sempurna. Larutan NaOH 10 % dituangkan ke serat TKKS didalam bejana lalu diaduk hingga terendam dengan sempurna dan dibiarkan selama 24 jam untuk menghilangkan kadar karbohidrat pada serat, Setelah itu rendaman TKKS – NaOH dicuci dengan air bersih beberapa kali sampai air cucian relatif jernih. Kemudian TKKS dikeringkan dalam oven blower pada suhu 50oC sampai kering, selanjutnya TKKS siap digunakan. 3.3.2 Perlakuan pada HDPE
Jerigen bekas oli HDPE dibersihkan dengan menggunakan air dicampur detergen, dibasuh dengan air lalu dikeringkan dibawah sinar matahari. Kemudian HDPE yang telah bersih dipotong-potong dengan ukuran ± 0,5cm x 0,5cm.
3.3.3 Pembuatan Coupling Agent
HDPE ditimbang sebanyak 135 gr (30% dari bahan), maleat anhidrida 23gr( 5% dari bahan) dan benzoil peroksida 0,23 gr (1% dari maleat anhidrida) dilarutkan dalam 350 ml pelarut Xylena kemudian dicampur kedalam HDPE dan diaduk hingga rata. Lalu diuapkan pelarutnya dalam oven. Selanjutnya coupling agent siap digunakan
3.3.4 Pembuatan Papan Partikel Komposit
Sementara ekstruder diset suhunya pada suhu 150oC, HDPE dicampur dengan 315 gr TKKS ( 70% dari bahan) didalam wadah dan diaduk agar tercampur merata. Kemudian campuran dimasukkan kedalam ekstruder sedikit demi sedikit melalui corong plastik sampai hasil blending keluar melalui ujung laras ekstruder dan polyblend ditampung selanjutnya didinginkan pada suhu kamar. Selanjutnya polyblend diletakkan kedalam cetakan didalam bingkai yang terbuat dari baja dengan ukuran bagian dalam 20,0 cm x 15,0 cm x 1,0 cm dimana plat baja telah
(45)
menit. Setelah itu diberi tekanan maksimal 40 bar (4 MPa) selama ± 20 menit. Kemudian hot-press dimatikan dan dibiarkan mendingin sampai suhu ± 90oC. Selanjutnya sampel dikeluarkan dari hot-press dan dimasukkan kedalam air dan dilepaskan dari cetakan, kemudian dibiarkan sampai mencapai suhu kamar. Papan partikel komposit siap untuk dipotong sesuai dengan kebutuhan.
3.3.5 Pembuatan Sampel
Pembuatan sampel dengan pemotongan bahan yang sudah jadi mengacu pada standar SNI 03-2105-2006 seperti terlihat pada gambar berikut.
2,5 cm
A 10,0 cm
B
5,0 cm 20,0 cm
C D
E 5,0 cm
2,5 cm
Gambar 3.1 Ukuran sampel Uji Berdasarkan SNI 03-2105-2006 5,0 cm
5,0 cm 5,0 cm
5,0 cm 5,0 cm
Keterangan :
A : Sampel untuk uji kerapatan dan kadar air
B : Sampel untuk uji kuat lentur dan modulus elastisitas C : Sampeluntuk uji pengembangan tebal
(46)
D : Sampel untuk uji kuat rekat internal E : Sampel untuk uji kuat impak
3.4 VARIABEL PENELITIAN 3.4.1 Variabel Bebas
Persen berat HDPE (70%,60%,50%,40%,30%).
Persen berat TKKS (30%,40%,50%,60%,70%).
3.4.2 Variabel Terikat
Kerapatan
Kadar air
Pengembangan tebal
Kuat lantur
Modulus elastisitas
Kuat rekat internal
Kuat impak
3.5 DIAGRAM ALIR PENELITIAN 3.5.1 Penyiapan HDPE Hasil Daur Ulang
(47)
Dipotong-potong ukuran ± (0,5cm x 0,5cm)
HDPE siap guna
Gambar 3.2 Diagram Alir Penyiapan HDPE Hasil Daur Ulang
3.5.2 Penyiapan TKKS
Serat TKKS Kering
B b Mi k
NaOH 10% T K K S
Dijemur di bawah matahari sampai kering
Di saring dengan ayakan Dicacah dengan ukuran ± 0,5 cm
Direndam dengan air dan detergen selama ± 2 jam, kemudian diurai Dibersihkan dari pasir, dll.
Serat TKKS Bebas Karbohidrat
Direndam dalam air bersih Selama 24 jam
Dibasuh dengan air sampai bersih
(48)
3.5.3 Pembuatan Papan Partikel Komposit
Serat TKKS HDPE Xylena Maleat Benzoil
Peroksida
Dicampur Menjadi larutan Dicampur dalam suatu
wadah pencampuran
Dipotong sesusi kebutuhan
Uji Sifat Mekanik:
Kuat Lentur Modulus Elastisitas Kuat Rekat Internal Kuat Impak Uji Sifat Fisik:
Kerapatan Kadar Air
Pengembangan Tebal
Sampel
Polyblend
Dikeluarkan dari ekstruder Diektruksi dengan ekstruder
Dicetak dalam cetakan dengan hot press
Hasil dan Pembahasan Pengambilan Data
Selesai Kesimpulan
(49)
4.1 SIFAT FISIS PAPAN PARTIKEL KOMPOSIT
Hasil yang didapatkan dari serangkaian proses pembuatan adalah suatu produk papan partikel komposit. Papan partikel komposit yang dihasilkan terlihat menyatu dan terikat kuat, seperti diperlihatkan oleh gambar berikut.
Gambar 4.1 Papan Partikel Komposit dalam Bentuk Sampel
Setelah dilakukan serangkaian pengujian terhadap sifat-sifat fisik seperti kerapatan, kadar air dan pengembangan tebal, rekapitulasi dari semua sifat fisik dari papan partikel yang didapat dari hasil penelitian sebagaimana diperlihatkan pada tabel berikut.
Tabel 4.1 Rekapitulasi Data Sifat Fisik Papan Partikel Komposit Persentase
Berat TKKS
Rata-rata Kerapatan
( gr/cm3)
Rata-rata Kadar Air
( % )
Rata-rata Pengembangan Tebal
( % )
30 % 0,891 0,86 1,71
40 % 0,928 1,14 2,95
50 % 0,945 1,44 4,04
60 % 0,967 1,71 4,81
70 % 0,973 2,07 5,27
(50)
Kerapatan atau massa jenis adalah perbandingan massa per unit volum. Volum papan partikel komposit akan sangat dipengaruhi tekanan kempa (hot press) pada saat pembuatan papan partikel. Data kerapatan papan partikel dapat dilihat pada lampiran A. Sedangkann nilai rata-rata kerapatan papan partikel untuk setiap variasi persentase berat TKKS diperlihatkan tabel berikut.
Tabel 4.2 Rata-rata Kerapatan Papan Partikel Komposit Persentase Berat
TKKS
Rata-rata Kerapatan ( gr/cm3)
Rata-rata Kerapatan ( kg/m3)
30 % 0,891 891
40 % 0,928 928
50 % 0,945 945
60 % 0,967 967
70 % 0,973 973
Dari tabel diatas diperlihatkan bahwa nilai kerapatan terendah adalah pada komposisi 30 % TKKS yang nilainya sebesar 0,891 gr/cm3 dan tertinggi pada komposisi 70 % TKKS dengan kerapatan sebesar 0,973 gr/cm3. Jika dibandingkan dengan SNI 03-2105-2006 dengan kerapatan yang dipersyaratkan adalah 0,4 gr/cm3 – 0,9 gr/cm3 , untuk komposisi berat TKKS 50% telah memenuhi standar, namun untuk komposisi berat TKKS diatas 50% kerapatan papan partikel sedikit diatas standar.
(51)
termasuk serat dengan kerapatan tinggi, juga HDPE juga termasuk polimer dengan kerapatan tinggi.
4.1.2 Hasil Pengujian Kadar Air
Kadar air papan partikel adalah jumlah air yang masih tinggal didalam rongga sel dan antar partikel selama proses pembuatannya. Hasil yang didapat dari pengujian kadar air diperlihatkan pada lampiran B. Sedangkan harga rata-ratanya seperti terlihat pada tabel berikut.
Tabel 4.3 Rata-rata Kadar Air Papan Partikel Komposit Persentase Berat
TKKS
Rata-rata Kadar Air ( % )
30 % 0,86
40 % 1,14
50 % 1,44
60 % 1,71
70 % 2,07
Dari tabel diatas terlihat bahwa kadar air papan partikel terendah 0,86 % pada berat TKKS 30 % dan tertinggi sebesar 2,07 % pada berat TKKS 70 %. Berdasarkan SNI 03-2105-2006, kadar air yang dipersyaratkan maksimum sebesar 14 %, dengan demikan kadar air papan partikel sudah memenuhi standar.
(52)
Dari grafik diatas terlihat kecendrungan kenaikan kadar air papan partikel seiring dengan naiknya persentase berat TKKS. Walaupun kerapatan papan partikel naik seiring dengan naiknya persentase TKKS, namun karena TKKS merupakan bahan atau material yang bersifat hidrofilik yaitu sifat bahan yang cenderung menyerap air, maka dengan kenaikan persentase berat TKKS akan mengakibatkan semakin banyaknya air yang terkandung didalam papan pertikel selama proses pembuatannya.
Dari perhitungan nilai kadar air papan partikel untuk seluruh komposisi berat TKKS dengan HDPE. Kadar air suatu papan partikel merupakan perbandingan dari selisih massa sebelum di oven dan sesudah dioven dengan massa sesudah dioven dalam bentuk persentase, dari data penelitian terdapat kecenderungan dengan naiknya persentase berat TKKS menghasilkan selisih massa sebelum dan sesudah dioven semakin besar, sehingga menghasilkan nilai kadar air yang semakin besar pula.
4.1.3 Hasil Pengujian Pengembangan Tebal
Pengembangan tebal adalah bertambahnya ketebalan papan partikel setelah mengalami perendaman didalam air. Data hasil pengujian pengembangan tebal papan partikel diperlihatkan pada lampiran C. Sedangkan harga rata-rata pengembangan tebal papan partikel diperlihatkan tabel berikut.
Tabel 4.4 Rata-rata Pengembangan Tebal Papan Partikel Komposit Persentase Berat
TKKS
Rata-rata Pengembangan Tebal ( % )
30 % 1,71
40 % 2,95
50 % 4,04
60 % 4,81
70 % 5,27
Tabel diatas menunjukkan bahwa, nilai pengembangan tebal terendah sebesar 1,71 % pada berat TKKS 30 % dan tertinggi 5,27 % pada berat TKKS 70 %. Dibandingkan dengan SNI 03-2105-2006, nilai pengembangan tebal yang
(53)
Gambar 4.4 Grafik Pengembangan Tebal Papan Partikel Komposit
Grafik diatas memperlihatkan bahwa nilai pengembangan tebal papan partikel cenderung bertambah dengan bertambahnya persentase berat TKKS. Hal ini diduga tebal papan partikel bertambah disebabkan oleh sifat TKKS yang merupakan bahan yang bersifat hidrofilik (menyerap air) sehingga jumlah air yang diserap semakin banyak mengakibatkan terjadi pengembangan pada tebal papan partikel. Namun jika dibandingkan dengan SNI 03-2105-2006 yang mempersyaratkan nilai pengembangan tebal maksimum sebesar 12 %, tingkat penembangan tebal papan partikel ini masih cukup rendah (maksimum 5,27 % pada berat TKKS 70 %). Hal ini disebabkan oleh HDPE yang telah bercampur dengan relatif homogen bersifat hidrofobik (tidak menyerap air) menghalangi masuknya air kedalam papan partikel.
4.2 SIFAT MEKANIK PAPAN PARTIKEL KOMPOSIT
Sifat-sifat mekanik dari papan partikel yang diuji pada penelitan ini meliputi kuat lentur, modulus elastisitas, kuat rekat internal dan kuat impak sebagaimana dipersyaratkan oleh SNI 03-2105-2006 tentang Papan Partikel. Rekapitulasi data hasil pengujian untuk semua nilai sifat mekanik dari papan partikel hasil penelitian diperlihatkan oleh tabel berikut.
(54)
Tabel 4.5 Rekapitulasi Data Sifat Mekanik Papan Partikel Komposit Persentase Berat TKKS Rata-rata KuatLentur
( kgf/cm2)
Rata-rata Modulus Elastisitas
( kgf/cm2)
Rata-rata Kuat Rekat Internal
( kgf/cm2)
Rata-rata Kuat Impak ( joule/cm2)
30 % 218,62 5457,07 3,69 3,85
40 % 176,32 5675,81 4,41 3,74
50 % 135,78 5894,90 9,72 3,50
60 % 146,09 6109,31 6,55 3,31
70 % 161,97 7553,83 3,18 3,16
4.2.1 Hasil Pengujian Kuat Lentur
Kekuatan adalah kemampuan suatu bahan untuk memikul beban atau gaya yang mengenainya. Ketahanan terhadap perubahan bentuk menentukan banyaknya bahan yang dimampatkan, terpuntir atau terlengkung oleh suatu beban yang mengenainya (Haygreen dan Bowyer, 1996). Kuat lentur diukur dengan menggunakan alat Universal Testing MachineType: SC-2 DE,Cap. 2000kgf. Dari pengujian kuat lentur yang dilakukan didapatkan hasil kuat lentur papan partikel diperlihatkan pada lampiran D. Sedangkan rata-rata nilai kuat lentur papan partikel diperlihatkan oleh tabel berikut.
Tabel 4.6 Rata-rata Kuat Lentur Papan Partikel Komposit Persentase Berat
TKKS
Rata-rata Kuat Lentur ( kgf/cm2)
Rata-rata Kuat Lentur ( MPa )
30 % 218,62 21,43
40 % 176,32 17,28
50 % 135,78 13,31
60 % 146,09 14,32
70 % 161,97 15,87
Dari tabel diatas terlihat bahwa kuat lentur papan partikel terendah sebesar 135,78 kgf/cm2 (13,31 MPa) pada berat TKKS 50 % sementara tertinggi sebesar 218,62 kgf/cm2 (21,43 MPa) pada berat TKKS 30 %. Dibanding dengan hasil penelitian (Isroi, 2009) dengan perekat lateks, lem kanji dan polivinil aklirik, kuat lenturnya 111,00 kgf/cm2 – 200,49 kgf/cm2, hasil ini sudah lebih baik. Jika dibandingkan dengan SNI 03-2105-2006 yang mempersyaratkan kuat lentur
(55)
minimal yang dipersyaratkan.
Gambar 4.5 Grafik Kuat Lentur Papan Partikel Komposit
Grafik diatas memperlihatkan bahwa nilai kuat lentur papan partikel tertinggi sebesar 218,62 kgf/cm2 (21,43 MPa) pada berat TKKS 30 %. Dengan kata lain nilai tertinggi kuat lentur papan partikel dimiliki oleh komposisi 30 % TKKS atau 70 % HDPE. Hal ini diduga akibat dari pengaruh HDPE sebagai bahan polimer yang memiliki sifat viskoelastik yang merupakan sifat khas dari bahan polimer, sehingga kuat lenturnya cenderung semakin besar. Kecendrungan tersebut juga dipengaruhi oleh laju deformasi yang terjadi pada papan partikel ketika dikenai gaya luar dalam pengujian kuat lentur.
4.2.2 Hasil Pengujian Modulus Elastisitas
Modulus Elastisitas atau Modulus of Elasticity ( MOE ) merupakan ukuran ketahanan suatu bahan terhadap pembengkokan. MOE ini berhubungan dengan kekuatan bahan, semakin besar ketahanannya terhadap perubahan bentuk semakin tinggi nilai MOE suatu bahan. Hasil pengujian Modulus Elastisitas papan partikel ini diperlihatkan pada lampiran E. Sedangkan rata-rata modulus elastisitas papan partikel diperlihatkan tabel berikut.
(56)
Tabel 4.7 Rata-rata Modulus Elastisitas Papan Partikel Komposit Persentase Berat
TKKS
Rata-rata Modulus Elastisitas
( kgf/cm2)
Rata-rata Modulus Elastisitas
( MPa )
30 % 5457,07 534,79
40 % 5675,81 556,22
50 % 5894,90 577,70
60 % 6109,31 598,71
70 % 7553,83 740,28
Dari tabel diatas terlihat bahwa nilai Modulus Elastisitas papan partikel terendah sebesar 5457,07 kgf/cm2atau 534,79 MPa pada berat TKKS 30 %, sedangkan tertinggi 7553,83 kgf/cm2 atau sebesar 740,28 MPa pada berat TKKS 70 %. Nilai ini lebih tinggi dibanding dengan penelitian (Isroi, 2009) dengan perekat lateks, lem kanji dan polivinil aklirik, MOE yang didapat sebesar 1809,66 kgf/cm2 – 4131,17 kgf/cm2. Jika dibandingkan dengan SNI 03-2105-2006 yang mempersyaratkan nilai modulus elastisitas papan partikel minimal 20.400 kgf/cm2, maka dengan demikian untuk nilai modulus elastisitas dari papan partikel ini belum memenuhi standar, sebab nilai modulus elastisitas papan partikel ini masih jauh dari nilai dipersyaratkan oleh SNI 03-2105-2006. Nilai MOE yang demikian rendah itu (5457,07 kgf/cm2 sampai dengan 7553,83 kgf/cm2) diakibatkan oleh pengaruh TKKS yang memiliki nilai MOE yang relatif rendah sebagaimana hasil penelitian (Isroi, 2009) yang nilai MOE dari papan partikel yang terbuat dari TKKS dengan perekat lateks, lem kanji dan polivinil aklirik hanya sebesar 1809,66 kgf/cm2 – 4131,17 kgf/cm2, juga akibat karakter HDPE yang ada dalam papan partikel, dimana nilai MOE untuk umumnya HDPE hanya sekitar 4000 kgf/cm2 sampai dengan sekitar 10.000 kgf/cm2 (Surdia, T. 1999). Selanjutnya sifat plastis yang dimiliki HDPE sebagai polimer juga turut mempengaruhi rendahnya nilai MOE bahan itu. Dengan kata lain karakter inilah yang mempengaruhi sehingga nilai MOE papan partikel tersebut demikian rendah jika dibanding dengan papan partikel umumnya yang terbuat dari serat kayu alam yang memang memiliki sifat elastis yang relatif besar dibanding dengan serat TKKS maupun HDPE.
(57)
Dari grafik diatas, diperlihatkan bahwa nilai MOE cenderung semakin besar dengan meningkatnya persentase berat TKKS. Hal ini disebabkan oleh pengaruh TKKS yang merupakan serat alam memiliki elastisitas yang lebih baik dari polimer secara umum. Kenaikan nilai modulus elastisitas akibat bertambahnya persentase berat TKKS cenderung linier sampai berat TKKS 60%, tetapi pada interval berat TKKS 60% sampai 70% terlihat lonjakan yang signifikan hal ini diduga pertama : terjadi kesalahan menentukan garis linier grafik tegangan – regangan hasil pengujian (disinilah kelemahan metode / alat pengujian yang digunakan karena nlai modulus elastisitas Ef tidak langsung dapat
dilihat pada alat). Nilai Ef harus dihitung berdasarkan rumus yang ada dan
perbandingan nilai beban batas proporsi Pmaks. dan besar depleksi δ, kedua : kemungkinan trend kurva memang tidak linier.
4.2.3 Hasil Pengujian Kuat Rekat Internal
Kuat rekat internal (internal bond) menunjukkan nilai kuatnya ikatan antar partikel penyusun suatu bahan sehingga kuat rekat internal ini dapat digunakan menjadi petunjuk yang baik dalam menentukan kwalitas papan partikel yang dihasilkan. (Haygreen dan Bowyer, 1996). Data hasil pengujian kuat rekat internal diperlihatkan pada lampiran G. Sedangkan nilai rata-rata hasil pengujian kuat rekat internal papan partikel diperlihatkan oleh tabel berikut.
(58)
Tabel 4.8 Rata-rata Kuat Rekat Internal Papan Partikel Komposit Persentase Berat
TKKS
Rata-rata Kuat Rekat Internal
( kgf/cm2)
Rata-rata Kuat Rekat Internal
( MPa )
30 % 3,69 0,36
40 % 4,41 0,43
50 % 5,80 0,57
60 % 6,55 0,64
70 % 3,18 0,31
Tabel diatas diperlihatkan bahwa kuat rekat internal terendah sebesar 3,18 kgf/cm2 atau 0,31 MPa pada berat TKKS 70 % dan tertinggi 6,55 kgf/cm2 atau 0,64 MPa pada berat TKKS 60 %. Nilai ini masih dibawah hasil penelitian ( Isroi, 2009 ) yang kuat rekat internalnya sebesar 6,20 kgf/cm2 - 8,10 kgf/cm2 . Namun dibanding dengan SNI 03-2105-2006 yang mempersyaratkan minimal 1,5 kgf/cm2, hasil ini sudah memenuhi standar.
Gambar 4.7 Grafik Kuat Rekat Internal Papan Partikel Komposit
Berdasarkan grafik diatas diperlihatkan bahwa nilai kuat rekat internal papan partikel tidak optimal untuk perbandingan berat TKKS dan HDPE yang ekstrim, kuat rekat internal menjadi demikian optimal (lebih tinggi) justru pada perbandingan berat TKKS dengan berat HDPE 60 % : 40 % (sebesar 6,55 kgf/cm2) dan 50% : 50% (5,80 kgf/cm2). Hal ini diduga dengan komposisi yang relatif berimbang antara TKKS dengan HDPE yang tercampur lebih merata atau relatif homogen menghasilkan gaya ikat antar partikel yang lebih kuat.
(59)
kegetasan bahan polimer (Surdia, T. 1999). Pengujian kuat impak papan partikel menggunakan alat Wolperts Type : CPSA Com. No. : 8803104/0000, diberikan perlakuan dengan pemukul (godam) sebesar 4 joule. Data hasil pengujian kuat impak papan partikel diperlihatkan pada lampiran H. Sedangkan rata-rata kuat impak dari papan partikel diperlihatkan pada tabel berikut.
Tabel 4.9 Rata-rata Kuat Impak Papan Partikel Komposit Persentase Berat
TKKS
Rata-rata Kuat Impak ( joule/cm2)
Rata-rata Kuat Impak ( joule/m2) x 104
30 % 3,83 3,83
40 % 3,74 3,74
50 % 3,50 3,50
60 % 3,31 3,31
70 % 3,16 3,16
Dari tabel diatas diperlihatkan bahwa kuat impak papan partikel ini terendah sebesar 3,16 joule/cm2 atau 3,16 x 104 joule/m2 pada berat TKKS 70 % dan tertinggi sebesar 3,83 joule/cm2 atau 3,83 x 104 joule/m2 pada komposisi berat TKKS 30%.
(60)
40
Dari grafik diatas dapat dilihat suatu kecenderungan nilai kuat impak papan partikel semakin besar seiring bertambahnya persentase berat HDPE. Hal ini diduga karena sifat HDPE sebagaimana polimer umumnya lebih mampu menyerap energi lebih besar ketika pemukul (godam) mengenainya dibanding bahan yang memiliki kecenderungan bersifat getas.
Dari hasil pengujian kuat impak papan partikel ini didapatkan secara visual pada komposisi berat TKKS 60 % dan 70 % terlihat adanya garis keratakan pada permukaan papan partikel, sedangkan pada komposisi berat TKKS 50 % sampai dengan 30 % tidak terlihat garis keretakan pada permukaan papan partikel. 4.3 INTERPRETASI DATA HASIL PENELITIAN
Papan partikel yang baik adalah papan partikel yang memenuhi standar yang telah ditetapkan untuk itu. Dari hasil pengujian terhadap sifat –sifat fisik seperti kerapatan, kadar air dan pengembangan tebal, papan partikel ini sudah memenuhi standar. Salah satu tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan papan partikel yang tahan air, dari hasil pengujian pengembangan tebal setelah dilakukan perendaman selama 24 jam diperoleh nilai hanya sebesar 1,71 % sampai 5,27 %. Dari hasil visualisasi terhadap fisik papan setelah perendaman tidak mengalami ekspansi yang berarti. Dengan kata lain papan partikel tidak rusak, ini berarti salah satu manfaat penelitian yakni mendapatkan papan partikel yang tahan air telah tercapai.
Papan partikel ini dipergunakan untuk bahan baku furnitur seperti meja, lemari dan sebagainya. Dalam penggunaannya terutama dalam pemasangan mendatar dan terbebani, papan partikel yang baik tidak akan mengalami defleksi yang berlebihan. Dari hasil pengujian sifat mekanik terutama kuat lentur, komposisi yang menghasilkan defleksi atau lenturan terkecil diperoleh pada komposisi 60 % berat TKKS : 40 % berat HDPE sebesar 146,09 kgf/cm2 dan 50 % berat TKKS : 50 % berat HDPE sebesar 135,78 kgf/cm2. Sementara dari hasil pengujian kuat rekat internal, komposisi terbaik juga diperoleh pada 60 % berat TKKS : 40 % berat HDPE yaitu sebesar 6,55 kgf/cm2. Selanjutnya untuk hasil
(61)
pengujian kuat impak dari papan partikel sebesar 3,16 joule/cm2 - 3,83 joule/cm2 terlihat kecendrungan semakin besar persentase berat HDPE, semakin tinggi nilai kuat impaknya. Dari seluruh parameter pengujian yang terdapat pada standar yang digunakan, khusus kuat impak papan partikel tidak dilampirkan dalam standar tersebut. Persyaratan yang digunakan hanya bersifat kualitatif yaitu dalam bentuk visual pada papan partikel yakni ada atau tidak keretakan pada papan partikel. Berdasarkan analisa dan interpretasi data hasil pengujian terhadap sifat fisik dan sifat mekanik papan partikel ini, sebagaimana yang menjadi salah satu tujuan dalam penelitian ini, maka komposisi atau campuran papan partikel yang paling optimal diperoleh pada 60 % berat TKKS : 40 % berat HDPE.
Dari hasil pengujian sifat fisik dan sifat mekanik papan partkel seperti kerapatan, kadar air dan pengembangan tebal, bila dikaitkan dengan hasil pengujian sifat mekaniknya didapatkan bahwa : kerapatan, kadar air dan pengembangan tebal dari papan partikel cenderung meningkat seiring bertambahnya TKKS dan hubungannya dengan sifat mekaniknya seperti kuat lentur cenderung semakin kecil, modulus elastisitasnya semakin besar, kuat rekat internalnya semakin besar juga, sementara kuat impaknya justru semakin kecil.
(62)
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Dari hasil serangkaian pengujian terhadap sifat fisik dan mekanik papan partikel komposit, pembahasan dan interpretasi data hasil penelitian yang telah dilakukan, maka diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Dari hasil pengujian sifat fisik dari papan partikel didapatkan kerapatan sebesar 0,891 gr/cm3 - 0,973 gr/cm3, kadar air sebesar 0,86% - 2,07% dan pengembangan tebal sebesar 1,71% - 5,27%. Dibanding dengan SNI 03-2105-2006 (kerapatan 0,4 gr/cm3 – 0,9 gr/cm3, kadar air maks.14% dan pengembangan tebal maks.12%) ternyata untuk sifat fisik papan partikel telah memenuhi standar.
2. Dari hasil pengujian sifat mekanik papan partikel seperti kuat lentur sebesar 135,78 kgf/cm2 - 218,62 kgf/cm2 dan kuat rekat internal sebesar 3,18 kgf/cm2 - 6,55 kgf/cm2. Dibanding dengan SNI 03-2105-2006 (kuat lentur min. 82 kgf/cm2 dan kuat rekat internal min. 1,5 kgf/cm2) papan partikel sudah memenuhi standar, namun modulus elastisitas papan partikel sebesar 5457,07 kgf/cm2 - 7553,83 kgf/cm2, jika dibanding dengan SNI 03-2105-2006 (modulus elastisitas min. 20.400 kgf/cm2) papan partikel belum memenuhi standar. Hal ini disebabkan nilai modulus elastisitas TKKS sendiri memang rendah demikian HDPE (sebesar 4000 kgf/cm2 - 10.000 kgf/cm2) sebagai polimer yang cenderung memiliki sifat plastis, sehingga elastisitasnya relatif rendah. Sementara kuat impak papan partikel didapatkan sebesar 3,16 joule/cm2 - 3,83 joule/cm2.
3. Dengan memperhatikan hasil pengujian terhadap sifat fisik seperti kerapatan, kadar air dan pengembangan tebal serta sifat mekanik seperti kuat lentur, modulus elastisitas, kuat rekat internal dan kuat
(63)
5.2 SARAN
1. Perlu dilakukan lagi penelitian lanjutan yang lebih komprehensif dengan mengembangkan variasi komposisi dan dengan jumlah sampel yang lebih banyak untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal.
2. Karena modulus elastisitas papan partikel belum memenuhi standar, maka perlu dilakukan penelitian lanjutan dengan mempertimbangkan penambahan bahan aditif lain dengan tujuan menambah nilai modulus elastisitasnya secara signifikan.
3. Berhubung karena material papan partikel ini sebagian terbuat dari bahan polimer, maka untuk penelitian selanjutnya sebaiknya dilakukan uji nyala api, untuk mengetahui ketahanan papan partikel terhadap panas atau api.
(64)
DAFTAR PUSTAKA
Al-malaika, S. 1997. Reactive Modifiers Polymers1st edition. Aston University Press. Birmingham
Arbintarso, E. S. 2009. Tinjauan Kekuatan Lengkungan Papan Serat Sabut Kelapa Sebagai Bahan Teknik. Jurnal Teknologi vol.2 No.1 Juni 2009 hal.53-60
Badan Pusat Statistik (BPS), 1999. Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia . BPS. Jakarta
Badan Standardisasi Nasional (BSN), 2006. SNI 03-2105-2006 (Papan Partikel).BSN. Jakarta
Bilmeyer, W. F. 1994. Text Book of Polymer Science 3rd edition. Jhon Wiley & Sons. New York
Cowd, M. A. 1991. Kimia Polimer Institit Teknologi Bandung Press. Bandung
Darnoko, et al. 1995. Pulpingof Oil Palm Empty Fruit Bunches With Surfactant In : Oil Palm Trunk and Other Palmwood, p.87
Disbun – Propinsi Sumatera Utara, 2004. http://www.deptan.go.id/daerah_new/
sumut/disbun_sumut/index.htm.Diakses 4 Desember 2010
Djalal, M. 1984. Peranan Kerapatan Kayu dan Kerapatan Lembaran dalam Usaha Perbaikan Sifat Mekanik dan Stabilitas Dimensi Papan Partikel
dari Beberapa Jenis Kayu dan Campurannya [Disertasi]. Fakultas
Pascasarjana - Institut Pertanian Bogor. Bogor FAO, 1997. Fiber Board and Particle Board . FAO. Genewa
Febrianto, F. 1999. Preparation And Properties Enhancement Of Moldable
Wood – Biodegradable Polymer Composites. [Disertasi]. Kyoto
University, Division of Forestry and Bio-material Science. Faculty of Agriculture. Kyoto
(65)
of Selvent. J. Polym. Sci Lettg Ed. 20, p.481-486
Gibson, F. R. 1994. Principle Of Composite Material Mechanics. International Edition . Mc.Graw Hill. New York
Hartono, A. C. K. 1998. Daur Ulang Limbah Plastik dalam Pancaroba: Diplomasi Ekonomi dan Pendidikan. Dana Mitra Lingkungan. Jakarta
Haygreen, J. G and J. L. Bowyer, 1996. Hasil Hutan dan Ilmu Kayu (terjemahan Sujipto, A.H.). Gajah Mada University Press. Yogyakarta
Humaidi, S. 1998. Bahan Polimer Komposit. Universitas Sumatera Utara Press. Medan
Iskandar, M. 2009. Proses Pembuatan Papan Partikel. Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan. Bogor
Isroi, M. 2009. Seribu Manfaat Serat Sawit.http://kafein4u.wordpress.com/2009 /02/28/seribu-manfaat-serat-sawit/indeks.htm. Diakses 16 Mei 2011.
Japanese Standard Association, 2003. Japanese Industrial Standard Particle Board - JIS 5908. Japanese Standard Association. Japan
Nurjana, S. 2007. Komposit Polietilena dengan Penguat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (Pembuatan Kemasan Komposit). Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. Medan
Nurmaulita, 2010. Pengaruh Orientasi Serat Sabut Kelapa dengan Resin Polyester dalam Pembuatan dan Karakteristik Papan Lembaran. [Tesis] FMIPA – Universitas Sumatera Utara. Medan
Rowell, R. M. 1997. Paper and Composites from Agro-Base Resources. C. R. C. Lewis Publisher. Florida
(66)
Schwart, M. M. 1984. Composit Material Hand Book. Mc. Graw-Hill Book Company. USA
Surdia, T. dan Saito, S. 1999. Pengetahuan Bahan Teknik. PT. Pradnya Paramita. Pustaka Teknologi dan Informasi. Jakarta
Syahfitrie, C. 2001. Analisis Aspek Sosial Ekonomi Pemanfaatan Limbah Plastik. [Tesis] Program Pascasarjana - Institut Pertanian Bogor. Bogor
Wichsler, A. Hiziroglu, S. 2007. Some of Property of Wood-Plastic Composite. Journal Science direct, Building and Information No. 42. p.2367-2644 Witjaksana, D. 2006. Toward sustainable palmoil development in Indonesia. In
(67)
Data Hasil Pengujian Kerapatan Persentase Berat TKKS Pengujian Ke: Massa Sampel Uji ( gr )
Panjang Sampel
Uji ( cm )
Lebar Sampel
Uji ( cm )
Tebal Sampel
Uji ( cm )
Kerapatan ρ ( gr/cm3 )
Rata-rata Kerapatan
ρ ( gr/cm3 )
Rata-rata Kerapatan
ρ ( kg/m3 )
1 85,32 9,935 9,975 0,995 0,865
0 %
2 95,73 9,970 10,035 1,100 0,870 0,869 869
1 101,90 9,975 9,960 1,155 0,888
30 %
2 103,45 9,990 9,900 1,170 0,894 0,891 891
1 102,90 9,960 9,920 1,110 0,938
40 %
2 104,73 9,985 9,970 1,145 0,918 0,928 928
1 106,64 10,080 9,850 1,123 0,956
50 %
2 109,64 10,040 9,965 1,173 0,934 0,945 945
1 112,83 10,005 9,950 1,173 0,966
60 %
2 114,22 10,030 9,975 1,180 0,967 0,967 967
1 120,05 10,250 9,940 1,208 0,975
70 %
2 116,25 10,055 9,985 1,193 0,971 0,973 973
(68)
LAMPIRAN B
Data Hasil Pengujian Kadar Air Persentase
Berat TKKS
Pengujian Ke:
Massa Awal Sampel Uji
( gr )
Massa Akhir Sampel Uji
( gr )
Kadar Air ( % )
Rata-rata Kadar Air
( % )
1 85,32 85,07 0,29
0 %
2 92,34 91,89 0,45 0,37
1 101,90 101,12 0,77
30 %
2 101,18 99,25 0,94 0,86
1 104,90 103,67 1,19
40 %
2 103,85 102,73 1,09 1,14
1 108,64 106,98 1,55
50 %
2 111,98 110,51 1,33 1,44
1 114,48 111,42 1,83
60 %
2 118,23 116,42 1,59 1,71
1 129,23 126,50 2,16
70 % 2 125,73 123,30 1,97 2,07
(69)
Data Hasil Pengujian Pengembangan Tebal
Persentase Berat TKKS
Pengujian Ke:
Tebal Sampel Uji Sebelum Direndam
( cm )
Tebal Sampel Uji Sesudah Direndam
( cm )
Pengembangan Tebal ( % )
Rata-rata Pengembangan Tebal
( % )
1 0,946 0,979 0,03
0 %
2 0,946 0,970 0,05 0,04
1 1,070 1,088 1,68
30 %
2 1,075 1,094 1,74 1,71
1 1,086 1,119 3,04
40 %
2 1,084 1,115 2,86 2,95
1 1,101 1,145 4,00
50 %
2 1,105 1,150 4,07 4,04
1 1,155 1,210 4,76
60 %
2 1,155 1,211 4,85 4,81
1 1,215 1,278 5,19
70 %
(70)
LAMPIRAN D
Data Hasil Pengujian Kuat Lentur
Persentase Berat TKKS Pengujian Ke: Jarak Sangga L ( cm )
Lebar Sampel Uji
b ( cm )
Tebal Sampel Uji
d ( cm )
Berat Beban Maks.
P ( kgf )
Kuat Lentur
σ
( kgf/cm2)
Rata-rata Kuat Lentur
σ
( kgf/cm2)
Rata-rata Kuat Lentur
σ
( MPa)
1 15,005 4,995 1,118 36,5 131,58
0 %
2 15,005 5,090 0,958 35,8 172,49 152,03 14,90
1 15,005 5,115 1,170 57,7 185,47
30 %
2 15,005 5,073 1,075 56,2 251,77 218,62 21,43
1 15,005 5,010 1,145 50,2 172,01
40 %
2 15,005 5,093 1,096 49,1 180,63 176,32 17,28
1 15,005 5,025 1,173 42,1 137,05
50 %
2 15,005 5,015 1,129 38,2 134,50 135,78 13,31
1 15,005 5,030 1,180 43,1 138,50
60 %
2 15,005 5,070 1,159 46,5 153,67 146,09 14,32
1 15,005 5,000 1,203 51,2 159,26
70 %
(71)
Data Hasil Pengujian Modulus Elastisitas Persentase Berat TKKS Pengujian Ke: Jarak Sangga L ( cm )
Tebal Sampel Uji
d ( cm )
Lebar Sampel Uji
b ( cm )
Perbandingan: P/δ ( kgf/cm )
Modulus Elastisitas
Ef
( kgf/cm2)
Rata-rata Modulus Elastisitas
Ef
( kgf/cm2)
Rata-rata Modulus Elastisitas
Ef
( MPa)
1 15,005 1,118 4,995 90/2,8 4321,84
0 %
2 15,005 0,958 5,090 90/3,9 4355,20 4338,52 425,18
1 15,005 1,170 5,115 90/1,9 4883,53
30 %
2 15,005 1,075 5,073 90/2,0 6030,60 5457,07 534,79
1 15,005 1,145 5,010 90/2,0 5053,38
40 %
2 15,005 1,096 5,093 90/1,8 6298,24 5675,81 556,22
1 15,005 1,173 5,025 90/1,8 5206,95
50 %
2 15,005 1,129 5,015 90/1,6 6582,85 5894,90 577,70
1 15,005 1,180 5,030 90/1,6 5798,49
60 %
2 15,005 1,159 5,070 90/1,5 6420,12 6109,31 598,71
1 15,005 1,203 5,000 90/1,1 7938,33
70 %
(1)
b = 5,075 cm d = 1,203 cm
, kgf/cm
LAMPIRAN G
Data Hasil Pengujian Kuat Rekat Internal
Persentase Berat TKKS
Pengujian Ke:
Luas Permukaan Sampel Uji
( cm2 )
Berat Beban Maksimum
( kgf )
Kuat Rekat Internal ( kgf/cm2 )
Rata-rata Kuat Rekat Internal
( kgf/cm2 )
Rata-rata Kuat Rekat Internal
( MPa) 1 25,502 87,3 3,42
0 %
2 25,347 89,2 3,52 3,47 0,34 1 25,375 96,5 3,80
30 %
2 25,933 92,9 3,58 3,69 0,36 L-11
(2)
1 24,949 106,9 4,27 40 %
2 25,422 172,5 4,56 4,41 0,43 1 25,501 156,5 6,14
50 %
2 25,323 138,1 5,45 5,80 0,57 1 25,250 166,8 6,61
60 %
2 26,598 115,8 6,49 6,55 0,64 1 25,857 79,7 3,08
70 %
2 25,528 83,4 3,27 3,18
0,31
LAMPIRAN H
Data Hasil Pengujian Kuat Impak
Persentase Berat TKKS
Pengujian Ke:
Luas Permukaan A
( cm2 )
Energi E ( joule )
Kuat Impak KI ( joule/cm2 )
Rata-rata Kuat Impak KI
( joule/cm2 )
Rata-rata Kuat Impak KI ( joule/m2 ) x 104 1 1,029 3,96 3,85
0 %
2 1,029 3,95 3,83 3,84 3,84
30 % 1 1,029 3,97 3,86 3,85 3,85 L-12
(3)
2 1,029 3,94 3,83 1 1,029 3,87 3,76 40 %
2 1,029 3,82 3,71 3,74 3,74
1 1,029 3,62 3,52 50 %
2 1,029 3,58 3,48 3,50 3,50
1 1,029 3,44 3,34 60 %
2 1,029 3,37 3,28 3,31 3,31
1 1,029 3,28 3,19 70 %
2 1,029 3,21 3,12 3,16 3,16
LAMPIRAN I
DOKUMENTASI PENELITIAN HDPE dalam Bentuk
Jerigen OLi
HDPE yang Dicacah Berbentuk Pelet
TKKS limbah dari Pabrik Kelapa Sawit
TKKS telah di cacah
(4)
Papan partikel telah dicetak Dengan alat Hot Press
Sampel Uji Kerapatan
Sampel Uji Kadar Air
Bentuk Sampel Uji Pengembangan Tebal
Bentuk Sampel Uji Kuat Impak
Bentuk Sampel Uji Kuat Rekat Internal
L-14
(5)
Ekstruder
Alat Pembuat Polyblend
Bentuk Sampel Uji
Kuat Lentur dan Modulus Elastisitas
Alat Kempa Panas ( Hot Press )
Oven Blower Sampel Uji
Kuat Lentur dan Modulus Elastisitas
Desikator
(6)
L-16
Pengujian Sampel dengan
Universal Testing Machine Universal Testing Machine Alat Uji Kuat Impak
Pengujian Sampel dengan Alat Uji Kuat Impak