Kompregnasi Reaktif In-Situ Kayu Kelapa Sawit Dengan Resin Damar (Agathis dammara) dan Poliuretan Termodifikasi
KOMPREGNASI REAKTIF IN-SITU KAYU KELAPA SAWIT
DENGAN RESIN DAMAR (Agathis dammara) DAN
POLIURETAN TERMODIFIKASI
DISERTASI
Oleh
NURFAJRIANI
118103004/KIM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
KOMPREGNASI REAKTIF IN-SITU KAYU KELAPA SAWIT
DENGAN RESIN DAMAR (Agathis dammara) DAN
POLIURETAN TERMODIFIKASI
DISERTASI
Oleh
NURFAJRIANI
118103004/KIM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
KOMPREGNASI REAKTIF IN-SITU KAYU KELAPA SAWIT
DENGAN RESIN DAMAR (Agathis Dammara) DAN
POLIURETHAN TERMODIFIKASI
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Doktor
dalam Program Studi Ilmu Kimiapada Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Oleh
NURFAJRIANI
118103004/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Judul Disertasi
: KOMPREGNASI REAKTIF IN-SITU KAYU
KELAPA SAWIT DENGAN RESIN DAMAR
(Agathis dammara) DAN POLIURETAN
TERMODIFIKASI
Nama Mahasiswa : Nurfajriani
Nomor Pokok
: 118103004
Program Studi
: S3 Ilmu Kimia
Menyetujui :
Komisi Pembimbing
Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD
Promotor
Prof. Dr. Tamrin, MSc
Co-Promotor
Saharman Gea, M.Si, Ph.D
Co-Promotor
Mengetahui
Ketua Program Studi
Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD
Tanggal Lulus : 05 Juni 2015
Dekan
Dr. Sutarman, M.Sc
PROMOTOR
Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Prof. Dr.Tamrin, M.Sc,
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Saharman Gea, M.Si,Ph.D
Doktor Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
PANITIA PENGUJI DISERTASI
Ketua :
Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Anggota : 1. Prof. Dr. Tamrin, M.Sc
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
2. Saharman Gea, M.Si, Ph.D
Doktor Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
3. Prof. Dr. Harlem Marpaung
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Analitik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
4. Drs. Eddiyanto, Ph.D
Doktor Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Medan
5. Prof. Dr. Yunazar Manjang
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Organik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Andalas Padang
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademik Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di
bawah ini:
Nama
: Nurfajriani
NIM
: 118103004
Program Studi
: S3 Ilmu Kimia
Jenis Karya Ilmiah
: Disertasi
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (Non-Exclusive Royalty
Free Right) atas disertasi saya yang berjudul:
KOMPREGNASI REAKTIF IN-SITU KAYU KELAPA SAWIT DENGAN
RESIN DAMAR (Agathis dammara) DAN POLIURETHAN
TERMODIFIKASI
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti NonEksklusif ini,Universitas Sumatera Utara berhak
menyimpan, mengalih media,
memformat,mengelola dalam bentuk database, merawat dan mempublikasikan
disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya
sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Medan, Juni 2015
Nurfajriani
PERNYATAAN ORISINALITAS
Disertasi ini adalah karya penulis sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip
maupun dirujuk telah penulis nyatakan dengan benar.
Nama
: Nurfajriani
NIM
: 118103004
Tanda Tangan
:
RIWAYAT HIDUP
I. DATA PRIBADI
Nama
: Nurfajriani
Tempat /Tanggal Lahir
: Banda Aceh,2 September1967
Alamat Rumah
: Komp. Palem Kencana Blok V No 33 Medan
Hp
: 08126525645
E-Mail
: [email protected]
Instansi Tempat Bekerja
: FMIPA Universitas Negeri Medan
Alamat kantor
: FMIPA UNIMED Medan
Telepon
: (061) 6635584, 6613365
II.RIWAYAT PENDIDIKAN
Tahun
Lulus
Jenjang
Nama Sekolah/Perguruan Tinggi
Jurusan/Bidang
Studi
1980
MIN
MIN Banda Aceh
-
1983
SMP
SMPN Darussalam Banda Aceh
-
1986
SMA
SMAN Darussalam Banda Aceh
IPA
1993
S1
Universitas ABULYATAMA
Teknik Kimia
2002
S2
Universitas Sumatera Utara
Kimia
2015
S3
Universitas Sumatera Utara
Kimia
KATA PENGANTAR
Assalamualaikuk Wr.Wb
Syukur alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis telah dapat menyelesaikan
penelitian dan penulisan ini dengan judul: Kompregnasi Reaktif In-Situ Kayu
Kelapa Sawit Dengan Resin Damar (Agathis dammara)
dan Poliuretan
Termodifikasi
Penulisan disertasi ini dimaksudkan untuk memenuhi sebagian dari
persyaratan guna memperoleh gelar Doktor pada Fakultas MIPA Universitas
Sumatera Utara. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pengungkapan,
penyajian dan penyusunan kata-kata maupun pembahasan materi dalam disertasi ini
masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu dengan penuh kerendahan hati penulis
mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari semua pihak untuk perbaikan
disertasi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam proses penyelesaian disertasi ini, banyak
pihak yang dengan tulus ikhlas telah memberikan bantuan baik itu langsung maupun
tidak langsung. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima
kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada :
Prof. Subilhar, PhD selaku Pejabat Rektor Unversitas Sumatera Utara atas
kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan
menyelesaikan pendidikan Program Doktor. Rektor Universitas Negeri Medan Prof.
Dr. Syawal Gultom M.Pd, yang telah memberikan kesempatan dan tugas belajar
kepada saya untuk mengikuti program pendidikan Doktor dalam bidang Ilmu Kimia
pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara, Dr. Sutarman,M.Sc, atas bantuan dan proses administrasi yang baik
di Fakultas MIPA USU. Ketua Program Doktor Ilmu Kimia dan sekaligus sebagai
Promotor, Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D, yang dengan kesabaran memberikan
bimbingan dan pemikiran, serta memotivasi saya dalam menyelesaikan disertasi
ini.Sekretaris Program Doktor Ilmu Kimia Dr. Hamonangan, M.Sc, dan seluruh staf
Program Pascasarjana Universitas Sumatera Utara atas motivasi, perhatian serta
bantuan administrasi kepada penulis selama pendidikan Program Doktor Ilmu Kimia.
Prof. Dr. Thamrin, M.Sc dan Saharman Gea, M.Si, PhD selaku Co-promotor
yang telah memberikan, arahan, dukungan serta bimbingan kepada penulis selama
perencanaan penelitian, pelaksanaan penelitian dan penyusunan disertasi ini.Tim
Penguji Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD, Prof. Dr. Thamrin, M.Sc, Saharman
Gea, M.Si, PhD, Drs. Eddiyanto, PhD, Prof. Dr. Harlem Marpaung, Prof. Dr.
Yunazar Manjang diucapkan terimakasih atas kesediaanya mengikhlaskan waktu
untuk memberikan penilaian maupun saran-saran untuk perbaikan disertasi ini.
Kepada semua staf Dosen Program Doktor Ilmu Kimia FMIPA Universitas Sumatera
Utara dan semua pihak yang telah membantu penulis selama pendidikan, penelitian
dan penulisan disertasi ini.
Kepada orang dan keluargaku yang kusayangi yang telah memotivasi penulis
untuk segera menyelesaikan disertasi ini. Rekan–rekan pada Program Doktor Ilmu
Kimia USU, untuk kerja sama yang saling menguatkan selama menuntut ilmu di
Program Doktor Ilmu Kimia USU.
Kepada Allah SWT penulis bermohon semoga kebaikan dan bantuan serta
dorongan yang telah diberikan kepada penulis mendapatkan berkah dan ilmu yang
telah diberikan semoga berguna.Amin ya Robbal ‘alamin.
Wassalamu”alaikum Wr.Wb.
Medan, Juni 2015
Penulis,
Nurfajriani.
KOMPREGNASI REAKTIF IN-SITU KAYU KELAPA SAWIT DENGAN
RESIN DAMAR (Agathis Dammar) DAN POLIURETAN TERMODIFIKASI
ABSTRAK
Penelitian kayu kelapa sawit yang diperkuat dengan resin dammar (agathis
dammara) dan poliuretan termodifikasi melalui teknik kompregnasi reaktif secara insitu telah dilakukan. Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahapan yaitu
merancang modifikasi kompregnator, preparasi sampel KKSdan proses kompregnasi
resin ke dalam KKS. Tahap awal dari penelitian ini adalah merancang metode
kompregnasi yang dimodifikasi menggunakan tekanan dan suhu yang berbeda untuk
meningkatkan kualitas KKS yang terkompregnasi dengan resin alam dan sintetis.
Selanjutnya KKS terkompregnasi tersebut dikaraktersisasi menggunakan uji mekanis
(MoR dan MoE), uji gugus fungsi (FTIR), uji morfologi (SEM) dan uji termal
(TGA). Proses kompregnasi dilakukan pada tekanan dari 0 sampai dengan -76 cmHg
dan pengatur suhu dari 0 sampai dengan 350oC terhadap spesimen KKS dengan
ukuran 15x2x2 cm3 selama 5 sampai 10 menit tanpa atau dengan pelarut yang sesuai,
dengan proses kompregnasi reaktif in-situ KKS dengan resin damar (agathis
dammara ) dan resin poliurethan. Berdasarkan uji mekanik yang dilakukan pada KKS
hasil kompregnasi diperoleh bahwa sifat mekanik optimum dari KKS pada
kompregnasi 20% resin damar harga modulus Young 195,829 MPa dan kompregnasi
20% resin poliurethan (PEG+TDI) didapatkan harga modulus Young tertinggi
815,411 MPa.Dari uji termal terlihat bahwa sifat termal KKS meningkat yang
ditandai dengan bertambahnya suhu degradasi KKS dari 200oC menjadi 250oC pada
kompregnasi 20% resin damar dan dengan kompregnasi resin PEG+TDI suhu
degradasi KKS menjadi 290oC. Dari analisa SEM morfologi KKS setelah
dikompregnasi menjadi lebih rapat dan padat dengan telah terisinya pori-pori KKS
dengan resin damar dan resin PEG+TDI. Berdasarkan hasil dari uji sifat mekanik dan
uji termal didapatkan bahwa KKS hasil kompregnasi mempunyai sifat mekanik dan
stabilitas termal yang lebih tinggi dibandingkan KKS sebelum dikompregnasi,
sehingga kualitas KKS setelah proses kompregnasi menjadi bertambah baik.
Kata kunci: Kayu Kelapa Sawit, sifat mekanik, kompregnasi reaktif, resin damar,
poliuretan
COMPREGNATION REACTIVE BY IN-SITU OF OIL PALM TRUNK
WITH DAMMAR RESIN (Agathis dammara) AND POLYURETHANE RESIN
MODIFIED
ABSTRACT
Research on oil palm trunk (OPT) which reinforced by dammar resin (Agathis
dammara) and modified polyurethane by reactive compregnation of in-situ technique
has been performed. This work was carried out into several stages. First, the
compregnator was modified by using various pressure and temperatures to enhance
the quality of compregnated OPT samples by natural and synthetic resins. Second,
OPT samples were prepared with the dimension of 15x2x2 cm3. Third, dammar resin
and modified polyurethane were dissolved in methanol and technically incorporated
into the OPT samples which were placed in a modified compregnator at -0.2 atm
pressure for 5 minutes.PEG resin with different concentrations heated at 40 oC until
melted, PEG compregnated into a OPT with compregnator the pore pressure of -10
atm for 10 minutes, then again compregnation TDI into the OPT. Last,
Compregnated OPT samples were charecterise namely structural, mechanical,
thermal, and morphogical tests. Based on tensile tests conducted found that the
optimum mechanical properties of the OPT at 20% dammar resin compregnated
with value 195. 829 MPa Young's modulus, compregnated 20% and compregnated
20% PEG + TDI provide the highest Young's modulus value of 815. 451 MPa. Of the
thermal test shows that the thermal properties were characterized OPT increased
with increasing degradation temperature of 200 oC to 230oC become comregnated
20% pine resin, the compregnated 20% dammar resin degradation temperature
250oC and with PEG + TDI compregnated degradation temperature KKS become
290oC. From the above test shows that the quality of the OPT after compregnated
process be improved.
Keywords:Oil Palm Trunk, mechanical properties, compregnator, reactive
compregnation, dammar resin, polyurethane
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK
ABSTRACT
ii
iii
DAFTAR ISI
iv
DAFTAR TABEL
v
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
BAB 1. PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Perumusan Masalah
5
1.3 Tujuan Penelitian
5
1.4 Manfaat Penelitian
6
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 Kayu
7
2.1.1 Sifat Mekanis Kayu
11
2.1.2 Sifat Fisis Kayu
11
2.2 Kayu Kelapa sawit dan Karakterisasinya
12
2.2.1 Potensi Kayu Kelapa Sawit
17
2.2.2 Modifikasi Sifat-Sifat Kayu
19
2.2.2.1 Impregnasi Dan Kompregnasi
2.3 Resin
20
24
2.3.1 Resin Getah Damar
24
2.3.2 Poliol (senyawa polihidroksi Alkohol)
32
2.3.3 Isosianat
33
2.3.4 Toluena Diisosianat
35
2.3.5 Pembentukan poliuretan
36
2.4 Pengujian dan Karakterisasi
2.4.1 Pengujian Sifat mekanik
38
38
2.4.1.1 Modulus Elastisitas (MoE) DAN Modulus Patah (MoR) 38
2.4.2 Mikroskop Pemindai lectron (SEM)
42
2.4.3 Spektroskopi Infra Merah (FTIR)
43
2.4.4 Analisis Thermal Gravimetri (TGA)
44
2.5 Modifikasi Polimer
46
BAB 3. METODE PENELITIAN
47
3.1 Tempat Dan Waktu Penelitian
47
3.2 Alat Dan Bahan
47
3.2.1 Alat
47
3.2.2 Bahan
47
3.2.3 Rancang Bangun Alat Kompregnasi
48
3.3 Prosedur Penelitian
48
3.3.1 Persiapan Sampel
48
3.3.2 Penyediaan bahan Kayu Kelapa sawit
49
3.3.3 Penyediaan Resin Pengkompregnasi
50
3.3.3.1 Penyediaan Resin Damar
50
3.3.3.2 Resin PEG+TDI
50
3.3.4 Kompregnasi Reaktif KKS
50
3.3.5 Karakterisasi
51
3.3.5.1 Analisa Sifat Mekanik
51
3.3.5.2 Analisa Sifat Termal Menggunakan TGA
51
3.3.5.3 Analisa Spektroskopi Infra Merah dengan FT-IR
51
3.3.5.4 Analisa sifat Morfologi dengan SEM
51
3.4 Diag Alir penelitian
53
3.4.1 Diag Alir Preparasi KKS
54
3.4.2 Diag Alir Preparasi Resin Damar
55
3.4.3 Diag Alir Kompregnasi KKS dengan Resin
55
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
56
4.1 Alat Kompregnasi
56
4.2 Hasil Karakterisasi KKS
59
4.2.1 Hasil Karakterisasi Sifat Mekanik dari KKS+Damar
59
4.2.2 Hasil Karakterisasi Sifat Mekanik KKS+ PEG+TDI
63
4.2.3 Hasil Karakterisasi KKS dengan FTIR
66
4.2.4 Hasil Karakterisasi KKS dengan TGA
68
4.2.5 Hasil Karakterisasi KKS dengan SEM
70
4.2.5.1 Morfologi KKS
70
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
73
5.1 Kesimpulan
73
5.2 Saran
73
DAFTAR PUSTAKA
74
DAFTAR LAMPIRAN
78
DAFTAR TABEL
Nomor Judul
Halaman
Tabel 2.1
Kelarutan KKS pada Berbagai Pelarut
13
Tabel 2.2
Sifat-Sifat Dasar Batang Sawit
14
Tabel 2.3
Komponen-Komponen Yang Terkandung Dalam KKS Pada
Keadaan kering konstan
14
Tabel 2.4
Luas Areal Perkebunan Kelapa Sawit di Indonesia
18
Tabel 2.5
Potensi Peremajaan Kelapa Sawit di Beberapa Propinsi
19
Tabel 2.6
Daerah Spektra Infra Merah
44
Tabel 4.1 Hasil Uji Sifat Mekanik KKS+Resin Damar Terhadap
MoR dan MoE
Table 4.2
Tabel 4.3
61
Hasil Uji Sifat Mekanik KKS+Resin PEG+TDI
Setelah Dikompregnasi Terhadap MoR dan MoE
64
Bilangan Gelombang dan Dugaan Puncak Senyawa
67
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Gambar 2.1
Struktur Kimia Selulosa
15
Gambar 2.2
Penampang melintang KKS
17
Gambar 2.3
Rumus Kimia Brasikasterol 28
Gambar 2.4
Beberapa senyawa triterpenoid dalam dammar
30
Gambar 2.5
Rumus Kimia Polietilen Glikol
33
Gambar 2.6
Poliol polyester dan poliol polieter
34
Gambar 2.7
Reaksi-reaksi dari isosianat
35
Gambar 2.8
Reaksi Polimerisasi Isosianat
36
Gambar 2.9
Reaksi Isosianat dengan Poliol
37
Gambar 2.10
Reaksi Isosianat dengan Air
38
Gambar 2.7
Grafik Tegangan-Regangan
41
Gambar 3.1
Skematis Modifikasi Peralatan Kompregnasi
48
Gambar 3.2
Skematis Pemotongan Secara Radial dari Batang KKS
49
Gambar 3.3
Skema Ukuran Sampel Uji KKS
49
Gambar 4.1
Halaman
Modifikasi Alat Kompregnasi yang Dilengkapi dengan
Pompa Vakum dan Pengatur Suhu serta Pengatur Tekanan
57
Gambar 4.2
Pompa Vakum
Gambar 4.3
Kurva Tegangan-Regangan dari KKS dan KKS+Resin Damar 60
Gambar 4.4
Grafik Pengaruh Konsentrasi Resin dammar Terhadap
Modulus Patah (MoR) KKS Sebelum dan Sesudah
Terkompregnasi
Gambar 4.5
Grafik Pengaruh Konsentrasi Resin dammar Terhadap
Modulus Elastisitas (MoE) KKS Sebelum dan Sesudah
Terkompregnasi
57
61
62
Gambar 4.6 Kurva Tegangan-Regangan dari KKS dan KKS+PEG+TDI
63
Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Konsentrasi Resin PEG+TDI Terhadap
Modulus Patah (MoR) KKS Sebelum dan Sesudah
Terkompregnasi
64
Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Konsentrasi Resin PEG+TDI Terhadap
Modulus Elastisitas (MoE) KKS Sebelum dan Sesudah
Terkompregnasi
Gambar 4.9 Spektrun FTIR dari KKS, KKS+ Resin Damar,
KKS+PEG+TDI
65
66
Gambar 4.10 Spektrum FTIR dari KKS, KKS+Resin Damar,
KKS+PEG+TDI Dengan Luas peak nya
68
Gambar 4.11 Termogram dari KKS, KKS+ Damar, KKS+PEG+TDI
69
Gambar 4.12 Foto Morfologi dari KKS Sebelum Proses Kompregnasi
DenganResin Damar, dan Resin PEG+TDI
70
Gambar 4.13 Foto Morfologi dari KKS Setelah Kompregnasi dengan
Resin Damar
71
Gambar 4.14 Foto Morfologi dari KKS Setelah Kompregnasi dengan
Resin PEG+TDI
72
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
Lampiran 1
Spektrum FTIR dari KKS
78
Lampiran 2
Spektrum FTIR dari KKS + Resin Damar
78
Lampiran 3
Spektrum FTIR dari KKS+ Resin PEG+TDI
79
Lampiran 4
Gambar Sampel KKS
79
Lampiran 5
Tepung Resin Damar
80
Lampiran 6
Resin Damar
80
Lampiran 7
Peremajan KKS
81
Lampiran 8
Identifikasi Sampel KKS
81
Lampiran 9
KKS Hasil Kompregnasi
81
Lampiran 10
Hasil Uji Sifat Mekanik KKS
82
DENGAN RESIN DAMAR (Agathis dammara) DAN
POLIURETAN TERMODIFIKASI
DISERTASI
Oleh
NURFAJRIANI
118103004/KIM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
KOMPREGNASI REAKTIF IN-SITU KAYU KELAPA SAWIT
DENGAN RESIN DAMAR (Agathis dammara) DAN
POLIURETAN TERMODIFIKASI
DISERTASI
Oleh
NURFAJRIANI
118103004/KIM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
KOMPREGNASI REAKTIF IN-SITU KAYU KELAPA SAWIT
DENGAN RESIN DAMAR (Agathis Dammara) DAN
POLIURETHAN TERMODIFIKASI
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Doktor
dalam Program Studi Ilmu Kimiapada Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Oleh
NURFAJRIANI
118103004/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Judul Disertasi
: KOMPREGNASI REAKTIF IN-SITU KAYU
KELAPA SAWIT DENGAN RESIN DAMAR
(Agathis dammara) DAN POLIURETAN
TERMODIFIKASI
Nama Mahasiswa : Nurfajriani
Nomor Pokok
: 118103004
Program Studi
: S3 Ilmu Kimia
Menyetujui :
Komisi Pembimbing
Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD
Promotor
Prof. Dr. Tamrin, MSc
Co-Promotor
Saharman Gea, M.Si, Ph.D
Co-Promotor
Mengetahui
Ketua Program Studi
Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD
Tanggal Lulus : 05 Juni 2015
Dekan
Dr. Sutarman, M.Sc
PROMOTOR
Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Prof. Dr.Tamrin, M.Sc,
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Saharman Gea, M.Si,Ph.D
Doktor Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
PANITIA PENGUJI DISERTASI
Ketua :
Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Anggota : 1. Prof. Dr. Tamrin, M.Sc
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
2. Saharman Gea, M.Si, Ph.D
Doktor Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
3. Prof. Dr. Harlem Marpaung
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Analitik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
4. Drs. Eddiyanto, Ph.D
Doktor Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Medan
5. Prof. Dr. Yunazar Manjang
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Organik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Andalas Padang
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademik Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di
bawah ini:
Nama
: Nurfajriani
NIM
: 118103004
Program Studi
: S3 Ilmu Kimia
Jenis Karya Ilmiah
: Disertasi
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (Non-Exclusive Royalty
Free Right) atas disertasi saya yang berjudul:
KOMPREGNASI REAKTIF IN-SITU KAYU KELAPA SAWIT DENGAN
RESIN DAMAR (Agathis dammara) DAN POLIURETHAN
TERMODIFIKASI
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti NonEksklusif ini,Universitas Sumatera Utara berhak
menyimpan, mengalih media,
memformat,mengelola dalam bentuk database, merawat dan mempublikasikan
disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya
sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Medan, Juni 2015
Nurfajriani
PERNYATAAN ORISINALITAS
Disertasi ini adalah karya penulis sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip
maupun dirujuk telah penulis nyatakan dengan benar.
Nama
: Nurfajriani
NIM
: 118103004
Tanda Tangan
:
RIWAYAT HIDUP
I. DATA PRIBADI
Nama
: Nurfajriani
Tempat /Tanggal Lahir
: Banda Aceh,2 September1967
Alamat Rumah
: Komp. Palem Kencana Blok V No 33 Medan
Hp
: 08126525645
: [email protected]
Instansi Tempat Bekerja
: FMIPA Universitas Negeri Medan
Alamat kantor
: FMIPA UNIMED Medan
Telepon
: (061) 6635584, 6613365
II.RIWAYAT PENDIDIKAN
Tahun
Lulus
Jenjang
Nama Sekolah/Perguruan Tinggi
Jurusan/Bidang
Studi
1980
MIN
MIN Banda Aceh
-
1983
SMP
SMPN Darussalam Banda Aceh
-
1986
SMA
SMAN Darussalam Banda Aceh
IPA
1993
S1
Universitas ABULYATAMA
Teknik Kimia
2002
S2
Universitas Sumatera Utara
Kimia
2015
S3
Universitas Sumatera Utara
Kimia
KATA PENGANTAR
Assalamualaikuk Wr.Wb
Syukur alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis telah dapat menyelesaikan
penelitian dan penulisan ini dengan judul: Kompregnasi Reaktif In-Situ Kayu
Kelapa Sawit Dengan Resin Damar (Agathis dammara)
dan Poliuretan
Termodifikasi
Penulisan disertasi ini dimaksudkan untuk memenuhi sebagian dari
persyaratan guna memperoleh gelar Doktor pada Fakultas MIPA Universitas
Sumatera Utara. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam pengungkapan,
penyajian dan penyusunan kata-kata maupun pembahasan materi dalam disertasi ini
masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu dengan penuh kerendahan hati penulis
mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari semua pihak untuk perbaikan
disertasi ini.
Penulis menyadari bahwa dalam proses penyelesaian disertasi ini, banyak
pihak yang dengan tulus ikhlas telah memberikan bantuan baik itu langsung maupun
tidak langsung. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa terima
kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada :
Prof. Subilhar, PhD selaku Pejabat Rektor Unversitas Sumatera Utara atas
kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan
menyelesaikan pendidikan Program Doktor. Rektor Universitas Negeri Medan Prof.
Dr. Syawal Gultom M.Pd, yang telah memberikan kesempatan dan tugas belajar
kepada saya untuk mengikuti program pendidikan Doktor dalam bidang Ilmu Kimia
pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara, Dr. Sutarman,M.Sc, atas bantuan dan proses administrasi yang baik
di Fakultas MIPA USU. Ketua Program Doktor Ilmu Kimia dan sekaligus sebagai
Promotor, Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D, yang dengan kesabaran memberikan
bimbingan dan pemikiran, serta memotivasi saya dalam menyelesaikan disertasi
ini.Sekretaris Program Doktor Ilmu Kimia Dr. Hamonangan, M.Sc, dan seluruh staf
Program Pascasarjana Universitas Sumatera Utara atas motivasi, perhatian serta
bantuan administrasi kepada penulis selama pendidikan Program Doktor Ilmu Kimia.
Prof. Dr. Thamrin, M.Sc dan Saharman Gea, M.Si, PhD selaku Co-promotor
yang telah memberikan, arahan, dukungan serta bimbingan kepada penulis selama
perencanaan penelitian, pelaksanaan penelitian dan penyusunan disertasi ini.Tim
Penguji Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD, Prof. Dr. Thamrin, M.Sc, Saharman
Gea, M.Si, PhD, Drs. Eddiyanto, PhD, Prof. Dr. Harlem Marpaung, Prof. Dr.
Yunazar Manjang diucapkan terimakasih atas kesediaanya mengikhlaskan waktu
untuk memberikan penilaian maupun saran-saran untuk perbaikan disertasi ini.
Kepada semua staf Dosen Program Doktor Ilmu Kimia FMIPA Universitas Sumatera
Utara dan semua pihak yang telah membantu penulis selama pendidikan, penelitian
dan penulisan disertasi ini.
Kepada orang dan keluargaku yang kusayangi yang telah memotivasi penulis
untuk segera menyelesaikan disertasi ini. Rekan–rekan pada Program Doktor Ilmu
Kimia USU, untuk kerja sama yang saling menguatkan selama menuntut ilmu di
Program Doktor Ilmu Kimia USU.
Kepada Allah SWT penulis bermohon semoga kebaikan dan bantuan serta
dorongan yang telah diberikan kepada penulis mendapatkan berkah dan ilmu yang
telah diberikan semoga berguna.Amin ya Robbal ‘alamin.
Wassalamu”alaikum Wr.Wb.
Medan, Juni 2015
Penulis,
Nurfajriani.
KOMPREGNASI REAKTIF IN-SITU KAYU KELAPA SAWIT DENGAN
RESIN DAMAR (Agathis Dammar) DAN POLIURETAN TERMODIFIKASI
ABSTRAK
Penelitian kayu kelapa sawit yang diperkuat dengan resin dammar (agathis
dammara) dan poliuretan termodifikasi melalui teknik kompregnasi reaktif secara insitu telah dilakukan. Penelitian ini dilakukan dalam beberapa tahapan yaitu
merancang modifikasi kompregnator, preparasi sampel KKSdan proses kompregnasi
resin ke dalam KKS. Tahap awal dari penelitian ini adalah merancang metode
kompregnasi yang dimodifikasi menggunakan tekanan dan suhu yang berbeda untuk
meningkatkan kualitas KKS yang terkompregnasi dengan resin alam dan sintetis.
Selanjutnya KKS terkompregnasi tersebut dikaraktersisasi menggunakan uji mekanis
(MoR dan MoE), uji gugus fungsi (FTIR), uji morfologi (SEM) dan uji termal
(TGA). Proses kompregnasi dilakukan pada tekanan dari 0 sampai dengan -76 cmHg
dan pengatur suhu dari 0 sampai dengan 350oC terhadap spesimen KKS dengan
ukuran 15x2x2 cm3 selama 5 sampai 10 menit tanpa atau dengan pelarut yang sesuai,
dengan proses kompregnasi reaktif in-situ KKS dengan resin damar (agathis
dammara ) dan resin poliurethan. Berdasarkan uji mekanik yang dilakukan pada KKS
hasil kompregnasi diperoleh bahwa sifat mekanik optimum dari KKS pada
kompregnasi 20% resin damar harga modulus Young 195,829 MPa dan kompregnasi
20% resin poliurethan (PEG+TDI) didapatkan harga modulus Young tertinggi
815,411 MPa.Dari uji termal terlihat bahwa sifat termal KKS meningkat yang
ditandai dengan bertambahnya suhu degradasi KKS dari 200oC menjadi 250oC pada
kompregnasi 20% resin damar dan dengan kompregnasi resin PEG+TDI suhu
degradasi KKS menjadi 290oC. Dari analisa SEM morfologi KKS setelah
dikompregnasi menjadi lebih rapat dan padat dengan telah terisinya pori-pori KKS
dengan resin damar dan resin PEG+TDI. Berdasarkan hasil dari uji sifat mekanik dan
uji termal didapatkan bahwa KKS hasil kompregnasi mempunyai sifat mekanik dan
stabilitas termal yang lebih tinggi dibandingkan KKS sebelum dikompregnasi,
sehingga kualitas KKS setelah proses kompregnasi menjadi bertambah baik.
Kata kunci: Kayu Kelapa Sawit, sifat mekanik, kompregnasi reaktif, resin damar,
poliuretan
COMPREGNATION REACTIVE BY IN-SITU OF OIL PALM TRUNK
WITH DAMMAR RESIN (Agathis dammara) AND POLYURETHANE RESIN
MODIFIED
ABSTRACT
Research on oil palm trunk (OPT) which reinforced by dammar resin (Agathis
dammara) and modified polyurethane by reactive compregnation of in-situ technique
has been performed. This work was carried out into several stages. First, the
compregnator was modified by using various pressure and temperatures to enhance
the quality of compregnated OPT samples by natural and synthetic resins. Second,
OPT samples were prepared with the dimension of 15x2x2 cm3. Third, dammar resin
and modified polyurethane were dissolved in methanol and technically incorporated
into the OPT samples which were placed in a modified compregnator at -0.2 atm
pressure for 5 minutes.PEG resin with different concentrations heated at 40 oC until
melted, PEG compregnated into a OPT with compregnator the pore pressure of -10
atm for 10 minutes, then again compregnation TDI into the OPT. Last,
Compregnated OPT samples were charecterise namely structural, mechanical,
thermal, and morphogical tests. Based on tensile tests conducted found that the
optimum mechanical properties of the OPT at 20% dammar resin compregnated
with value 195. 829 MPa Young's modulus, compregnated 20% and compregnated
20% PEG + TDI provide the highest Young's modulus value of 815. 451 MPa. Of the
thermal test shows that the thermal properties were characterized OPT increased
with increasing degradation temperature of 200 oC to 230oC become comregnated
20% pine resin, the compregnated 20% dammar resin degradation temperature
250oC and with PEG + TDI compregnated degradation temperature KKS become
290oC. From the above test shows that the quality of the OPT after compregnated
process be improved.
Keywords:Oil Palm Trunk, mechanical properties, compregnator, reactive
compregnation, dammar resin, polyurethane
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK
ABSTRACT
ii
iii
DAFTAR ISI
iv
DAFTAR TABEL
v
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
BAB 1. PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Perumusan Masalah
5
1.3 Tujuan Penelitian
5
1.4 Manfaat Penelitian
6
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 Kayu
7
2.1.1 Sifat Mekanis Kayu
11
2.1.2 Sifat Fisis Kayu
11
2.2 Kayu Kelapa sawit dan Karakterisasinya
12
2.2.1 Potensi Kayu Kelapa Sawit
17
2.2.2 Modifikasi Sifat-Sifat Kayu
19
2.2.2.1 Impregnasi Dan Kompregnasi
2.3 Resin
20
24
2.3.1 Resin Getah Damar
24
2.3.2 Poliol (senyawa polihidroksi Alkohol)
32
2.3.3 Isosianat
33
2.3.4 Toluena Diisosianat
35
2.3.5 Pembentukan poliuretan
36
2.4 Pengujian dan Karakterisasi
2.4.1 Pengujian Sifat mekanik
38
38
2.4.1.1 Modulus Elastisitas (MoE) DAN Modulus Patah (MoR) 38
2.4.2 Mikroskop Pemindai lectron (SEM)
42
2.4.3 Spektroskopi Infra Merah (FTIR)
43
2.4.4 Analisis Thermal Gravimetri (TGA)
44
2.5 Modifikasi Polimer
46
BAB 3. METODE PENELITIAN
47
3.1 Tempat Dan Waktu Penelitian
47
3.2 Alat Dan Bahan
47
3.2.1 Alat
47
3.2.2 Bahan
47
3.2.3 Rancang Bangun Alat Kompregnasi
48
3.3 Prosedur Penelitian
48
3.3.1 Persiapan Sampel
48
3.3.2 Penyediaan bahan Kayu Kelapa sawit
49
3.3.3 Penyediaan Resin Pengkompregnasi
50
3.3.3.1 Penyediaan Resin Damar
50
3.3.3.2 Resin PEG+TDI
50
3.3.4 Kompregnasi Reaktif KKS
50
3.3.5 Karakterisasi
51
3.3.5.1 Analisa Sifat Mekanik
51
3.3.5.2 Analisa Sifat Termal Menggunakan TGA
51
3.3.5.3 Analisa Spektroskopi Infra Merah dengan FT-IR
51
3.3.5.4 Analisa sifat Morfologi dengan SEM
51
3.4 Diag Alir penelitian
53
3.4.1 Diag Alir Preparasi KKS
54
3.4.2 Diag Alir Preparasi Resin Damar
55
3.4.3 Diag Alir Kompregnasi KKS dengan Resin
55
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
56
4.1 Alat Kompregnasi
56
4.2 Hasil Karakterisasi KKS
59
4.2.1 Hasil Karakterisasi Sifat Mekanik dari KKS+Damar
59
4.2.2 Hasil Karakterisasi Sifat Mekanik KKS+ PEG+TDI
63
4.2.3 Hasil Karakterisasi KKS dengan FTIR
66
4.2.4 Hasil Karakterisasi KKS dengan TGA
68
4.2.5 Hasil Karakterisasi KKS dengan SEM
70
4.2.5.1 Morfologi KKS
70
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
73
5.1 Kesimpulan
73
5.2 Saran
73
DAFTAR PUSTAKA
74
DAFTAR LAMPIRAN
78
DAFTAR TABEL
Nomor Judul
Halaman
Tabel 2.1
Kelarutan KKS pada Berbagai Pelarut
13
Tabel 2.2
Sifat-Sifat Dasar Batang Sawit
14
Tabel 2.3
Komponen-Komponen Yang Terkandung Dalam KKS Pada
Keadaan kering konstan
14
Tabel 2.4
Luas Areal Perkebunan Kelapa Sawit di Indonesia
18
Tabel 2.5
Potensi Peremajaan Kelapa Sawit di Beberapa Propinsi
19
Tabel 2.6
Daerah Spektra Infra Merah
44
Tabel 4.1 Hasil Uji Sifat Mekanik KKS+Resin Damar Terhadap
MoR dan MoE
Table 4.2
Tabel 4.3
61
Hasil Uji Sifat Mekanik KKS+Resin PEG+TDI
Setelah Dikompregnasi Terhadap MoR dan MoE
64
Bilangan Gelombang dan Dugaan Puncak Senyawa
67
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Gambar 2.1
Struktur Kimia Selulosa
15
Gambar 2.2
Penampang melintang KKS
17
Gambar 2.3
Rumus Kimia Brasikasterol 28
Gambar 2.4
Beberapa senyawa triterpenoid dalam dammar
30
Gambar 2.5
Rumus Kimia Polietilen Glikol
33
Gambar 2.6
Poliol polyester dan poliol polieter
34
Gambar 2.7
Reaksi-reaksi dari isosianat
35
Gambar 2.8
Reaksi Polimerisasi Isosianat
36
Gambar 2.9
Reaksi Isosianat dengan Poliol
37
Gambar 2.10
Reaksi Isosianat dengan Air
38
Gambar 2.7
Grafik Tegangan-Regangan
41
Gambar 3.1
Skematis Modifikasi Peralatan Kompregnasi
48
Gambar 3.2
Skematis Pemotongan Secara Radial dari Batang KKS
49
Gambar 3.3
Skema Ukuran Sampel Uji KKS
49
Gambar 4.1
Halaman
Modifikasi Alat Kompregnasi yang Dilengkapi dengan
Pompa Vakum dan Pengatur Suhu serta Pengatur Tekanan
57
Gambar 4.2
Pompa Vakum
Gambar 4.3
Kurva Tegangan-Regangan dari KKS dan KKS+Resin Damar 60
Gambar 4.4
Grafik Pengaruh Konsentrasi Resin dammar Terhadap
Modulus Patah (MoR) KKS Sebelum dan Sesudah
Terkompregnasi
Gambar 4.5
Grafik Pengaruh Konsentrasi Resin dammar Terhadap
Modulus Elastisitas (MoE) KKS Sebelum dan Sesudah
Terkompregnasi
57
61
62
Gambar 4.6 Kurva Tegangan-Regangan dari KKS dan KKS+PEG+TDI
63
Gambar 4.7 Grafik Pengaruh Konsentrasi Resin PEG+TDI Terhadap
Modulus Patah (MoR) KKS Sebelum dan Sesudah
Terkompregnasi
64
Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Konsentrasi Resin PEG+TDI Terhadap
Modulus Elastisitas (MoE) KKS Sebelum dan Sesudah
Terkompregnasi
Gambar 4.9 Spektrun FTIR dari KKS, KKS+ Resin Damar,
KKS+PEG+TDI
65
66
Gambar 4.10 Spektrum FTIR dari KKS, KKS+Resin Damar,
KKS+PEG+TDI Dengan Luas peak nya
68
Gambar 4.11 Termogram dari KKS, KKS+ Damar, KKS+PEG+TDI
69
Gambar 4.12 Foto Morfologi dari KKS Sebelum Proses Kompregnasi
DenganResin Damar, dan Resin PEG+TDI
70
Gambar 4.13 Foto Morfologi dari KKS Setelah Kompregnasi dengan
Resin Damar
71
Gambar 4.14 Foto Morfologi dari KKS Setelah Kompregnasi dengan
Resin PEG+TDI
72
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Judul
Halaman
Lampiran 1
Spektrum FTIR dari KKS
78
Lampiran 2
Spektrum FTIR dari KKS + Resin Damar
78
Lampiran 3
Spektrum FTIR dari KKS+ Resin PEG+TDI
79
Lampiran 4
Gambar Sampel KKS
79
Lampiran 5
Tepung Resin Damar
80
Lampiran 6
Resin Damar
80
Lampiran 7
Peremajan KKS
81
Lampiran 8
Identifikasi Sampel KKS
81
Lampiran 9
KKS Hasil Kompregnasi
81
Lampiran 10
Hasil Uji Sifat Mekanik KKS
82