Sintesis dan Pencirian Resin Lignin Resorsinol Formaldehida Untuk Perekat Kayu Lamina
SINTESXS DAN PENCKJUAN
RESIN H G r n RESORSl'NOLFORMALDErnA
UNTUK PERIEKAT KGYU LAMINA
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITW PERTANIAN B O W R
BOGOR
2003
ADI SANTOSO. Sintesis dan Pencirian Resin Lignin Rasorsinol
Formaldehida untuk Perekat Kayu Lamina. (Di h w a h bimbingan
SURDlDlNG RUHENDI sebagai ketua, SUMINAR S. ACHMADI dan
YUSUF S U N M I sebagai anggota).
Lindi hitam yang dihasilkan oleh pabrik pulp di Indonesia diperkirakan
mencapai lebih dari 2,3 juta tonhhun. Larutan ini sudah sejak lama
diupayakan pemanfaatannya sebagai bahan perekat untuk keperluan
industri kayu, terutama untuk
jenis perekat kempa dingin (cddswng).
Namun demikian, sampai saat ini belum diperoteh formulasi perekat yang
sesuai dengan kebutuhan industri, khususnya dalam ha1 pot h n y a yang
singkat. Dalam penelrban ini dilakukan bebetapa modifikasi pada komposisi
bahan perekat, dengan tujuan
mmperokh formula yang bersifht lebih
aplikatif.
Lindi hitam diisolasi dengan menggunakan metoda pengendapan
bmlang (represipbsi) untuk memperoleh isolat lignin, Jalu ditetapkan
cirinya. Hasil pencirian dibandingkan dengan lignin impor (tnqulin-AT) yang
dikategorikan sebagai lignin standar. Selanjutnya pad*
isolat lignin
ditambahkan resorsinol dan formaldehida dengan lirna kombinasi nisbah
mol resorsinoi, yaitu 0,3; 0,5;0,7;0,9, dan 1,1, semenlara lignin dan
formaldehida tetap, masing-masing 1 dan 2 mol.
Kopolimer hasil reaksi tersebut diaplikasikan pada kayu lamina dua
lapis berukumn panjang 50 cm, bbar 5 cm, dan tebal 2 cm, setiap bilah
kayu dilaburi dengan perekat sebanyak 170 g/m2 permukaan. Selanjutnya
contoh dikempa dengan waMu berbeda, yaitu 8 jam dan 15 jam, pada
tekanan t ,O MPa. Daya rekat dan emisi formaldehida pemkat ciiuji dan
dievaluasi berdasarkan standar Jepang (JAS).
Hssil penelltian menunjukkan bahwa lignin isoiat mengandung 49%
siringitlguaiasil, dengan bobot molekut 1046, kadar metoksil 9 0,694,hidroksifenolik 2,1%, a h 16,794, lignin mumi 70,8%,dan suhu transisi pelelehan
138OC. Hasil ini setara dengan lignin impor (Indulin-AT). Setdah direaksikan
dengan resorsinol dan fonnaldehida, diketahui bahwa nisbah mol optimum
L:R:F = 1:0,5:2,dengan pengeras 1,5% dari kadar padat perekat dan masa
kempa 15 jam. Perekat ini memifiki pot f i 227 menit, dengan kadar resin
48,95%, forrnaldehida bebas 3,71%, b b o t molekul 1220, bobot jenis 1,16
dan suhu transisi pelelehan 1 W C . Pengujian tehadap kayu lamina menunjukkan bahwa keteguhan rekat produk tersebut 51.82 kglcm2 (uji basah)
dan 117,4? kglcm2 (uji kering), dengan emisi formaldehida 0,014 ppm.
Dengan metode ini, perekat lignin yang dibuat dengan menambahkan
resorsinol dan formaldehida (LRF) memiliki ciri kopolimer yang baik dan
mememuhi syarat mekanis (keteguhan rekat) dan emisi formaldehida yang
ditentukan dalam standar Jepang.
ABSTRACT
AD1 SANTOSO. Synthesis and Characterization of Lignin Resorcinol
Formaldehyde Resin for Laminated Wood Adhesive. (Under supervision of
SURDIDING RUHENOl as chairman, SUMINAR S. ACHMADI and YUSUF
SUOO HAD1 as members).
Black liquor generated from pulp mills in Indonesia is estimated more
than 2.3 millions tones per year. This Rquid has been explored to be used for
wood adhesive, however the resub for industrial application is considered
unsatisfactory due to the fact that the pot life of adhesive is shod relatively.
This study examined several modifications on adhesive composition to
achieve applicable formulae for cold setting adhesive.
First, the dispersed lignin in the liquor was separated by reprecipitation to prduce isolated lignin, followed by its characterization. The
characteristics were compared to an imported lignin (tndulin-AT), which is
used as a reference. The lignin was then mixed with resorcinol and
formaldehyde at five different resorcinol mole ratios, i.e. 0.3, 0.5, 0.7, 0.9,
and 1.1, while lignin and formaldehyde were fwd at 1 and 2 moles,
respectively. The Copolymers from the r ~ c t i o nwere tested on 2 layers
laminated wood with dimensions of 50 cm length, 5 cm width and 2 cm
thickness. Each m o d stick was spread by glue about 17'0 g/m2 of per face.
Then, the samples wre pressed with two different pressing time, 8 hours
and 15 hours, at 1.0 MPa. The mechanical properties and formaldehyde
emission of the adhesive were tested and evaluated based on Japanese
(JAS) standard.
The Results indicated that the isolated lignin contained approximately
49% of syringillguaiacyf, with 1046 molecule weight, 10.6% rnethoxyl group,
2.1% phenolic group, 16.7% ash, 70.9% pure lignin, and 138OC temperature
of transition phase. The characteristics are similar to IndulimAT that was
used as reference. After mbdng with resordnol and formaldehyde
constituents, the r e d showed that the optimum L: R: F mole ratio was
1:0.5:2 and the percentage of para formaldehyde was 1 . 5 O h of solid content.
The pot life of adhesive was 227 minutes, with 48.95% resin content, 3.71%
free formaldehyde, 1220 molecule weight, 1-16 specific gravity and 150°C
temperature of transition phase. The test on laminated wood indcated that
bonding strength of the product was 51.82 kg(cm2 (wet test) and 117.47
kglcrn2 (dry test), The formaldehyde emission was about 0.014 ppm.
Therefore, the synthesis of isolated lignin with the resorcinol and
formaldehyde produced LRF, a unique wood adhesive with good copolymer
characteristics and met bonding strength and formaldehyde emission
requirement as stated in Japanese standard.
Saya
menyatakn
dengan sebenamya-benamya
bahwa segala
pemyataan &lam disertasi saya yang berjudul: 'Sintesis dan Pencirian Resin
Lignin Resorsinol Formaldehida untuk Perelcat Kayu lamina* merupakan
gagasan atau hasir penelin diertasi saya sendin, dengan pembimbingan
Komisi Pembimbing, kecuali yang dengan jelas dikrnjukkan rujukannya.
Disertasi ini belum pemah diajukan untuk mernperoleh gelar pada program
sejenis di perguruan tinggi lain.
Semua data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara
jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, 14 Juli 2003
Nama : Adi Santoso
N r p : P1460M11411PK
SINTESIS DAN PENCIRIAN
RESIN LIGNIN RESORSINOL FORMALDEHIDA
UNTUK PEREKAT KAYU LAMINA
Dirtasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Do ktor pada
Program Studi llmu Pengetahuan Kehutanan
PROGRAM PASCASARTANA
IlYSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2003
: Sintesis dan Pencirian Resin Lignin Resorsinol
Judul Disertasi
Formaldehida untuk Perekat Kayu Lamina
Nama mahasiwa
: Adi Santoso
NIM
: P 14600014 1 IPK
Menyetujui
1 . Komisi Pembimbing :
(Prof. Dr. Ir. H. surdding ~uhendi,M.Sc)
Ketua
I
(Dr. Ir. Suminar S. Achmadi)
Anggota
2. Ketua rogram Studi IPK
R
Tanmal Lulus: 14 Jull2003
(Prof.
I
. Yusuf Sudo Hadi, M.Agrj
Anggota
3. DireMur Program Pascasarjana
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 5 Juti 1958 sebagai anak
tunggal dari pasangan K. Prajitno dan Supiah. Pendidikan sarjana ditempuh
di Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan llmu Pengetahuan Alam
Unpad, Bandung, lulus pada tahun 1986. Pada tahun 1991, penulis
mendapat tugas belajar dari Departemen Kehutanan pada Progtam Studi
t lmu Pengetahuan Kehutanan IPB Bogor dan menamatkannya pada &hun
1994. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doMor pada program
studi dan perguruan tinggi yang sama diperoleh pada tahun 2000.
Penulis bekerja sebagai Peneliti di Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Hasil Hutan sejak tahun 1M6.Bidang Penelitian yang
rnenjadi tangg ung jawa b penulis adalah Pemanfaatan Hasil Hutan.
Selama mengikuti program S3, penulis menjdi anggota Masyarakat
Peneliti Kayu Indonesia, Himpunan Polimer Indonesia, Himpunan Mikrobiologi Indonesia, dan Persatuan Sarjana Kehrrtanan Indonesia.
Karya ilmiah berjudul 'Daya Tahan Garis Rekat LRF pada Kayu
Lamina Manii terhadap serangan Rayap Kayu Kering" telah disajikan pada
Seminar Nasional V Masyarakat Peneliti k y u Indonesia (MAPEKI) di -or
pada bulan Juli 2002. Dua buah artikel telah diterbitkan masing-masing
dengan judul 'Penganrfi Komposisi Perekat Lignin Resorsinol Formaldehida
terhadap Emisi Formaldehida dan S h t Fisis-Mekanis Kayu Lamina" pada
Jumal Teknologi Hasil Hutan, 14(2): 7-15, 2001 dan 'Pemanfaatan Lindi
Hitam dari lndustri Pulp Kraft untuk Perekat Kayu" pada Buktin Penelitian
dan Pengembivlgan Kehutanm, 3(2): 145-156, 2002. Artikel lain rnasingmasing berjudul 'fsutasi dan Karakterisasi Lignin dari Lindi Hitam untuk
Bahan Perekat Kayu Kempa Dingin" akan diterbitkan p d a Majalah IPTEK,
ITS pada tahun 2004, dan Vengaruh Komposisi Resin dan Kadar AdKi
dalam Perekat Linin Resorsinol Formaldehida tehadap Keteguhan Rekat
Kayu Lamina Kernpas",akan diterbrtkan pada Buletin Penelilian Hasil Hutan
pada tahun 2004. Karya-karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari
program S3 penulis.
PRAKATA
Penurts memanjatkan segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT
dengan selesainya karya ilmiah ini, yang menrpakan salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi llmu Pengetahuan
Kehutanan, Program Pascasarjana l n t i i Pertanian Bogor.
Karya ilmiah yang berjudul 'Sintesis dan Pancirian Resin Lignin
Resorsinol Fomatdehida untuk Perekat Kayu Lamina" ini dapat
diselesaikan berkat hntuan dan sumbangan pemikiran dari berbagai
pihak. Unkrk itu penulis menyatakan terima kasih dan penghargaan yang
setinggi-tingginya, khuslanya kepada Prof. Dr. Ir. H. Surdiding Ruhendi,
M.Sc selaku ketua komisi pembimbing, Dr. tr. Suminar S. Achmadi dan
Prof.
Dr. Ir.
H. Yusuf Sudo Hadi, M.Agr selaku anggota komisi
pembimbing, Kepala Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Hasil
Hutan yang tela h memberrkan kesempatan dan fasilis selama penulk
menjahni kuliah
dan peneliian, dan selunrh rekan karyawan dan
karyawati di Pusat Penelitian dan Pangem-bangan Teknologi Hasil Hutan,
seda para kerabat penulis atas dorongan moril dan materil yang dberikan.
Penulis berharap, agar semua yang disajikan ini d a p t rnemberikan
dasar bagi penelian lebih lanjut dan bermanfaat bagi perkembangan
keitmuan khususnya di bidang kehutanan.
Bogor, Juli 2003
Adi Santoso
DAFTAR 1st
Halaman
DAFTAR TABEL ........................................................................................
xiv
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
xv
DAFTAR LAMPIRAN ................................
.
.
.......................................
xvii
I .PENDAHU1UAN ..................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang..................................................................................... I
1.2. Tujuan Penelitran .................................................................................
4
II. TtNJAUAN PUSTAKA ..............................................................................
5
2.1. Lignin .................................................................................................
5
2.1.1. Lignin dari Lindi Hitam Kraft .........................................................
5
10
2.A .2. Aplikasi tignin sebagai Perekat Kayu ...........................................
2.1.3. Perekat Kernpa Dingin Lignin Resorsinol Formaldehida ...............11
2.2. Kayu Lamina .......................................1
4
2.3. Deskripi Kayu Kernpas (Koompassia malaceensis Maing. )...............18
2.4. Teknik Pencirian Lignin dan Kopolimernya ....................................... -20
21
2.4.1. Pencirian Unsur dan Gugus Fungsi ..............................................
2.4.2. Penentuan Disttibusi B o k t Molekul ...........................................
22
2.4.3. Pencirian Kekristatan ....................................................................
-24
2.4.4. Pencirian Cara Termal ................................... ............................-27
2.4.5. Pencirian Mikroskopis Penetrasi Koplimer LRF pada Kayu
Lamina ..........................................................................................
-30
III. ISOLASI DAN PENClRlAN LIGN1N DARl LtNDl HlTAM........................31
3.1 . Pendahuluan.......
xii
3.2. Bahan dan Metode ..............................................................................
32
3.2.1. Bahan dan Alat .............................................................................
-32
3.2.2. Metode ............................................................................................
33
3.3. Hasil dan Pembahasan........................................................................
39
3.3.1. Ciri tindi Hitam ...............................................................................
39
3.3.2. Ciri Kualitati t i n i n Isobt ...........................................................
40
3.3.3. Ciri Kuantitatif Lignin Isolat............................................................
-43
3.4. Kesimpulan...........................................................................................
51
.
IV SlNTESlS DAN PENClRlAN KOPOLIMER
UGNIN RESORSINOL FORMALOEHIDA .......................... .
.
.........-52
4.1. Pendahuluan........................................................................................
52
4.2. Bahan dan Metode...........................................................................
53
4.2.1. Bahan dan Alat .......................
......
..............................................
53
4.2.2. Metode............................................................................................
54
4.3. Hasil dan Pernbahasan........................................................................
57
4.3.1. Ciri Kualitatif Kopolimer Lignin Resorsinol Farmaldehlda.............-57
4.3.2. Optimasi Kualitatif Ciri Komposisi Kopolimer Lignin
Resorsinol Formaldehida .......................
.
.
.
.............4
4.3.3. Stfat Fisiskimia Resin Lignin Resorsinol Formatdehida................
70
4.4. Kesirnpulan........................................................................................-74
.
V PENGARUH KOMPOSiSI DAN KADAR ADITIF DAIAM PEREKAT
11GNIN RESORSINOL FORMALDEHIDA TERHAOAP KUALITAS
KAYU LAMINA KEMPAS .......................................................................
75
5.1. Pendahuluan ........................................................................................
75
5.2. 8ahan dan Mebde ...............................................................................
77
77
5.2.1 . Bahan dan Alat ...............................................................................
5.2.2. Metode............................................................................................
78
5.3. Hasil dan Pembahasan .................................................................... -84
5.3.1. Optimasi Komposisi Resin dan Penggunaan Aditif .......................
84
5.3.2. Kinerja Perekat Lignin Resominot
Formaldehida .............................................................................
94
.
VI PEMBAHASAN UMUM ..................................
.
.
.............................
108
6 .1. Ciri Lig nin tsolat sebagai Bahan Baku Perekat Kayu .......................108
6.2. Pencirian Kopolimer Lignin Resorsinol Fomatdehida......................109
6.3. Ciri Komposisi Aplikatif Perekat Lignin Resorsinol
Formaldehida .................................................................................
111
6.4. Kinerja Perekat Linin Resorsinol Formaldehida .............................
113
.
116
VII KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................
7.1. Kesimpulan ......................................................................................
116
7.2. Saran ................................................................................................
117
DAFTAR PUSTAKA..................................................................................
,118
OAFTAR TABEL
Ta be1
Halaman
3. I.Pita serapan spektrometer infmmerah lignin isolat
dad iindi hitam (cm-1).......................................................................
..40
3.2. Ciri kuantitatif lignin isolat..................................................................
44
4. f . Komposisi resin lignin resorsinol formawehida (LRF), dalam mo1...55
4.2. Pita serapan spektrorneter inframerah reaktan, kopdlimer LRF,
dan perekat PRF (cm-1) ....................
.
........................................
-58
4.3. Derajat kekristalan (%) koptimer lignin resorsinol formaldehrda
pada berbagai komposisi ............................................................... .66
4.4. Suhu fa- transisi pelelehan (OC)kopolimer lignin
resorsinol formaldehida pada krbagai kornpsisi .........................68
4.5. lkhtisar hasil pengujian sifat fisis-kimia resin lignin resarsinol
formaldehida.......................................................................................
77
5.1. Komposisi Resin Lignin Resorsinol Formaldehida (LRF) ..................80
5.2. Derajat kekristalan resin LRF pada komposisi optimum
dengan berbagai kadar aditif ................................
.
.....................86
5.3. Suhu fase transisi pelelehan resin LRF pada komposisi optimum ...88
5.4. Sidik ragam kadar resin padat dan waktu tergetatin LRF..................90
5.5. Sidik ragam kadar formaldehida bebas LRF .....................................93
5.6. Nilai
.. ntaan keteguhan geser tekan kayu lamina kempas (kg/crn2),
UJI kering............................................................................................
-95
5.7. Nilai rataan keteguhan geser tekan kayu lamina kempas (kg/cmz).
uji basah.............................................................................................
97
5.8. Sidik ragam keteguhan geser kernpas (kg/cm2)................................98
5.9-Sidik ragam emisi forrnaldehida (ppm) ..........................................
.lo1
DAFTAR GAMBAR
Garnbar
Hafaman
2.1. Stnrkhrr lignin Kraft (8orregarad 2001 )...........................................
6
2.2. Unit fenil propanoid lignin ...............................................................
7
8
2.3. Reaksi lignin dengan alkali {Hon 1998) ..........................................
2.4. Perkiraan reaksi pembentukan lignin formaldehida. pada
suhu 80% (Landucci 1981 dsdam Hemingway
dan Conner t 988)...........................................................................
9
15
2.5. Tahapan proses pernbuatan kayu lamina .......................................
2.6.StruMur kristal-amorf polimer. (a) mewakili daemh berkristal
dan (b) m ~ k i ldaerah
i
arnorf (Cowd 1991)..................................
24
2.7. (a) interfemnsi membangun. (b) interferensi merusak
(Cowd 1991) ....................................................................................
25
2.8. Skema pemantulan sinar-X oleh bidang netral (Cowd 1991)..........26
2.9. Bagan kristalit (a) tak terarah. (b) terara h
.....................................
-27
29
2.10. Cara menaksir plot DTA (Surdia 1994) .........................................
3.1. Transmitans spektrum inframerah lignin isolat dan indulin-AT .....40
3.2. Difraktogram lignin isolat dan indulin-AT ........................................
42
3.3. Termogram trrtnsisi fase Iignin isoiat dan indulin-AT .....................43
4.1. Spektrum inframerah lignin reaktan bahan resin LRF ...................59
4.2. Spektrum inframerah kopotimer LRF dan resin PRF.....................59
61
4.3. Difraktogram lignin isolat dan indulin-AT........................................
61
4.4. Difraktogram paraformatdehida dan resorsinol .............................
4.5. Difrak-bgram kopolimer lignin resorsinol formaldehida ..................62
4.6. Temogmrn lignin. lignin formaldehida. dan lignin resorsinol
formaldehida...................................................................................
63
4.7. Spsktnrm inframerah kopolimer lignin resorsinol formaldehida .....65
4.8. Difraktogram kopolimer LRF pada berbagai komposisi .................65
4.9. Termogram kopolimer lignin resorsinol fonnaldehida ....................
89
81
5.1. Contoh uji keteguhan geser tekan ..................................................
5.2. Spemrn inframerah kopolimer lignin resorsinol formaldehida .....85
5.3. Dimktograrn perekat LRF dengan berbagai kadar aditif ................86
5.4. Tennogram perekat LRF dengan berbagai kadar aditif ..................87
89
5.5. Kadar resin padat dalam LRF.........................................................
5.6.WaMu tergelatin LRF.....................................................................
-89
5.7.Formaldehida bebas LRF ..............................................................
92
5.8. Hubungan antara kadar aditif dengan formaldehida
bebas..............................................................................................
93
5.9. Emisi formaldehida kayu lamina. masa kernpa 8 jam ...................100
5.10. Emisi formaldehida kayu lamina. masa kempa 5 jam ................100
5.1 1. Hubungan antara kadar aditif dengan emisi formaldehida
kayu lamina. masa kernpa 8 jam ..................................................
103
5.12. Hubungan antara kadar aditif dengan emisi formaldehida
104
kayu lamina, masa kempa 15 jam ................................................
5.13. Penampang linkng kayu lamina kempas
(a) Perbesaran 20 X, (b) Perbesaran 50 X ..................................105
DAFTAR LAMPlRAN
Lampiran
1.
Halarnan
Ciri kuantitatif iignin isolat asal lindi hitam .....................................
I25
2. Kadar resin padat lignin resorsinol formaldehida...........................1
3.
Waktu tergelatin resin lignin resorsinol formaldehida
pada 25 OC (menit).............. ........ .
.
.
.
.. . .....,.....................,, , ,., ,.IZ
5.
Uji beda Waktu Tergeiatin (menit).......................
.. ................ . .......128
6.
Fomaldehlda bebas ( x 10%) resin lignin resorsinol
fomaldehida ..................................................., .., ..,...... . ............, ..-129
7.
Uji beda kadar fonnaldehida bebas (%) .................................... ...I30
8.
Keteguhan geser tekan kayu lamina kempas
(masa kempa 8 jam)... ... ................................................................131
9.
Vji beda keteguhan geser tekan kayu lamina kernpas (kglcm2),
uji kering .................... ... ...... ................ . ... ..... . .. ....................... ... ... .-133
10. Uji M a keteguhan geser tekan kayu lamina kernpas
(kglcm2), UJI bsah ........................................................................
135
a -
11.
Emisi formaMehida (ppm) kayu lamina kempas ......... ... . . ........ ...,137
12.
Uji beda ernisi formaldehida kayu lamina kempas (ppm) . ............138
? 3. Penampang longitudinal (a1 dan a2) dan penampang
transversal (bl dan b)garis rekat kopolimer LRF
pada kayu lamina kempas .............................................................140
14. Kedalarnan penetrasi dan ketebalan garis rekat kopolimer
LRF pada kayu lamina kempas (pm)....... .. ....................................141
L PENDAHULUAN
1.I.
Latar Belakang
Perekat merupakan salah satu bahan utama yang amat penting
dalam industri pengolahan kayu, khususnya kayu kornposit. Dari total
biaya produksi kayu yang dibuat dalam berbagai bentuk dan jenis kayu
kornposit, lebih dari 32% adalah biaya perekat (Sellers 2001).
Sampai saat ini, sebagian besar perekat yang diproduksi di
Indonesia adalah perelcat sintetik yang terdiri atas urea formaldehida
(80%), fend formaldehida (10%) dan melamin formaldehida (10%), p n g
peruntukannya memenuhi kebutuhan industri kayu lapis, papan partikel,
dan venir lamina. Sementara untuk produksi kayu pertukangan (wood
working) untuk keperluan struktural atau bangunan dan perkapatan masih
menggunakan perekat irnpor, antara lain dari Belgia dan Jepang, yaitu
perekat dingin tipe WBP dad jenis fend resorsinol formaldehida (phenol
resorcinol hmajdehyde, PRF) dan resorsinol formaldehida (resorcinol
formaldehyde, RF). Sesungguhnya Indonesia bisa membuat perekat
serupa bila ditinjau dari potensi bahan baku fenolik ysng dimiliki, y a k dari
larutan sisa pemasak serpih kayu dari pabrik pulp.
tarutan sisa pemasak serpih kayu dari pabrik pulp dengan proses
kimia sulfat, secara teknis disebut lindi hitarn kraft (kt&
black liquor).
Larutan ini sebagian besar mengandung lignin, dan sisanya terdiri atas
asam format, asam asetat, zat ekslraktif, dan kornponen lain.
Beberapa hasil penehtian terdahulu mengungkapkan bahwa lignin
yang dapat diperoleh dari lindi hitam sekitar 1 8 4 7 % (bh) (Rudatin 1989,
Lewis dan L a m 1985). Sebagai bahan rnentah, penggunaan lignin
madh sangat terbatas, padahal potensi yang didapat dari Indi hitam pada
pabrik pulp di lndonesia cukup besar. Oengan asumsi produksi pulp di
Indonesia pada tahun 1999 adalah 4,9 juta ton (Ibnusantoso 2000), maka
dapat diperoleh lignin 0,4-1,1juta ton.
Berkenaan dengan aplikasi perekat da tam bidang industri peng*
lahan kayu, lignin dari lindi hitam bila dikopolimerisasi dengan resorsinol
dan formaldehida akan mernbentuk lignin resorsinol formaldehida (LRF),
yang merupakan perekat kempa dingin seperti halnya perekat RF dan
PRF ( P i n i 1994). Perekat lignin jenis ini bisa dipakai untuk membuat kayu
komposit untuk keperluan struktural, seperti papan atau balok lamina. Bila
diasumsikan bahwa untuk setiap total formula perekat dibutuhkan 20%
lignin, maka dari lignin yang diperoleh sebanyak 0,4-1,1 juta ton akan
dapat diproduksi perekat sebesar 2,1-5,7 juta ton.
Helsil penelitian menunjukkan bahwa produksi kayu pertukangan
Indonesia untuk tahun 1999 tercatat sebanyak 842.5 ribu m3 (Djsjaredja
dan Hidayat 2001) atau 547,6 ribu ton (dengan asumsi bobot jenis ratarata 0,65) dengan nilai US $.25f ,31 juta. Bila diasumsikan bahwa setiap
produk kayu tersebut mernerlukan perekat sebanyak SO%, maka untuk
memproduksi kayu pertukangan sebanyak itu diperlukan perekat 54,8 ribu
ton. Dengan demikian dapat diperkirakan bahwa lignin dari lindi hitam ini
bisa mensubstitusi bahan baku untuk perekat berbasis fenofik, khususnya
RF dan PRF secara signifikan, dengan harga yang kbih murah karena
bahan bakunya sebagian besar bisa diperoleh dari dalam negeri.
Upaya pembuatan perekat LRf dalam skala laboratorium telah
dilakukan, yaitu dengan mereaksikan lignin (1 mol), resorsinol (0,l-0,4
mol), dan formatdehida (2 mol) lalu rnenmplikasikan resin yang diperoleh
pada kayu lamina sengon (Paraserianthes falcataria
(L) Nietsen),
ktapi
kualitas keteguhan rekatnya masih belum memenuhi persyaratern yang
diinginkan (Ruhendi 1999), sementara hasil penelitian Santoao et al.
(2001) rnenunjukkan bahwa kayu lamina manii (Mesopsis eminii Engl.)
yang direkat dengan perekat sejenis dengan kadar resorsinol sekiir 0,70,9 rnol, aman dalam ha1 ernisi formaldehidanya. Kedua penelitian di atas
tidak mengemukakan ciri dari tignin isolat yang digunakan, padahal
pernahaman yang lebih luas dan mendalam tentang ciri lignin yang
digunakan itu amat penting agar pemanfaatan kembali lignin sesuai
dengan fungsinya dapat lebih ditingkatkan.
Bertolak pada kedua hasil penelian di atas, maka selanjutnya
dilakukan penelitian sintesis dan pencirian resin lignin resorsinol
formaldehida untuk perekat kayu lamina, yang meliputi spesifiknsi isolat
lignin kraft yang berasal dari lindi hitam sebagai bahan substitusi perekat
kayu lamina, menentukan perlakuan untuk memperoleh perekat berbahan
dasar lignin p n g memenuhi syarat untuk penggunaan industri pengolahan
kayu struktural sepeiti kayu lamina, dan mengkaji kinerja perekat lignin
yang diperoleh dalam aplikasinya pada papan lamina kayu kernpas
(Koompassia malaccensis Maing.).
19. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan menetapkan ciri isolat lignin dan menentukan perlakuan untuk rnendapatkan komposisi optimum perekat berbahan dasar lignin, serta mempetajari kinerjanya yang sesuai untuk
produk kayu lamina.
Untuk mencapai tujuan tersebut, dlakukan 3 tahap kegiatan
penelitian yang terdiri atas (a) isolasi dan pencirian lignin dari lindi hitam,
(b) sintesis dan pencirian kopolimer lignin resorsinol formaldehida, dan (c)
pengaruh komposisi dan kadar aditif dalam perekat lignin resorsinol
formaldehida terhadap mutu kayu lamina kempas.
1.3. Hipotesis
lignin memiliki struktur dan reaksi kimia tertentu yang apabila
diperlakukan melatui proses kopolimerisasi dapat dibuat sebsgai bahan
perekat kayu lamina. Kualitas perelrat kayu lamina yang dibuat dari lignin
itu diduga dipengaruhi oleh kornposisi bahan baku, kadar bahan aditif dan
waktu pengempaan yang diterapkan.
1A. Kegunaan Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat dimanfaatkan sebagai
masukan bagi kalangan induslri perekat dan industri pengolahan kayu
dalam upaya peningkatan diversifikasi produk guna rnenghasilkan produk
perekatan yang ramah lingkungen.
II. TlNJAUAN PUSTAKA
2.1. Lignin
2.1.I.Lignin dari Lindi Hitam Kraff
Lindi hitam (black Iquor) mew pakan larutan sisa pemasak serpih kayu
yang berasal dari limbah pabrik pulp dengan proses kimia sulfat, mengan-
dung krbagai komponen kimia dengan struMur dan susunan yang krbeda.
Pada dasamya lindi hitam ini dapat dikelornpokkan menjadi tia bagian, yaitu
produk-produk degradasi karbohidrat, resin, dan lignin.
Lignin yang diperoleh dari lindi hitam proses kraft dengan bagan
struktur sepetti tercantum dalam a m b a r 2.1, secara teknis disebut Iignin
kraff. Kornposisi komgonen kimianya beragam bergantung pada spesies kayu
dan kondisi pemasakannya. Untuk mendapatkan lignin dari tind i hitam, bisa
dengan cam pengendapan benhang (Kim et el. 1987).
Lignin yang diperoleh dengan teknik isolasi tersebut adalah lignin yang
bobot molekulnya masih rendah atau derajat polimerisasinya rendah. Namun
demikian, menurut Gillespie (1985) lignin ini adalah yang paling reaktif dalam
ha1 reaMifitas dengan fomaldehida bila dibandingkan dengan lignin yang
diperaleh dari jenis lain seperti lwnin sulfit, lignin klason, atau lignin modifrkasi
(sulfometilasi), sehingga memiliki potensi untuk bisa dimanfaatkan setmgai
bahan baku perekat kayu.
Gambar 2.1 Sbktur lignin Kraft (Borregaard 2001)
Sehin lignin yang merupakan komponen terbesar y ang terdapat pada
lindi hitarn, berbagai jenis produk k h a n kirnia dapat pula dihasilkan dari
isolasi dan pemisahan komponen kimia yang terdapat dalam larutan sisa
pemasak ini, di antaranya lignosulfonat, gula, asam atdonat, etil alkohol,
protein, asam asetat, butanol, dan asam laktat.
Lignin adaiah polimer yang terbentuk dari monomer-monomer fenif
propana (Cg), yang terikat satu sama lain melalui ikatan eter dan ikatan
karbon ke karbon seperti halnya ikatan karbn-oksigen. Baik lignin alami
maupun lignin dari lindi hitam bersifat amoff dan mempakan senyawa
aromatik dengan struMur kimia yang kompleks (SjOstrdm 1995).
Menurut struMur penyusunnya, lignin dapat dibagi ke dalam dua
kelompok, yaitu lignin guaiasil dan lignin guaiasil4iringil.
(1). Lignin guaiasil, ialah lignin yang terdapt pada hampir semua kayu
konifer yang sebagian besar rnerupakan produk polimerisasi dari
koniferil alkohol.
(2). l g n i n guaiasil-siringil, ialah lignin khas kayu daun lebar yang
merupakan produk polimerisasi dari koniferil alkohol dan sinapil
alkohol dengan nisbah krvariasi dari 2:1 sampai 4:l.
Pizzi (1994) mengasumsikan bahw stnrktur lignin terbentuk dari p-
hidroksisinamil alkohol melalui perangkai oksidatif yang teroksidasi oleh
hidrogen peroksida dan peroksidase mernbentuk radikal fenoksi. EleMron tak
berpasangan dalam radikal fenoksi terdelokalisasi dan bereaksi pada tiga
tempat radikal yang berbeda (Gambar 2.2).
Gambar 22. Unitfenil propanoid lignbr:
R,R2 = H, OCHj, R3 = H, CHa CH2
ateu I dan
(8
iMan yaw mungldn
pada unit-unit fenil propanoid yang
Mn.
Lignin pada umumnya termasuk isolat lignin dad lindi hitam, rnerniliki
tiga gugus fungsi, yaitu gugus karbonil, hidmksienolik, dan hidroksilbenzilik.
Menurut Sjdstrdm (1995), di antam ketiga gugus fungsi tersebut gugus
hidroksifenolik berpean penting dalam reaksi yang menggunakan katalis
alkali terutama dalam pemanfaatan lignin sebagai bahan baku perekat untuk
kayu lapis melalui reaksi hidroksimetilasi (Piui 1983. Gillespie 1985, dan
S a n t ~
et al. 1985) maupun kopolimeri~sidengan fend (Santoso et al.,
2001). Di lain pihak. Hon (1 996) mengutarakan bahwa reaksi lignin dalam
kondisi basa akan rnenghasdkan produk utama yang terdiri
abs senyawa-
senyawa epoksi (1 01,difenilmetana (12-13 ) , a-eter karboksilat (141, dan unit
terkondensasi (1 5) (Gambar 2.3).
Gambar 2.3.Reaksi tinin dengan alkali (Hon 1996)
L i n i n juga bereaksi dengan fomaldehida dan dapat krikatan silang
dengannya, dalam cam y ang sama dengan resin-resin sintetik polifenolik
(Gambar 2.4).
Gambar 2.4. Perkiraan reaksi pembentukm lignh formaldehida, pada suhu 80%
(Landwci 1981 dalam Herningway et 81.1988)
Gillespie (1985) d&m Hemingway et a). (1988) menyatakan bahwa
isolat lignin dari lindi hitarn mempunyai reaMivitas yang baik dengan formaldehida, karena setiap 0,5 mol formaldehida dapat breaksi dengan 1 mot
lrgnin (dengan asumsi b b o t molekul 1 rnol lignin s e k a r 180 gram, yang
menrpakan bobot rataan dari unit fenil propana). Proses hidroksirnetilasi
lignin yang dilakukan dengan cam mmenambahkan formaldehida, air, trietilena
a isulat lignin, serta menggunakan
glikol, NaOH dan asam asetat glasial m
katalis asam sambil diaduk secara mekanis pada pH sekitar 5,5 dan suhu
ruangan, akan menghasifkan perekat kayu yang memiliki kekuatan rekat yang
tinggi dan tahan terhadap air. Prows hidroksimetihsi ini dipenganrhi oleh
kondisi waktu, suhu, dan n i s h h mol reaktan-reaktan yang digunakan.
2.1 2. Apllkasi Lignin sebagai Perekat Kayu
Lignin sebagai limbah yang dihasilkan dari pembuatan puip telah
digunakan sebagai bahan perekat sejak dikenal pemasakan kayu dengan
proses sulfit. Pemanfaatan lignin dari lindi hitarn didasari untuk mengurangi
kebergantungan terhadap kebutuhan perekat sintetis sebagai hasil olahan
asal minyak bumi yang merupakan sumber daya t'lak terbrukan, me-
ng urangi pencemaran lingkungan dan menekan biaya perekat (Nimz 1983
dalam Pizzi 1994).
Berdasarkan strukturnya yang merupakan polifenol, lignin sebagai
perekat mirip dengan resin fend formaklehida (phenol fomaMehybe, PF).
Hal ini terutama secara nyata berlaku bagi lignin alam datam kayu, sernenbra
lignin teknis (lignosulfonat dan lindi hitam) haws diberi taut silang guna
mengubahnya ke dalarn bentuk resin yang tidak larut. Namun reaksi
kondensasi dalam tignin dengan pemanasan atau asam mineral tidak
seefektif dalarn resin PF diwbabkan oleh tiga hal,
(1) . Hanya terdapat 0,5 posisi orto b b a s (orto pada gugus fenolik) per
unit G;posisi 6 dan 2 kurang reaktif.
(2).Kurangnya satu bnzil alkohol atau gugus eter per unit Cs dalam
lignin, sementara dalam resin PF rnencapai 3 gugus rnetilol yang
dapat dimasuldcan ke dalam satu cincin fenalik.
(3) . Inti aromatik dalam lignin amat kurang reaktif daripada fenol terhadap
gugus hidroksibenril alkohol, akibat adanya gugus metoksil atau
yang ekuivalen dengan metoksil daripada gugus hidroksil pada
cincin-cincin aromatk lignin.
Selain itu, menurut Hon (1996) energi aktivasi dari hidroksimetilasi
lignin (15 kkal) lebih rendah daripada reaksi fenolik sederhana (24 kkal).
Dengan atasan-alasan tersebut, maka lignin teknis tidak dapat bertaut silang
secara efektif seperti resin PF. Untuk aplikasinya diperlukan suhu kempa
yang tinggi dengan waku pemanasan yang lebih lama atau dengan
menggunakan konsentmsi asam yaw lebih pekat.
Sutitnya upaya pembuatan lignin sebagai bahan perekat t e r n s e t
telah mendorong pemakaian ll~ninini sebatas sebagai campuran bahan
perekat, dengan maksud untuk menghemat pemakaian perekat utama. Hal ini
tercermin dari beberapa hasil penelitian, yang antara lain telah diungkapkan
oleh Falkehag (1975), Pizzi (1983),Syafii (1999), Sellers (2001), lskandar
dan Sanbso (2001).
Meski demjkian, tidak terutup kemungkinan bahw Vignin dapat pula
dikopoiimerisasi dewan fenol atau resorsinol dan formaldehida sehingga
rnernbentuk resin lignin fenot formaldehida (iignin phenol fmerldehyde, LPF)
(Santoso et al- X)Ola), atau lignin resorsinot formaldehida (LRF) ( P h i 1994,
Ruhendi 1999 ; Santow et ai. 2001b).
2.13. Perekat Kempa Dingin Lignin Remrsinol Formaldehlda
Bertolak belakang dengan kesutitan yang dialarni dalam penggunaan
lignin sebagai perekat tennoset, perekat kempa dingin lignin resorsinol
formaldehida (MF) untuk aplikasi fhger joht dan glularn atau kayu lamina
relati lebih mudah diperokh dan dikerjakan (Klashorst at al. W85 dan Truter
et el. 1994 dalam Pizzi 1994). Perekat kempa dingin yang berbahan dasar
lignin rnengandung resorsinol sekitar 13,6-t 9% (dari resin cair total) telah
berhasil dicangkok ke dalam lignin teknis melalui metilolasi lignin, kemudian
membentuk jembatan metilena antara resorsinol dengan polimer lignin yang
dimetilolasi menghasilkan produk y ang sangat memuaskan.
Dalam perekat ini satu molekul resorsinol dimasukkan ke dalam setiap
dua unit fenilpropana dari lignin. Produk tersebut menrpakan suatu perekat
yang rnampu berikatan silang pada suhu lingkungan dengan aditif
paraformakjehida, dan membenkrk seri jemhtan metilena pada setiap
sambungan dua terminal resorsinol yang masing-masing tercangkok di atas
polimer lignin.
Masalah yang timbul dalam pengoperasian yakni pada pH yang lebih
tinggi daripada pH yang umumnya digunakan pada perekat PRF (sekitar 8-
93) mengakibatkan lignin cenderung mengendap p d a pH yang lebih
rendah. Untuk mengantisipasi pengaruh ini, perekat diberi larutan air dan
metanol dengan nisbah 80:20.
Banyaknya metanol yang terkandung amat berpengaruh terhdap pH
perekat lignin yang digunakan; bita metanol t i a k d a , pH yang diperlukan
guna mewujudkan polimer itu dalam tatutan yaw baik adalah di atas 10
dengan pot lh campuran perekatnya sangat singkat, kondisi perekat seperti
ini tidak bisa digunakan untuk kepertuan industri, meskipun fakta memperiihatkan bahwa perekat lignin ini mampu menghasilkan prduk dengan
keteguhan rekat yang tinggi. Dalarn larutan air dan metanol (80:20),
pot lilk
pada perekat berbasis lfgnin umumnya sekitar 88 menit pada suhu 25'C,
kondisi ini sewpa dengan perekat PRF yang dapat diterima untuk kepeduan
industri. Meningkatnya proporsi metanol akan memperpanjang atau memajukan pot lj& campuran perelcat tersebut.
Upaya lain yang juga dapat memperpanjang pot ti& ialah dengan
menerapkan nilai pH yang lebih tinggi, dimana metanol tidak diperlukan untuk
rnembangun polimer dalam larutan, yaitu dengan menggunakan suatu aditif
seperti paraformaldehida (Truter et al. 1994 dalaf??Pjni 1994). Kerugiannya,
yaitu seiring dengan relatif rnakin lamanya pot Iife keteguhan rekat dan
kerusakan kayu dari ikatan rekat (joint-bomd) yang dihasilkan campuran
perekat mengalami penurunan. Dengan demikian, aditif parafomaldehlda
kurang krdaya guna
ma taraf untuk memperpanjang pot lk perekat ini.
Dalam ha1 aplikasinya sebagai perekat, resin lignin resorsinol forrnaldehida dapat berikatan secarrr spesifik dengan kayu karena resin tersebut
berslfat polar, yang dicirikan antara lain obh adanya gugus hidroksil (OH) dan
karbonil (CO)(Wake delam Garrat, 1964). Di lain pihak salah satu kornponen
kayu adalah seluiosa, yang mengandung gugus hidroksii dan karbonil
sehingga krsifat polar. Berdasarkan keserupaan sifat tersebut, Pini (4983)
rnengemukakan bahwa perekat bereaksi dengan selulosa membentuk ikatan
yang kuat.
2.2. Kayu Lamina
Kayu Lamina atau disebut juga balok majemuk adalah suatu balok
yang diperoleh dari perekatan kayu,dapat berbentuk iunrs, melengkung atau
gabungan dari kduanya, dengan arah =rat
sejajar satu sama lain (FPL
1974). Pada dasamya, k h a n baku berasal dari kayu ukuran besar sampai
kecil bahkan sampai tingkatan molekul dapat dijadikan sebagai bahan
penyusun dalam pembuatan kayu lamina, sehingga pemanfaatan kayu dapat
lebih efisien (Marta, 1972 dalarn W i g dan Jayne 1982). Dalam ha1 bentuk,
kayu lamina dapat bervariasi baik dalam jenis, jumlah lapisan, ukuran, bentuk
kayu lamina dapat vertikat dan horizontal. Bila berdasarkan bentuk penampangnya, kayu lamina dibedakan antara lain k b k I, balok T , h k k pipa dan
balok segi empat (Bodig dan Jay ne 1982).
Untuk penggunaan konstruksi, kayu lamina mempunyai beberap
kelebihan, antara lain dapat dibuat penampang dan panjang yang lebih k s a r
dari balok tunggal biasa, kayu yang bukan termasuk kayu konstruksi dapat
dipakai untuk membentuk suatu penampang yang sama kuatnya afau lebih
kuat dari pada balok tunggal biasa. Pelapisan dapat disusun sedemikian rupa
sehingga bagian-bagian yang rnendapat tegangan terbesar memuat kualitas
yang lebih tinggi, dan suatu busur dari konstruksi kayu berlapis majemuk
lebih tahan dari kebabran daripada suatu konstruksi kayu rangka batang
(Yap 1984).
Secara garis besar proses pembuatan kayu lamina terdiri atas
beberapa tahap (Gambar 2.5), bermula dari kayu bundar
Kayu bundar
II
Papan harus disambung
Papan utuh
u
Penyambungan papan ke arah tepi
aiau
Penyarnbungan papan ke arah ujung
II
Pehburan perekat pada pemukaan kayu
U
Pengempaan
Dingin
Panas atau frekuensi tiwgi
Penyirnpanan
Pengkondisian
Pemotongan
Pemilahan
I
pengainpelasan
Gambar 2.5. Tahapan proses pembuatan kayu lamina
Kayu lamina dapat mernberikan kesan indah dan dekoratif dalam
arsitektur bangunan karena konstruksi d a m dibuat dengan leluasa. Untuk
memperoleh kesan indah (arlistik), produk kayu lamina selain dapat dikom-
binasi dengan unsur kayu yaw bercorak indah (venir tipis), dapat pula
dikombinasi dengan unsur non-kayu rnisahya dilapisi dengan poljmer sinktik (bahan plastik) atau logam (aluminium) sehingga dihasilkan suatu produk
kayu lamina berlapis polimer sintetis atau Iogam yang memiliki permukaan
yang halus dan mengkilap scrta tahan terhadap goresan.
Oengan teknologi tinggi, desain yang bagaimanapun rumitnya dapat
dibuat dengan bantuan komputer sehingga pemakaian produk kayu lamina
bisa d isesuaikan dengan keperluan dalarn pemasangannya. Oleh karena itu
produk kayu lamina banyak digunakan untuk kemngka mmah, jembatan,
rangka kapal, rangka hanggar pesawat udara, lantai, rneja bundar, dinding
pembatas, kusen dan bin-lain produk yang berkesan indah.
Secara teoretis, kayu lamina dapat pula dibuat dari kombinasi kayu
utuh dengan inti partikel kayu dengan berbagai bentuk dan ukuran partikel,
rnisalnya yang berinti papan partikel, papan serat, papan untai dan
sebagainya sehingga diperoleh produk kayu sandwich construdion y ang
mernilild sifat lenkrr tertentu dengan kernpatan yang relati rendah sekitar
0,4-0,8 glcm3 (Suchlad dan Woodson 1986 dalarn Youngquist 1999).
Produk kombinasi kayu dengan potongan bilah venir yang disusun
dengan arah serat
sejajar misalnya para181 strand lumber (PSL) yang
menggunakan perekat PRF, iaminated strand lumber (LSL) dan oriented
strand lumber (OSL) yang orientasi pembuatannya meninr papan sent (OSB)
dengan perekat isosianat. Produk kayu lamina maupun venir lamina untuk
keperluan struMural seperti di atas digolongkan pada produk structural
mmposib lumber (SCL) (Soltis dalam FPL 1999).
Secara tehis, kayu lamina slain dapat dibuat dari kayu yang utuh
dapat pula dibuat dari campuran jenis kayu dengan sambungan pada arah
serat memanjang (Sutigna 1991). Selain itu untuk membuat kapal kayu,
dipakai kayu lamina dari campuran kayu meranti dan jati dengan srnbungan
pada arah serat memanjang, perekat yang dipakai adalah resorsinol
forrnaldehida (RF) dengan pengempaan memakai alat penjepit. Bentuk
penyambungan kayu lamina bisa dilakukan dalam tiga cara, yaitu (a) pada
unsur kayu sebelum perakitan, dengan benkrk sambungan jari,
miring atau
Ildah, (b) pada unsur kayu ketika perakitan, dengan bentuk sambungan tegak
atau miring, dan (c) pada produk atau setelah jadi, dengan bentuk sambungan jari, miring atau lidah.
Pengolahan kayu lamina primer dapat pula dilanjutkan dengan pengoiahan sekunder seperti petapisan kayu tamina dengan unsur kayu atau non
kayu untuk mendapatkan sifat kekuatan dan atau keindahan. Pada kayu
lamina
yang
memerlukan
ukuran amat
panjang dapat
dilakukan
penyambungan. Akan tetapi bentuk sambungan kayu (lidah, miring, dan jari)
dapat rnempenganrhi kekuatan kayu lamina karena macam sarnbungan
tersebut akan menentukan luas efektii dari permukaan yaw direkat. Kayu
lamina yang dibuat seczlra horizontal dan vertikal tanpa sambungan lebih
kuat daripada yang mengandung sambungan.
Pada kayu lamina horizontal, bentuk sarnbury~anmiring menghasilkan
kekuatan yang lebih tinggi daripada sambungan tegak, sementara kayu
lamina vertikal ternyata lebih kuat yang tanpa smbungan daripada kayu
lamina horizontal. Bila ditinjau dari bentuk sambungan tegak maupun miring,
kayu lamina horizontal ternyata lebih kuat daripada kayu lamina vertikal.
Dalam prakteknya, sambu ngan tegak lebih mudah dibuat daripada
sambungan miring, selain itu dapat rnempenga~hibiaya produksi. Hanya
saja, kelemahan sambungan tegak adalah tidak mampu meneruskan
tegangan dari sat, lamina ke lamina lainnya, baik tegangan tarik maupun
tegangan tekan. Jarak minimum yang dianjurkan untuk sambungan tersebut
adalah 24 x tebal lamina untuk bagian tarik, atau 10 x tebal untuk hagian
tekan (Santoso et al. 2000).
2.3. Desktipsi Kayu Kempas (Koompasda malaccansis Maing .]
Kayu Kempas (Koompassia maiaecensis Maing.) termasuk dalam
famili Caesalpkriaceae, dikenal j q a sebagai kayu batu, yang di indonesia
banyak terdapat di daerah Sumatera dan Kalimantan. Menurut Martawijaya et
al. (1989) tinggi pohon kempas bisa mencapai 45 m dengan panjang batang
bebas cabang sampai 32 m, diameter 90 crn atau lebih, batangnya lurus
berbanir sampai tinggi 3 m, kulit luar berwarna kelabu atau putih-kuning,
kadang-kadang merahcoklat, tidak beralur dan kebanyakan tidak mengelupas.
Kayu teras kempas brwama merahcoklat dengan pembuluh yang
dikelilingi parenkim tampak seperti garis-garis berwarna coklat-kuning , Kayu
gubal berbeda nyata dengan kayu teras, berwarna kuniryr muda atau agak
kecoklatcoklatan, lebar 3-8 cm, biasanya 3 4 cm. Tekstur kayu ini sangat
kasar, dengan arah serat berombak t i a k teratur, sangat berpadu.
Pemukaan kayu sedikit mengkitap sampai sedang, bib diraba terkesan
kesat.
Struktur kayu kernpas rnemiliki pari besar soliter, sebagian bergabung
2 3 dalam arah radiat diameter 160-230 p, frekuensi 1 3 per mn?, kadang-
kadang berisi endapan b e ~ l a m a coklat-mera h ~ m p a ihitam, bidang
perforasi berbentuk sederhana. Parenhim tarnpak jelas dengan mata biasa,
tsrmasuk tipe paratrakeal hrbentuk aliform, kadang-kadang cenderung
konfluen; kadanglkadang dijumpai parenkim aportrakeal berbentuk garis
halus yang terputus-putus. Jan-jari heteroselular, lebar 2037 p , tinggi 300450
, frekuensi 4-6 per mm. Membentuk susunan krtangga. Panjaw serat
1,3 p dengan diameter 14,3 p
.
Kayu kempas memiliki kadar selulosa rata-rata 47,2?4, lignin 29,2%,
pentosan t7,3%, abu 0,7% dan silika 0,1%, sementara kadar zat yang dapat
larut dalam carnpuran alkohol-bnzena rata-rata 3,7%, air dingin 1,1%, air
panas 2,4% dan NaOH 9,0%.
Bobot jenis rata-rata kayu kern pas 0,95 (0,68-1,29), tetgolong kelas
kuat 1-11, dengan nilai penpsutan sampai kering udara rata-rata 2,5% (radial)
dan 2,6% (tangensial). Kelas a w t kayu ini hrmasuk pada keias Ill-1V dangan
kelas keterawetan sedang.
Kayu kempas agak sulit dikeringkan karena arah seratnya tidak lurus,
sehingga mudah retak atau pecah terutama pada papan tebal. Karena
kekerasannya yang sangat tjnggi dan struktumya yang berpadu kayu ini sulit
dikerjakan, namun cocok untuk bantalan kereta api, babk dan lantai gerbong,
konstnrksi berat, dan bangunan petabuhan, bisa juga untuk palet, panel dan
kayu lapis.
2.4. teknik Pencirlan Llgnin dan Kopolimernya
Polimer adalah suatu senyawa yang mempunyai bobot molekul besar,
terdapat bi alam (makhtuk hidup, baik binatang maupun tumbuhan) dan dapat
pula disintesis di labomtorium, tersusun atas monomer-monomer dalam
kesatuan krulang membentuk struMur sedemikian rupa, sehingga memiliki
sifat dan kegunaan yang has.
Produk plimer tak sehh sederhana, selain brkandungan utama poli-
memya yang bermacam bahkan carnpumn, juga mengandung bahan-bahan
lain seperti aditif, bahkan air lembapan, sisa monomer, sampai pelanrt
(Hartorno 4995). Oleh karena itu produk polimer seringkali merupakan sistem
yaw kompleks, salah satu di antaranya adalah resin sintetik, ada yang
termwet, ada pula yang termoplastik.
Berhubung penggunaan suatu polimer bergantung p d a sifat polimer,
dan sifat polimer ditentukan oleh stnrktur polimer yang bersangkutan, maka
sangat penting untuk menelaah ciri suatu polimer agar lebih memahami
hubungan antam struktur dan sifat polimer, khususnya yang berkenaan
dengan aplikasi lignin sebagai bahan perekat, maupun
LRF sebagai hasil
kopolimerisasi lignin untuk aplikasi perekat kayu lamina kempa dingin.
2.4.1. Pencirian Unsut dan Gusus Fungsi
Pencirian unsur dan gugus fungsi dalam suatu polimer diperlukan
dalam rangka kontrol proses maupun untuk menyidik polimer yang beium
diketahui jenisnya, karena seringkali dalam suatu polimer terkandung aneka
unwr kimia baik logam maupun bukan. Ada yang merupakan bagian
monomemya, aditif formulasi k h a n atau prduknya, ada pula yang
merupakan katalis.
Pencirian gugus fungsi polimer bisa dijalankan secara kimia (halogen-
asi, tirasi, penyabunan, asetilasi, dan lain-lain) maupun fisik (inframerah,
kromatografi, pirolisis, dan lain-iain). Dalam cam krornatografi, karena polimer
biasanya tidak bersifat atsiri maka terlebih dahulu perlu diia kukan degradasi
atau defivatisasi terhadap gugus-gugusnya, sehingga dihasilkan bahan yang
atsiri. Teknik penguraian awal ini bisa berupa penyabunan, rnetanolasi,
leburan alkali, pirolisis
RESIN H G r n RESORSl'NOLFORMALDErnA
UNTUK PERIEKAT KGYU LAMINA
PROGRAM PASCASARJANA
INSTITW PERTANIAN B O W R
BOGOR
2003
ADI SANTOSO. Sintesis dan Pencirian Resin Lignin Rasorsinol
Formaldehida untuk Perekat Kayu Lamina. (Di h w a h bimbingan
SURDlDlNG RUHENDI sebagai ketua, SUMINAR S. ACHMADI dan
YUSUF S U N M I sebagai anggota).
Lindi hitam yang dihasilkan oleh pabrik pulp di Indonesia diperkirakan
mencapai lebih dari 2,3 juta tonhhun. Larutan ini sudah sejak lama
diupayakan pemanfaatannya sebagai bahan perekat untuk keperluan
industri kayu, terutama untuk
jenis perekat kempa dingin (cddswng).
Namun demikian, sampai saat ini belum diperoteh formulasi perekat yang
sesuai dengan kebutuhan industri, khususnya dalam ha1 pot h n y a yang
singkat. Dalam penelrban ini dilakukan bebetapa modifikasi pada komposisi
bahan perekat, dengan tujuan
mmperokh formula yang bersifht lebih
aplikatif.
Lindi hitam diisolasi dengan menggunakan metoda pengendapan
bmlang (represipbsi) untuk memperoleh isolat lignin, Jalu ditetapkan
cirinya. Hasil pencirian dibandingkan dengan lignin impor (tnqulin-AT) yang
dikategorikan sebagai lignin standar. Selanjutnya pad*
isolat lignin
ditambahkan resorsinol dan formaldehida dengan lirna kombinasi nisbah
mol resorsinoi, yaitu 0,3; 0,5;0,7;0,9, dan 1,1, semenlara lignin dan
formaldehida tetap, masing-masing 1 dan 2 mol.
Kopolimer hasil reaksi tersebut diaplikasikan pada kayu lamina dua
lapis berukumn panjang 50 cm, bbar 5 cm, dan tebal 2 cm, setiap bilah
kayu dilaburi dengan perekat sebanyak 170 g/m2 permukaan. Selanjutnya
contoh dikempa dengan waMu berbeda, yaitu 8 jam dan 15 jam, pada
tekanan t ,O MPa. Daya rekat dan emisi formaldehida pemkat ciiuji dan
dievaluasi berdasarkan standar Jepang (JAS).
Hssil penelltian menunjukkan bahwa lignin isoiat mengandung 49%
siringitlguaiasil, dengan bobot molekut 1046, kadar metoksil 9 0,694,hidroksifenolik 2,1%, a h 16,794, lignin mumi 70,8%,dan suhu transisi pelelehan
138OC. Hasil ini setara dengan lignin impor (Indulin-AT). Setdah direaksikan
dengan resorsinol dan fonnaldehida, diketahui bahwa nisbah mol optimum
L:R:F = 1:0,5:2,dengan pengeras 1,5% dari kadar padat perekat dan masa
kempa 15 jam. Perekat ini memifiki pot f i 227 menit, dengan kadar resin
48,95%, forrnaldehida bebas 3,71%, b b o t molekul 1220, bobot jenis 1,16
dan suhu transisi pelelehan 1 W C . Pengujian tehadap kayu lamina menunjukkan bahwa keteguhan rekat produk tersebut 51.82 kglcm2 (uji basah)
dan 117,4? kglcm2 (uji kering), dengan emisi formaldehida 0,014 ppm.
Dengan metode ini, perekat lignin yang dibuat dengan menambahkan
resorsinol dan formaldehida (LRF) memiliki ciri kopolimer yang baik dan
mememuhi syarat mekanis (keteguhan rekat) dan emisi formaldehida yang
ditentukan dalam standar Jepang.
ABSTRACT
AD1 SANTOSO. Synthesis and Characterization of Lignin Resorcinol
Formaldehyde Resin for Laminated Wood Adhesive. (Under supervision of
SURDIDING RUHENOl as chairman, SUMINAR S. ACHMADI and YUSUF
SUOO HAD1 as members).
Black liquor generated from pulp mills in Indonesia is estimated more
than 2.3 millions tones per year. This Rquid has been explored to be used for
wood adhesive, however the resub for industrial application is considered
unsatisfactory due to the fact that the pot life of adhesive is shod relatively.
This study examined several modifications on adhesive composition to
achieve applicable formulae for cold setting adhesive.
First, the dispersed lignin in the liquor was separated by reprecipitation to prduce isolated lignin, followed by its characterization. The
characteristics were compared to an imported lignin (tndulin-AT), which is
used as a reference. The lignin was then mixed with resorcinol and
formaldehyde at five different resorcinol mole ratios, i.e. 0.3, 0.5, 0.7, 0.9,
and 1.1, while lignin and formaldehyde were fwd at 1 and 2 moles,
respectively. The Copolymers from the r ~ c t i o nwere tested on 2 layers
laminated wood with dimensions of 50 cm length, 5 cm width and 2 cm
thickness. Each m o d stick was spread by glue about 17'0 g/m2 of per face.
Then, the samples wre pressed with two different pressing time, 8 hours
and 15 hours, at 1.0 MPa. The mechanical properties and formaldehyde
emission of the adhesive were tested and evaluated based on Japanese
(JAS) standard.
The Results indicated that the isolated lignin contained approximately
49% of syringillguaiacyf, with 1046 molecule weight, 10.6% rnethoxyl group,
2.1% phenolic group, 16.7% ash, 70.9% pure lignin, and 138OC temperature
of transition phase. The characteristics are similar to IndulimAT that was
used as reference. After mbdng with resordnol and formaldehyde
constituents, the r e d showed that the optimum L: R: F mole ratio was
1:0.5:2 and the percentage of para formaldehyde was 1 . 5 O h of solid content.
The pot life of adhesive was 227 minutes, with 48.95% resin content, 3.71%
free formaldehyde, 1220 molecule weight, 1-16 specific gravity and 150°C
temperature of transition phase. The test on laminated wood indcated that
bonding strength of the product was 51.82 kg(cm2 (wet test) and 117.47
kglcrn2 (dry test), The formaldehyde emission was about 0.014 ppm.
Therefore, the synthesis of isolated lignin with the resorcinol and
formaldehyde produced LRF, a unique wood adhesive with good copolymer
characteristics and met bonding strength and formaldehyde emission
requirement as stated in Japanese standard.
Saya
menyatakn
dengan sebenamya-benamya
bahwa segala
pemyataan &lam disertasi saya yang berjudul: 'Sintesis dan Pencirian Resin
Lignin Resorsinol Formaldehida untuk Perelcat Kayu lamina* merupakan
gagasan atau hasir penelin diertasi saya sendin, dengan pembimbingan
Komisi Pembimbing, kecuali yang dengan jelas dikrnjukkan rujukannya.
Disertasi ini belum pemah diajukan untuk mernperoleh gelar pada program
sejenis di perguruan tinggi lain.
Semua data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara
jelas dan dapat diperiksa kebenarannya.
Bogor, 14 Juli 2003
Nama : Adi Santoso
N r p : P1460M11411PK
SINTESIS DAN PENCIRIAN
RESIN LIGNIN RESORSINOL FORMALDEHIDA
UNTUK PEREKAT KAYU LAMINA
Dirtasi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Do ktor pada
Program Studi llmu Pengetahuan Kehutanan
PROGRAM PASCASARTANA
IlYSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2003
: Sintesis dan Pencirian Resin Lignin Resorsinol
Judul Disertasi
Formaldehida untuk Perekat Kayu Lamina
Nama mahasiwa
: Adi Santoso
NIM
: P 14600014 1 IPK
Menyetujui
1 . Komisi Pembimbing :
(Prof. Dr. Ir. H. surdding ~uhendi,M.Sc)
Ketua
I
(Dr. Ir. Suminar S. Achmadi)
Anggota
2. Ketua rogram Studi IPK
R
Tanmal Lulus: 14 Jull2003
(Prof.
I
. Yusuf Sudo Hadi, M.Agrj
Anggota
3. DireMur Program Pascasarjana
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 5 Juti 1958 sebagai anak
tunggal dari pasangan K. Prajitno dan Supiah. Pendidikan sarjana ditempuh
di Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan llmu Pengetahuan Alam
Unpad, Bandung, lulus pada tahun 1986. Pada tahun 1991, penulis
mendapat tugas belajar dari Departemen Kehutanan pada Progtam Studi
t lmu Pengetahuan Kehutanan IPB Bogor dan menamatkannya pada &hun
1994. Kesempatan untuk melanjutkan ke program doMor pada program
studi dan perguruan tinggi yang sama diperoleh pada tahun 2000.
Penulis bekerja sebagai Peneliti di Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Hasil Hutan sejak tahun 1M6.Bidang Penelitian yang
rnenjadi tangg ung jawa b penulis adalah Pemanfaatan Hasil Hutan.
Selama mengikuti program S3, penulis menjdi anggota Masyarakat
Peneliti Kayu Indonesia, Himpunan Polimer Indonesia, Himpunan Mikrobiologi Indonesia, dan Persatuan Sarjana Kehrrtanan Indonesia.
Karya ilmiah berjudul 'Daya Tahan Garis Rekat LRF pada Kayu
Lamina Manii terhadap serangan Rayap Kayu Kering" telah disajikan pada
Seminar Nasional V Masyarakat Peneliti k y u Indonesia (MAPEKI) di -or
pada bulan Juli 2002. Dua buah artikel telah diterbitkan masing-masing
dengan judul 'Penganrfi Komposisi Perekat Lignin Resorsinol Formaldehida
terhadap Emisi Formaldehida dan S h t Fisis-Mekanis Kayu Lamina" pada
Jumal Teknologi Hasil Hutan, 14(2): 7-15, 2001 dan 'Pemanfaatan Lindi
Hitam dari lndustri Pulp Kraft untuk Perekat Kayu" pada Buktin Penelitian
dan Pengembivlgan Kehutanm, 3(2): 145-156, 2002. Artikel lain rnasingmasing berjudul 'fsutasi dan Karakterisasi Lignin dari Lindi Hitam untuk
Bahan Perekat Kayu Kempa Dingin" akan diterbitkan p d a Majalah IPTEK,
ITS pada tahun 2004, dan Vengaruh Komposisi Resin dan Kadar AdKi
dalam Perekat Linin Resorsinol Formaldehida tehadap Keteguhan Rekat
Kayu Lamina Kernpas",akan diterbrtkan pada Buletin Penelilian Hasil Hutan
pada tahun 2004. Karya-karya ilmiah tersebut merupakan bagian dari
program S3 penulis.
PRAKATA
Penurts memanjatkan segala puji dan syukur ke hadirat Allah SWT
dengan selesainya karya ilmiah ini, yang menrpakan salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Doktor pada Program Studi llmu Pengetahuan
Kehutanan, Program Pascasarjana l n t i i Pertanian Bogor.
Karya ilmiah yang berjudul 'Sintesis dan Pancirian Resin Lignin
Resorsinol Fomatdehida untuk Perekat Kayu Lamina" ini dapat
diselesaikan berkat hntuan dan sumbangan pemikiran dari berbagai
pihak. Unkrk itu penulis menyatakan terima kasih dan penghargaan yang
setinggi-tingginya, khuslanya kepada Prof. Dr. Ir. H. Surdiding Ruhendi,
M.Sc selaku ketua komisi pembimbing, Dr. tr. Suminar S. Achmadi dan
Prof.
Dr. Ir.
H. Yusuf Sudo Hadi, M.Agr selaku anggota komisi
pembimbing, Kepala Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Hasil
Hutan yang tela h memberrkan kesempatan dan fasilis selama penulk
menjahni kuliah
dan peneliian, dan selunrh rekan karyawan dan
karyawati di Pusat Penelitian dan Pangem-bangan Teknologi Hasil Hutan,
seda para kerabat penulis atas dorongan moril dan materil yang dberikan.
Penulis berharap, agar semua yang disajikan ini d a p t rnemberikan
dasar bagi penelian lebih lanjut dan bermanfaat bagi perkembangan
keitmuan khususnya di bidang kehutanan.
Bogor, Juli 2003
Adi Santoso
DAFTAR 1st
Halaman
DAFTAR TABEL ........................................................................................
xiv
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
xv
DAFTAR LAMPIRAN ................................
.
.
.......................................
xvii
I .PENDAHU1UAN ..................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang..................................................................................... I
1.2. Tujuan Penelitran .................................................................................
4
II. TtNJAUAN PUSTAKA ..............................................................................
5
2.1. Lignin .................................................................................................
5
2.1.1. Lignin dari Lindi Hitam Kraft .........................................................
5
10
2.A .2. Aplikasi tignin sebagai Perekat Kayu ...........................................
2.1.3. Perekat Kernpa Dingin Lignin Resorsinol Formaldehida ...............11
2.2. Kayu Lamina .......................................1
4
2.3. Deskripi Kayu Kernpas (Koompassia malaceensis Maing. )...............18
2.4. Teknik Pencirian Lignin dan Kopolimernya ....................................... -20
21
2.4.1. Pencirian Unsur dan Gugus Fungsi ..............................................
2.4.2. Penentuan Disttibusi B o k t Molekul ...........................................
22
2.4.3. Pencirian Kekristatan ....................................................................
-24
2.4.4. Pencirian Cara Termal ................................... ............................-27
2.4.5. Pencirian Mikroskopis Penetrasi Koplimer LRF pada Kayu
Lamina ..........................................................................................
-30
III. ISOLASI DAN PENClRlAN LIGN1N DARl LtNDl HlTAM........................31
3.1 . Pendahuluan.......
xii
3.2. Bahan dan Metode ..............................................................................
32
3.2.1. Bahan dan Alat .............................................................................
-32
3.2.2. Metode ............................................................................................
33
3.3. Hasil dan Pembahasan........................................................................
39
3.3.1. Ciri tindi Hitam ...............................................................................
39
3.3.2. Ciri Kualitati t i n i n Isobt ...........................................................
40
3.3.3. Ciri Kuantitatif Lignin Isolat............................................................
-43
3.4. Kesimpulan...........................................................................................
51
.
IV SlNTESlS DAN PENClRlAN KOPOLIMER
UGNIN RESORSINOL FORMALOEHIDA .......................... .
.
.........-52
4.1. Pendahuluan........................................................................................
52
4.2. Bahan dan Metode...........................................................................
53
4.2.1. Bahan dan Alat .......................
......
..............................................
53
4.2.2. Metode............................................................................................
54
4.3. Hasil dan Pernbahasan........................................................................
57
4.3.1. Ciri Kualitatif Kopolimer Lignin Resorsinol Farmaldehlda.............-57
4.3.2. Optimasi Kualitatif Ciri Komposisi Kopolimer Lignin
Resorsinol Formaldehida .......................
.
.
.
.............4
4.3.3. Stfat Fisiskimia Resin Lignin Resorsinol Formatdehida................
70
4.4. Kesirnpulan........................................................................................-74
.
V PENGARUH KOMPOSiSI DAN KADAR ADITIF DAIAM PEREKAT
11GNIN RESORSINOL FORMALDEHIDA TERHAOAP KUALITAS
KAYU LAMINA KEMPAS .......................................................................
75
5.1. Pendahuluan ........................................................................................
75
5.2. 8ahan dan Mebde ...............................................................................
77
77
5.2.1 . Bahan dan Alat ...............................................................................
5.2.2. Metode............................................................................................
78
5.3. Hasil dan Pembahasan .................................................................... -84
5.3.1. Optimasi Komposisi Resin dan Penggunaan Aditif .......................
84
5.3.2. Kinerja Perekat Lignin Resominot
Formaldehida .............................................................................
94
.
VI PEMBAHASAN UMUM ..................................
.
.
.............................
108
6 .1. Ciri Lig nin tsolat sebagai Bahan Baku Perekat Kayu .......................108
6.2. Pencirian Kopolimer Lignin Resorsinol Fomatdehida......................109
6.3. Ciri Komposisi Aplikatif Perekat Lignin Resorsinol
Formaldehida .................................................................................
111
6.4. Kinerja Perekat Linin Resorsinol Formaldehida .............................
113
.
116
VII KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................
7.1. Kesimpulan ......................................................................................
116
7.2. Saran ................................................................................................
117
DAFTAR PUSTAKA..................................................................................
,118
OAFTAR TABEL
Ta be1
Halaman
3. I.Pita serapan spektrometer infmmerah lignin isolat
dad iindi hitam (cm-1).......................................................................
..40
3.2. Ciri kuantitatif lignin isolat..................................................................
44
4. f . Komposisi resin lignin resorsinol formawehida (LRF), dalam mo1...55
4.2. Pita serapan spektrorneter inframerah reaktan, kopdlimer LRF,
dan perekat PRF (cm-1) ....................
.
........................................
-58
4.3. Derajat kekristalan (%) koptimer lignin resorsinol formaldehrda
pada berbagai komposisi ............................................................... .66
4.4. Suhu fa- transisi pelelehan (OC)kopolimer lignin
resorsinol formaldehida pada krbagai kornpsisi .........................68
4.5. lkhtisar hasil pengujian sifat fisis-kimia resin lignin resarsinol
formaldehida.......................................................................................
77
5.1. Komposisi Resin Lignin Resorsinol Formaldehida (LRF) ..................80
5.2. Derajat kekristalan resin LRF pada komposisi optimum
dengan berbagai kadar aditif ................................
.
.....................86
5.3. Suhu fase transisi pelelehan resin LRF pada komposisi optimum ...88
5.4. Sidik ragam kadar resin padat dan waktu tergetatin LRF..................90
5.5. Sidik ragam kadar formaldehida bebas LRF .....................................93
5.6. Nilai
.. ntaan keteguhan geser tekan kayu lamina kempas (kg/crn2),
UJI kering............................................................................................
-95
5.7. Nilai rataan keteguhan geser tekan kayu lamina kempas (kg/cmz).
uji basah.............................................................................................
97
5.8. Sidik ragam keteguhan geser kernpas (kg/cm2)................................98
5.9-Sidik ragam emisi forrnaldehida (ppm) ..........................................
.lo1
DAFTAR GAMBAR
Garnbar
Hafaman
2.1. Stnrkhrr lignin Kraft (8orregarad 2001 )...........................................
6
2.2. Unit fenil propanoid lignin ...............................................................
7
8
2.3. Reaksi lignin dengan alkali {Hon 1998) ..........................................
2.4. Perkiraan reaksi pembentukan lignin formaldehida. pada
suhu 80% (Landucci 1981 dsdam Hemingway
dan Conner t 988)...........................................................................
9
15
2.5. Tahapan proses pernbuatan kayu lamina .......................................
2.6.StruMur kristal-amorf polimer. (a) mewakili daemh berkristal
dan (b) m ~ k i ldaerah
i
arnorf (Cowd 1991)..................................
24
2.7. (a) interfemnsi membangun. (b) interferensi merusak
(Cowd 1991) ....................................................................................
25
2.8. Skema pemantulan sinar-X oleh bidang netral (Cowd 1991)..........26
2.9. Bagan kristalit (a) tak terarah. (b) terara h
.....................................
-27
29
2.10. Cara menaksir plot DTA (Surdia 1994) .........................................
3.1. Transmitans spektrum inframerah lignin isolat dan indulin-AT .....40
3.2. Difraktogram lignin isolat dan indulin-AT ........................................
42
3.3. Termogram trrtnsisi fase Iignin isoiat dan indulin-AT .....................43
4.1. Spektrum inframerah lignin reaktan bahan resin LRF ...................59
4.2. Spektrum inframerah kopotimer LRF dan resin PRF.....................59
61
4.3. Difraktogram lignin isolat dan indulin-AT........................................
61
4.4. Difraktogram paraformatdehida dan resorsinol .............................
4.5. Difrak-bgram kopolimer lignin resorsinol formaldehida ..................62
4.6. Temogmrn lignin. lignin formaldehida. dan lignin resorsinol
formaldehida...................................................................................
63
4.7. Spsktnrm inframerah kopolimer lignin resorsinol formaldehida .....65
4.8. Difraktogram kopolimer LRF pada berbagai komposisi .................65
4.9. Termogram kopolimer lignin resorsinol fonnaldehida ....................
89
81
5.1. Contoh uji keteguhan geser tekan ..................................................
5.2. Spemrn inframerah kopolimer lignin resorsinol formaldehida .....85
5.3. Dimktograrn perekat LRF dengan berbagai kadar aditif ................86
5.4. Tennogram perekat LRF dengan berbagai kadar aditif ..................87
89
5.5. Kadar resin padat dalam LRF.........................................................
5.6.WaMu tergelatin LRF.....................................................................
-89
5.7.Formaldehida bebas LRF ..............................................................
92
5.8. Hubungan antara kadar aditif dengan formaldehida
bebas..............................................................................................
93
5.9. Emisi formaldehida kayu lamina. masa kernpa 8 jam ...................100
5.10. Emisi formaldehida kayu lamina. masa kempa 5 jam ................100
5.1 1. Hubungan antara kadar aditif dengan emisi formaldehida
kayu lamina. masa kernpa 8 jam ..................................................
103
5.12. Hubungan antara kadar aditif dengan emisi formaldehida
104
kayu lamina, masa kempa 15 jam ................................................
5.13. Penampang linkng kayu lamina kempas
(a) Perbesaran 20 X, (b) Perbesaran 50 X ..................................105
DAFTAR LAMPlRAN
Lampiran
1.
Halarnan
Ciri kuantitatif iignin isolat asal lindi hitam .....................................
I25
2. Kadar resin padat lignin resorsinol formaldehida...........................1
3.
Waktu tergelatin resin lignin resorsinol formaldehida
pada 25 OC (menit).............. ........ .
.
.
.
.. . .....,.....................,, , ,., ,.IZ
5.
Uji beda Waktu Tergeiatin (menit).......................
.. ................ . .......128
6.
Fomaldehlda bebas ( x 10%) resin lignin resorsinol
fomaldehida ..................................................., .., ..,...... . ............, ..-129
7.
Uji beda kadar fonnaldehida bebas (%) .................................... ...I30
8.
Keteguhan geser tekan kayu lamina kempas
(masa kempa 8 jam)... ... ................................................................131
9.
Vji beda keteguhan geser tekan kayu lamina kernpas (kglcm2),
uji kering .................... ... ...... ................ . ... ..... . .. ....................... ... ... .-133
10. Uji M a keteguhan geser tekan kayu lamina kernpas
(kglcm2), UJI bsah ........................................................................
135
a -
11.
Emisi formaMehida (ppm) kayu lamina kempas ......... ... . . ........ ...,137
12.
Uji beda ernisi formaldehida kayu lamina kempas (ppm) . ............138
? 3. Penampang longitudinal (a1 dan a2) dan penampang
transversal (bl dan b)garis rekat kopolimer LRF
pada kayu lamina kempas .............................................................140
14. Kedalarnan penetrasi dan ketebalan garis rekat kopolimer
LRF pada kayu lamina kempas (pm)....... .. ....................................141
L PENDAHULUAN
1.I.
Latar Belakang
Perekat merupakan salah satu bahan utama yang amat penting
dalam industri pengolahan kayu, khususnya kayu kornposit. Dari total
biaya produksi kayu yang dibuat dalam berbagai bentuk dan jenis kayu
kornposit, lebih dari 32% adalah biaya perekat (Sellers 2001).
Sampai saat ini, sebagian besar perekat yang diproduksi di
Indonesia adalah perelcat sintetik yang terdiri atas urea formaldehida
(80%), fend formaldehida (10%) dan melamin formaldehida (10%), p n g
peruntukannya memenuhi kebutuhan industri kayu lapis, papan partikel,
dan venir lamina. Sementara untuk produksi kayu pertukangan (wood
working) untuk keperluan struktural atau bangunan dan perkapatan masih
menggunakan perekat irnpor, antara lain dari Belgia dan Jepang, yaitu
perekat dingin tipe WBP dad jenis fend resorsinol formaldehida (phenol
resorcinol hmajdehyde, PRF) dan resorsinol formaldehida (resorcinol
formaldehyde, RF). Sesungguhnya Indonesia bisa membuat perekat
serupa bila ditinjau dari potensi bahan baku fenolik ysng dimiliki, y a k dari
larutan sisa pemasak serpih kayu dari pabrik pulp.
tarutan sisa pemasak serpih kayu dari pabrik pulp dengan proses
kimia sulfat, secara teknis disebut lindi hitarn kraft (kt&
black liquor).
Larutan ini sebagian besar mengandung lignin, dan sisanya terdiri atas
asam format, asam asetat, zat ekslraktif, dan kornponen lain.
Beberapa hasil penehtian terdahulu mengungkapkan bahwa lignin
yang dapat diperoleh dari lindi hitam sekitar 1 8 4 7 % (bh) (Rudatin 1989,
Lewis dan L a m 1985). Sebagai bahan rnentah, penggunaan lignin
madh sangat terbatas, padahal potensi yang didapat dari Indi hitam pada
pabrik pulp di lndonesia cukup besar. Oengan asumsi produksi pulp di
Indonesia pada tahun 1999 adalah 4,9 juta ton (Ibnusantoso 2000), maka
dapat diperoleh lignin 0,4-1,1juta ton.
Berkenaan dengan aplikasi perekat da tam bidang industri peng*
lahan kayu, lignin dari lindi hitam bila dikopolimerisasi dengan resorsinol
dan formaldehida akan mernbentuk lignin resorsinol formaldehida (LRF),
yang merupakan perekat kempa dingin seperti halnya perekat RF dan
PRF ( P i n i 1994). Perekat lignin jenis ini bisa dipakai untuk membuat kayu
komposit untuk keperluan struktural, seperti papan atau balok lamina. Bila
diasumsikan bahwa untuk setiap total formula perekat dibutuhkan 20%
lignin, maka dari lignin yang diperoleh sebanyak 0,4-1,1 juta ton akan
dapat diproduksi perekat sebesar 2,1-5,7 juta ton.
Helsil penelitian menunjukkan bahwa produksi kayu pertukangan
Indonesia untuk tahun 1999 tercatat sebanyak 842.5 ribu m3 (Djsjaredja
dan Hidayat 2001) atau 547,6 ribu ton (dengan asumsi bobot jenis ratarata 0,65) dengan nilai US $.25f ,31 juta. Bila diasumsikan bahwa setiap
produk kayu tersebut mernerlukan perekat sebanyak SO%, maka untuk
memproduksi kayu pertukangan sebanyak itu diperlukan perekat 54,8 ribu
ton. Dengan demikian dapat diperkirakan bahwa lignin dari lindi hitam ini
bisa mensubstitusi bahan baku untuk perekat berbasis fenofik, khususnya
RF dan PRF secara signifikan, dengan harga yang kbih murah karena
bahan bakunya sebagian besar bisa diperoleh dari dalam negeri.
Upaya pembuatan perekat LRf dalam skala laboratorium telah
dilakukan, yaitu dengan mereaksikan lignin (1 mol), resorsinol (0,l-0,4
mol), dan formatdehida (2 mol) lalu rnenmplikasikan resin yang diperoleh
pada kayu lamina sengon (Paraserianthes falcataria
(L) Nietsen),
ktapi
kualitas keteguhan rekatnya masih belum memenuhi persyaratern yang
diinginkan (Ruhendi 1999), sementara hasil penelitian Santoao et al.
(2001) rnenunjukkan bahwa kayu lamina manii (Mesopsis eminii Engl.)
yang direkat dengan perekat sejenis dengan kadar resorsinol sekiir 0,70,9 rnol, aman dalam ha1 ernisi formaldehidanya. Kedua penelitian di atas
tidak mengemukakan ciri dari tignin isolat yang digunakan, padahal
pernahaman yang lebih luas dan mendalam tentang ciri lignin yang
digunakan itu amat penting agar pemanfaatan kembali lignin sesuai
dengan fungsinya dapat lebih ditingkatkan.
Bertolak pada kedua hasil penelian di atas, maka selanjutnya
dilakukan penelitian sintesis dan pencirian resin lignin resorsinol
formaldehida untuk perekat kayu lamina, yang meliputi spesifiknsi isolat
lignin kraft yang berasal dari lindi hitam sebagai bahan substitusi perekat
kayu lamina, menentukan perlakuan untuk memperoleh perekat berbahan
dasar lignin p n g memenuhi syarat untuk penggunaan industri pengolahan
kayu struktural sepeiti kayu lamina, dan mengkaji kinerja perekat lignin
yang diperoleh dalam aplikasinya pada papan lamina kayu kernpas
(Koompassia malaccensis Maing.).
19. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan menetapkan ciri isolat lignin dan menentukan perlakuan untuk rnendapatkan komposisi optimum perekat berbahan dasar lignin, serta mempetajari kinerjanya yang sesuai untuk
produk kayu lamina.
Untuk mencapai tujuan tersebut, dlakukan 3 tahap kegiatan
penelitian yang terdiri atas (a) isolasi dan pencirian lignin dari lindi hitam,
(b) sintesis dan pencirian kopolimer lignin resorsinol formaldehida, dan (c)
pengaruh komposisi dan kadar aditif dalam perekat lignin resorsinol
formaldehida terhadap mutu kayu lamina kempas.
1.3. Hipotesis
lignin memiliki struktur dan reaksi kimia tertentu yang apabila
diperlakukan melatui proses kopolimerisasi dapat dibuat sebsgai bahan
perekat kayu lamina. Kualitas perelrat kayu lamina yang dibuat dari lignin
itu diduga dipengaruhi oleh kornposisi bahan baku, kadar bahan aditif dan
waktu pengempaan yang diterapkan.
1A. Kegunaan Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat dimanfaatkan sebagai
masukan bagi kalangan induslri perekat dan industri pengolahan kayu
dalam upaya peningkatan diversifikasi produk guna rnenghasilkan produk
perekatan yang ramah lingkungen.
II. TlNJAUAN PUSTAKA
2.1. Lignin
2.1.I.Lignin dari Lindi Hitam Kraff
Lindi hitam (black Iquor) mew pakan larutan sisa pemasak serpih kayu
yang berasal dari limbah pabrik pulp dengan proses kimia sulfat, mengan-
dung krbagai komponen kimia dengan struMur dan susunan yang krbeda.
Pada dasamya lindi hitam ini dapat dikelornpokkan menjadi tia bagian, yaitu
produk-produk degradasi karbohidrat, resin, dan lignin.
Lignin yang diperoleh dari lindi hitam proses kraft dengan bagan
struktur sepetti tercantum dalam a m b a r 2.1, secara teknis disebut Iignin
kraff. Kornposisi komgonen kimianya beragam bergantung pada spesies kayu
dan kondisi pemasakannya. Untuk mendapatkan lignin dari tind i hitam, bisa
dengan cam pengendapan benhang (Kim et el. 1987).
Lignin yang diperoleh dengan teknik isolasi tersebut adalah lignin yang
bobot molekulnya masih rendah atau derajat polimerisasinya rendah. Namun
demikian, menurut Gillespie (1985) lignin ini adalah yang paling reaktif dalam
ha1 reaMifitas dengan fomaldehida bila dibandingkan dengan lignin yang
diperaleh dari jenis lain seperti lwnin sulfit, lignin klason, atau lignin modifrkasi
(sulfometilasi), sehingga memiliki potensi untuk bisa dimanfaatkan setmgai
bahan baku perekat kayu.
Gambar 2.1 Sbktur lignin Kraft (Borregaard 2001)
Sehin lignin yang merupakan komponen terbesar y ang terdapat pada
lindi hitarn, berbagai jenis produk k h a n kirnia dapat pula dihasilkan dari
isolasi dan pemisahan komponen kimia yang terdapat dalam larutan sisa
pemasak ini, di antaranya lignosulfonat, gula, asam atdonat, etil alkohol,
protein, asam asetat, butanol, dan asam laktat.
Lignin adaiah polimer yang terbentuk dari monomer-monomer fenif
propana (Cg), yang terikat satu sama lain melalui ikatan eter dan ikatan
karbon ke karbon seperti halnya ikatan karbn-oksigen. Baik lignin alami
maupun lignin dari lindi hitam bersifat amoff dan mempakan senyawa
aromatik dengan struMur kimia yang kompleks (SjOstrdm 1995).
Menurut struMur penyusunnya, lignin dapat dibagi ke dalam dua
kelompok, yaitu lignin guaiasil dan lignin guaiasil4iringil.
(1). Lignin guaiasil, ialah lignin yang terdapt pada hampir semua kayu
konifer yang sebagian besar rnerupakan produk polimerisasi dari
koniferil alkohol.
(2). l g n i n guaiasil-siringil, ialah lignin khas kayu daun lebar yang
merupakan produk polimerisasi dari koniferil alkohol dan sinapil
alkohol dengan nisbah krvariasi dari 2:1 sampai 4:l.
Pizzi (1994) mengasumsikan bahw stnrktur lignin terbentuk dari p-
hidroksisinamil alkohol melalui perangkai oksidatif yang teroksidasi oleh
hidrogen peroksida dan peroksidase mernbentuk radikal fenoksi. EleMron tak
berpasangan dalam radikal fenoksi terdelokalisasi dan bereaksi pada tiga
tempat radikal yang berbeda (Gambar 2.2).
Gambar 22. Unitfenil propanoid lignbr:
R,R2 = H, OCHj, R3 = H, CHa CH2
ateu I dan
(8
iMan yaw mungldn
pada unit-unit fenil propanoid yang
Mn.
Lignin pada umumnya termasuk isolat lignin dad lindi hitam, rnerniliki
tiga gugus fungsi, yaitu gugus karbonil, hidmksienolik, dan hidroksilbenzilik.
Menurut Sjdstrdm (1995), di antam ketiga gugus fungsi tersebut gugus
hidroksifenolik berpean penting dalam reaksi yang menggunakan katalis
alkali terutama dalam pemanfaatan lignin sebagai bahan baku perekat untuk
kayu lapis melalui reaksi hidroksimetilasi (Piui 1983. Gillespie 1985, dan
S a n t ~
et al. 1985) maupun kopolimeri~sidengan fend (Santoso et al.,
2001). Di lain pihak. Hon (1 996) mengutarakan bahwa reaksi lignin dalam
kondisi basa akan rnenghasdkan produk utama yang terdiri
abs senyawa-
senyawa epoksi (1 01,difenilmetana (12-13 ) , a-eter karboksilat (141, dan unit
terkondensasi (1 5) (Gambar 2.3).
Gambar 2.3.Reaksi tinin dengan alkali (Hon 1996)
L i n i n juga bereaksi dengan fomaldehida dan dapat krikatan silang
dengannya, dalam cam y ang sama dengan resin-resin sintetik polifenolik
(Gambar 2.4).
Gambar 2.4. Perkiraan reaksi pembentukm lignh formaldehida, pada suhu 80%
(Landwci 1981 dalam Herningway et 81.1988)
Gillespie (1985) d&m Hemingway et a). (1988) menyatakan bahwa
isolat lignin dari lindi hitarn mempunyai reaMivitas yang baik dengan formaldehida, karena setiap 0,5 mol formaldehida dapat breaksi dengan 1 mot
lrgnin (dengan asumsi b b o t molekul 1 rnol lignin s e k a r 180 gram, yang
menrpakan bobot rataan dari unit fenil propana). Proses hidroksirnetilasi
lignin yang dilakukan dengan cam mmenambahkan formaldehida, air, trietilena
a isulat lignin, serta menggunakan
glikol, NaOH dan asam asetat glasial m
katalis asam sambil diaduk secara mekanis pada pH sekitar 5,5 dan suhu
ruangan, akan menghasifkan perekat kayu yang memiliki kekuatan rekat yang
tinggi dan tahan terhadap air. Prows hidroksimetihsi ini dipenganrhi oleh
kondisi waktu, suhu, dan n i s h h mol reaktan-reaktan yang digunakan.
2.1 2. Apllkasi Lignin sebagai Perekat Kayu
Lignin sebagai limbah yang dihasilkan dari pembuatan puip telah
digunakan sebagai bahan perekat sejak dikenal pemasakan kayu dengan
proses sulfit. Pemanfaatan lignin dari lindi hitarn didasari untuk mengurangi
kebergantungan terhadap kebutuhan perekat sintetis sebagai hasil olahan
asal minyak bumi yang merupakan sumber daya t'lak terbrukan, me-
ng urangi pencemaran lingkungan dan menekan biaya perekat (Nimz 1983
dalam Pizzi 1994).
Berdasarkan strukturnya yang merupakan polifenol, lignin sebagai
perekat mirip dengan resin fend formaklehida (phenol fomaMehybe, PF).
Hal ini terutama secara nyata berlaku bagi lignin alam datam kayu, sernenbra
lignin teknis (lignosulfonat dan lindi hitam) haws diberi taut silang guna
mengubahnya ke dalarn bentuk resin yang tidak larut. Namun reaksi
kondensasi dalam tignin dengan pemanasan atau asam mineral tidak
seefektif dalarn resin PF diwbabkan oleh tiga hal,
(1) . Hanya terdapat 0,5 posisi orto b b a s (orto pada gugus fenolik) per
unit G;posisi 6 dan 2 kurang reaktif.
(2).Kurangnya satu bnzil alkohol atau gugus eter per unit Cs dalam
lignin, sementara dalam resin PF rnencapai 3 gugus rnetilol yang
dapat dimasuldcan ke dalam satu cincin fenalik.
(3) . Inti aromatik dalam lignin amat kurang reaktif daripada fenol terhadap
gugus hidroksibenril alkohol, akibat adanya gugus metoksil atau
yang ekuivalen dengan metoksil daripada gugus hidroksil pada
cincin-cincin aromatk lignin.
Selain itu, menurut Hon (1996) energi aktivasi dari hidroksimetilasi
lignin (15 kkal) lebih rendah daripada reaksi fenolik sederhana (24 kkal).
Dengan atasan-alasan tersebut, maka lignin teknis tidak dapat bertaut silang
secara efektif seperti resin PF. Untuk aplikasinya diperlukan suhu kempa
yang tinggi dengan waku pemanasan yang lebih lama atau dengan
menggunakan konsentmsi asam yaw lebih pekat.
Sutitnya upaya pembuatan lignin sebagai bahan perekat t e r n s e t
telah mendorong pemakaian ll~ninini sebatas sebagai campuran bahan
perekat, dengan maksud untuk menghemat pemakaian perekat utama. Hal ini
tercermin dari beberapa hasil penelitian, yang antara lain telah diungkapkan
oleh Falkehag (1975), Pizzi (1983),Syafii (1999), Sellers (2001), lskandar
dan Sanbso (2001).
Meski demjkian, tidak terutup kemungkinan bahw Vignin dapat pula
dikopoiimerisasi dewan fenol atau resorsinol dan formaldehida sehingga
rnernbentuk resin lignin fenot formaldehida (iignin phenol fmerldehyde, LPF)
(Santoso et al- X)Ola), atau lignin resorsinot formaldehida (LRF) ( P h i 1994,
Ruhendi 1999 ; Santow et ai. 2001b).
2.13. Perekat Kempa Dingin Lignin Remrsinol Formaldehlda
Bertolak belakang dengan kesutitan yang dialarni dalam penggunaan
lignin sebagai perekat tennoset, perekat kempa dingin lignin resorsinol
formaldehida (MF) untuk aplikasi fhger joht dan glularn atau kayu lamina
relati lebih mudah diperokh dan dikerjakan (Klashorst at al. W85 dan Truter
et el. 1994 dalam Pizzi 1994). Perekat kempa dingin yang berbahan dasar
lignin rnengandung resorsinol sekitar 13,6-t 9% (dari resin cair total) telah
berhasil dicangkok ke dalam lignin teknis melalui metilolasi lignin, kemudian
membentuk jembatan metilena antara resorsinol dengan polimer lignin yang
dimetilolasi menghasilkan produk y ang sangat memuaskan.
Dalam perekat ini satu molekul resorsinol dimasukkan ke dalam setiap
dua unit fenilpropana dari lignin. Produk tersebut menrpakan suatu perekat
yang rnampu berikatan silang pada suhu lingkungan dengan aditif
paraformakjehida, dan membenkrk seri jemhtan metilena pada setiap
sambungan dua terminal resorsinol yang masing-masing tercangkok di atas
polimer lignin.
Masalah yang timbul dalam pengoperasian yakni pada pH yang lebih
tinggi daripada pH yang umumnya digunakan pada perekat PRF (sekitar 8-
93) mengakibatkan lignin cenderung mengendap p d a pH yang lebih
rendah. Untuk mengantisipasi pengaruh ini, perekat diberi larutan air dan
metanol dengan nisbah 80:20.
Banyaknya metanol yang terkandung amat berpengaruh terhdap pH
perekat lignin yang digunakan; bita metanol t i a k d a , pH yang diperlukan
guna mewujudkan polimer itu dalam tatutan yaw baik adalah di atas 10
dengan pot lh campuran perekatnya sangat singkat, kondisi perekat seperti
ini tidak bisa digunakan untuk kepertuan industri, meskipun fakta memperiihatkan bahwa perekat lignin ini mampu menghasilkan prduk dengan
keteguhan rekat yang tinggi. Dalarn larutan air dan metanol (80:20),
pot lilk
pada perekat berbasis lfgnin umumnya sekitar 88 menit pada suhu 25'C,
kondisi ini sewpa dengan perekat PRF yang dapat diterima untuk kepeduan
industri. Meningkatnya proporsi metanol akan memperpanjang atau memajukan pot lj& campuran perelcat tersebut.
Upaya lain yang juga dapat memperpanjang pot ti& ialah dengan
menerapkan nilai pH yang lebih tinggi, dimana metanol tidak diperlukan untuk
rnembangun polimer dalam larutan, yaitu dengan menggunakan suatu aditif
seperti paraformaldehida (Truter et al. 1994 dalaf??Pjni 1994). Kerugiannya,
yaitu seiring dengan relatif rnakin lamanya pot Iife keteguhan rekat dan
kerusakan kayu dari ikatan rekat (joint-bomd) yang dihasilkan campuran
perekat mengalami penurunan. Dengan demikian, aditif parafomaldehlda
kurang krdaya guna
ma taraf untuk memperpanjang pot lk perekat ini.
Dalam ha1 aplikasinya sebagai perekat, resin lignin resorsinol forrnaldehida dapat berikatan secarrr spesifik dengan kayu karena resin tersebut
berslfat polar, yang dicirikan antara lain obh adanya gugus hidroksil (OH) dan
karbonil (CO)(Wake delam Garrat, 1964). Di lain pihak salah satu kornponen
kayu adalah seluiosa, yang mengandung gugus hidroksii dan karbonil
sehingga krsifat polar. Berdasarkan keserupaan sifat tersebut, Pini (4983)
rnengemukakan bahwa perekat bereaksi dengan selulosa membentuk ikatan
yang kuat.
2.2. Kayu Lamina
Kayu Lamina atau disebut juga balok majemuk adalah suatu balok
yang diperoleh dari perekatan kayu,dapat berbentuk iunrs, melengkung atau
gabungan dari kduanya, dengan arah =rat
sejajar satu sama lain (FPL
1974). Pada dasamya, k h a n baku berasal dari kayu ukuran besar sampai
kecil bahkan sampai tingkatan molekul dapat dijadikan sebagai bahan
penyusun dalam pembuatan kayu lamina, sehingga pemanfaatan kayu dapat
lebih efisien (Marta, 1972 dalarn W i g dan Jayne 1982). Dalam ha1 bentuk,
kayu lamina dapat bervariasi baik dalam jenis, jumlah lapisan, ukuran, bentuk
kayu lamina dapat vertikat dan horizontal. Bila berdasarkan bentuk penampangnya, kayu lamina dibedakan antara lain k b k I, balok T , h k k pipa dan
balok segi empat (Bodig dan Jay ne 1982).
Untuk penggunaan konstruksi, kayu lamina mempunyai beberap
kelebihan, antara lain dapat dibuat penampang dan panjang yang lebih k s a r
dari balok tunggal biasa, kayu yang bukan termasuk kayu konstruksi dapat
dipakai untuk membentuk suatu penampang yang sama kuatnya afau lebih
kuat dari pada balok tunggal biasa. Pelapisan dapat disusun sedemikian rupa
sehingga bagian-bagian yang rnendapat tegangan terbesar memuat kualitas
yang lebih tinggi, dan suatu busur dari konstruksi kayu berlapis majemuk
lebih tahan dari kebabran daripada suatu konstruksi kayu rangka batang
(Yap 1984).
Secara garis besar proses pembuatan kayu lamina terdiri atas
beberapa tahap (Gambar 2.5), bermula dari kayu bundar
Kayu bundar
II
Papan harus disambung
Papan utuh
u
Penyambungan papan ke arah tepi
aiau
Penyarnbungan papan ke arah ujung
II
Pehburan perekat pada pemukaan kayu
U
Pengempaan
Dingin
Panas atau frekuensi tiwgi
Penyirnpanan
Pengkondisian
Pemotongan
Pemilahan
I
pengainpelasan
Gambar 2.5. Tahapan proses pembuatan kayu lamina
Kayu lamina dapat mernberikan kesan indah dan dekoratif dalam
arsitektur bangunan karena konstruksi d a m dibuat dengan leluasa. Untuk
memperoleh kesan indah (arlistik), produk kayu lamina selain dapat dikom-
binasi dengan unsur kayu yaw bercorak indah (venir tipis), dapat pula
dikombinasi dengan unsur non-kayu rnisahya dilapisi dengan poljmer sinktik (bahan plastik) atau logam (aluminium) sehingga dihasilkan suatu produk
kayu lamina berlapis polimer sintetis atau Iogam yang memiliki permukaan
yang halus dan mengkilap scrta tahan terhadap goresan.
Oengan teknologi tinggi, desain yang bagaimanapun rumitnya dapat
dibuat dengan bantuan komputer sehingga pemakaian produk kayu lamina
bisa d isesuaikan dengan keperluan dalarn pemasangannya. Oleh karena itu
produk kayu lamina banyak digunakan untuk kemngka mmah, jembatan,
rangka kapal, rangka hanggar pesawat udara, lantai, rneja bundar, dinding
pembatas, kusen dan bin-lain produk yang berkesan indah.
Secara teoretis, kayu lamina dapat pula dibuat dari kombinasi kayu
utuh dengan inti partikel kayu dengan berbagai bentuk dan ukuran partikel,
rnisalnya yang berinti papan partikel, papan serat, papan untai dan
sebagainya sehingga diperoleh produk kayu sandwich construdion y ang
mernilild sifat lenkrr tertentu dengan kernpatan yang relati rendah sekitar
0,4-0,8 glcm3 (Suchlad dan Woodson 1986 dalarn Youngquist 1999).
Produk kombinasi kayu dengan potongan bilah venir yang disusun
dengan arah serat
sejajar misalnya para181 strand lumber (PSL) yang
menggunakan perekat PRF, iaminated strand lumber (LSL) dan oriented
strand lumber (OSL) yang orientasi pembuatannya meninr papan sent (OSB)
dengan perekat isosianat. Produk kayu lamina maupun venir lamina untuk
keperluan struMural seperti di atas digolongkan pada produk structural
mmposib lumber (SCL) (Soltis dalam FPL 1999).
Secara tehis, kayu lamina slain dapat dibuat dari kayu yang utuh
dapat pula dibuat dari campuran jenis kayu dengan sambungan pada arah
serat memanjang (Sutigna 1991). Selain itu untuk membuat kapal kayu,
dipakai kayu lamina dari campuran kayu meranti dan jati dengan srnbungan
pada arah serat memanjang, perekat yang dipakai adalah resorsinol
forrnaldehida (RF) dengan pengempaan memakai alat penjepit. Bentuk
penyambungan kayu lamina bisa dilakukan dalam tiga cara, yaitu (a) pada
unsur kayu sebelum perakitan, dengan benkrk sambungan jari,
miring atau
Ildah, (b) pada unsur kayu ketika perakitan, dengan bentuk sambungan tegak
atau miring, dan (c) pada produk atau setelah jadi, dengan bentuk sambungan jari, miring atau lidah.
Pengolahan kayu lamina primer dapat pula dilanjutkan dengan pengoiahan sekunder seperti petapisan kayu tamina dengan unsur kayu atau non
kayu untuk mendapatkan sifat kekuatan dan atau keindahan. Pada kayu
lamina
yang
memerlukan
ukuran amat
panjang dapat
dilakukan
penyambungan. Akan tetapi bentuk sambungan kayu (lidah, miring, dan jari)
dapat rnempenganrhi kekuatan kayu lamina karena macam sarnbungan
tersebut akan menentukan luas efektii dari permukaan yaw direkat. Kayu
lamina yang dibuat seczlra horizontal dan vertikal tanpa sambungan lebih
kuat daripada yang mengandung sambungan.
Pada kayu lamina horizontal, bentuk sarnbury~anmiring menghasilkan
kekuatan yang lebih tinggi daripada sambungan tegak, sementara kayu
lamina vertikal ternyata lebih kuat yang tanpa smbungan daripada kayu
lamina horizontal. Bila ditinjau dari bentuk sambungan tegak maupun miring,
kayu lamina horizontal ternyata lebih kuat daripada kayu lamina vertikal.
Dalam prakteknya, sambu ngan tegak lebih mudah dibuat daripada
sambungan miring, selain itu dapat rnempenga~hibiaya produksi. Hanya
saja, kelemahan sambungan tegak adalah tidak mampu meneruskan
tegangan dari sat, lamina ke lamina lainnya, baik tegangan tarik maupun
tegangan tekan. Jarak minimum yang dianjurkan untuk sambungan tersebut
adalah 24 x tebal lamina untuk bagian tarik, atau 10 x tebal untuk hagian
tekan (Santoso et al. 2000).
2.3. Desktipsi Kayu Kempas (Koompasda malaccansis Maing .]
Kayu Kempas (Koompassia maiaecensis Maing.) termasuk dalam
famili Caesalpkriaceae, dikenal j q a sebagai kayu batu, yang di indonesia
banyak terdapat di daerah Sumatera dan Kalimantan. Menurut Martawijaya et
al. (1989) tinggi pohon kempas bisa mencapai 45 m dengan panjang batang
bebas cabang sampai 32 m, diameter 90 crn atau lebih, batangnya lurus
berbanir sampai tinggi 3 m, kulit luar berwarna kelabu atau putih-kuning,
kadang-kadang merahcoklat, tidak beralur dan kebanyakan tidak mengelupas.
Kayu teras kempas brwama merahcoklat dengan pembuluh yang
dikelilingi parenkim tampak seperti garis-garis berwarna coklat-kuning , Kayu
gubal berbeda nyata dengan kayu teras, berwarna kuniryr muda atau agak
kecoklatcoklatan, lebar 3-8 cm, biasanya 3 4 cm. Tekstur kayu ini sangat
kasar, dengan arah serat berombak t i a k teratur, sangat berpadu.
Pemukaan kayu sedikit mengkitap sampai sedang, bib diraba terkesan
kesat.
Struktur kayu kernpas rnemiliki pari besar soliter, sebagian bergabung
2 3 dalam arah radiat diameter 160-230 p, frekuensi 1 3 per mn?, kadang-
kadang berisi endapan b e ~ l a m a coklat-mera h ~ m p a ihitam, bidang
perforasi berbentuk sederhana. Parenhim tarnpak jelas dengan mata biasa,
tsrmasuk tipe paratrakeal hrbentuk aliform, kadang-kadang cenderung
konfluen; kadanglkadang dijumpai parenkim aportrakeal berbentuk garis
halus yang terputus-putus. Jan-jari heteroselular, lebar 2037 p , tinggi 300450
, frekuensi 4-6 per mm. Membentuk susunan krtangga. Panjaw serat
1,3 p dengan diameter 14,3 p
.
Kayu kempas memiliki kadar selulosa rata-rata 47,2?4, lignin 29,2%,
pentosan t7,3%, abu 0,7% dan silika 0,1%, sementara kadar zat yang dapat
larut dalam carnpuran alkohol-bnzena rata-rata 3,7%, air dingin 1,1%, air
panas 2,4% dan NaOH 9,0%.
Bobot jenis rata-rata kayu kern pas 0,95 (0,68-1,29), tetgolong kelas
kuat 1-11, dengan nilai penpsutan sampai kering udara rata-rata 2,5% (radial)
dan 2,6% (tangensial). Kelas a w t kayu ini hrmasuk pada keias Ill-1V dangan
kelas keterawetan sedang.
Kayu kempas agak sulit dikeringkan karena arah seratnya tidak lurus,
sehingga mudah retak atau pecah terutama pada papan tebal. Karena
kekerasannya yang sangat tjnggi dan struktumya yang berpadu kayu ini sulit
dikerjakan, namun cocok untuk bantalan kereta api, babk dan lantai gerbong,
konstnrksi berat, dan bangunan petabuhan, bisa juga untuk palet, panel dan
kayu lapis.
2.4. teknik Pencirlan Llgnin dan Kopolimernya
Polimer adalah suatu senyawa yang mempunyai bobot molekul besar,
terdapat bi alam (makhtuk hidup, baik binatang maupun tumbuhan) dan dapat
pula disintesis di labomtorium, tersusun atas monomer-monomer dalam
kesatuan krulang membentuk struMur sedemikian rupa, sehingga memiliki
sifat dan kegunaan yang has.
Produk plimer tak sehh sederhana, selain brkandungan utama poli-
memya yang bermacam bahkan carnpumn, juga mengandung bahan-bahan
lain seperti aditif, bahkan air lembapan, sisa monomer, sampai pelanrt
(Hartorno 4995). Oleh karena itu produk polimer seringkali merupakan sistem
yaw kompleks, salah satu di antaranya adalah resin sintetik, ada yang
termwet, ada pula yang termoplastik.
Berhubung penggunaan suatu polimer bergantung p d a sifat polimer,
dan sifat polimer ditentukan oleh stnrktur polimer yang bersangkutan, maka
sangat penting untuk menelaah ciri suatu polimer agar lebih memahami
hubungan antam struktur dan sifat polimer, khususnya yang berkenaan
dengan aplikasi lignin sebagai bahan perekat, maupun
LRF sebagai hasil
kopolimerisasi lignin untuk aplikasi perekat kayu lamina kempa dingin.
2.4.1. Pencirian Unsut dan Gusus Fungsi
Pencirian unsur dan gugus fungsi dalam suatu polimer diperlukan
dalam rangka kontrol proses maupun untuk menyidik polimer yang beium
diketahui jenisnya, karena seringkali dalam suatu polimer terkandung aneka
unwr kimia baik logam maupun bukan. Ada yang merupakan bagian
monomemya, aditif formulasi k h a n atau prduknya, ada pula yang
merupakan katalis.
Pencirian gugus fungsi polimer bisa dijalankan secara kimia (halogen-
asi, tirasi, penyabunan, asetilasi, dan lain-lain) maupun fisik (inframerah,
kromatografi, pirolisis, dan lain-iain). Dalam cam krornatografi, karena polimer
biasanya tidak bersifat atsiri maka terlebih dahulu perlu diia kukan degradasi
atau defivatisasi terhadap gugus-gugusnya, sehingga dihasilkan bahan yang
atsiri. Teknik penguraian awal ini bisa berupa penyabunan, rnetanolasi,
leburan alkali, pirolisis