Kualitas Papan Partikel Dari Eceng Gondok (Eichhornia crassipes) dengan Variasi Kadar Perekat Urea Formaldehida dan Ukuran Partikel
TINJAUAN PUSTAKA
Papan Partikel
Papan partikel merupakan salah satu jenis produk komposit atau panel
kayu yang terbuat dari partikel-partikel kayu atau bahan berlignoselulosa lainnya,
yang diikat menggunakan perekat sintesis atau bahan pengikat lain dan dikempa
panas (Maloney, 1993). Sifat bahan baku kayu sangat berpengaruh terhadap sifat
papan partikelnya. Sifat kayu tersebut antara lain jenis dan kerapatan kayu,
penggunaan kulit kayu, bentuk dan ukuran bahan baku, tipe, ukuran dan geometri
partikel kayu, kadar air kayu, dan kandungan ekstraktifnya (Bowyer et al., 2003).
Papan partikel mempunyai beberapa kelebihan dibanding kayu asalnya
yaitu papan partikel bebas dari mata kayu, pecah dan retak, ukuran dan kerapatan
papan partikel dapat disesuaikan dengan kebutuhan, tebal dan kerapatannya
seragam dan mudah dikerjakan, mempunyai sifat isotropis, sifat dan kualitasnya
dapat diatur. Kelemahan papan partikel adalah stabilitas dimensinya yang rendah
(Sulaeman, 2010).
Peningkatan jumlah lapisan daun pisang meningkatkan sifat mekanis
papan partikel dari daun pisang. Papan partikel dengan 4 lapisan menghasilkan
modulus elastisitas dan keteguhan rekat internal yang tinggi. Hal ini diduga
dipengaruhi oleh orientasi serat daun pisang yang sejajar dengan arah pengujian
pada kekuatan tarik (Nongman et al., 2016).
Berdasarkan kerapatannya, Maloney (1993) membagi papan partikel ke
dalam tiga golongan yaitu :
a)
Papan partikel berkerapatan rendah (low density particleboard), yaitu
papan partikel yang mempunyai kerapatan kurang dari 0,59 g/cm3
Universitas Sumatera Utara
b)
Papan partikel berkerapatan sedang (medium density particleboard), yaitu
papan partikel yang mempunyai kerapatan antara 0,59-0,8 g/cm3
c)
Papan partikel berkerapatan tinggi (high density particleboard), yaitu
papan partikel yang mempunyai kerapatan lebih dari 0,8 g/cm3.
Eceng Gondok
Menurut Suprapti (2000), eceng gondok (Eichhornia crassipes)
merupakan jenis tumbuhan air yang termasuk genus Eichhornia, famili
Pontedericeae, kelas Monocotyledonae dan divisi Spermatophyta. Eceng gondok
memiliki daun berbentuk bulat telur dan berwarna hijau segar mengkilat,
berbunga ungu muda (nila), daun ditopang oleh bingkai daun (petioles) berbentuk
silinder memanjang sampai 1 meter dengan diameter 1-2 cm yang berisi serat kuat
dan lemas serta mengandung banyak air. Eceng gondok memiliki dua cara
perkembangbiakan yaitu dengan biji dan tune (stolon) yang berada di atas akar. Di
samping itu, eceng gondok memiliki kemampuan merubah pH air di lingkungan
tempat tumbuhnya. Suhu ideal untuk pertumbuhannya berkisar antara 28°C-30°C
dengan derajat keasaman (pH) antara 5-6.
Menurut Zerrudo (1979) tangkai daun (petioles) eceng gondok
mengandung 34,6% fiber berdasarkan berat kering oven, dengan panjang fiber
ratarata 1,53 mm dan berdinding tipis, mengandung sedikit lignin, holoselulosa,
pentosan yang tinggi. Kadar abu yang tinggi, tetapi mengandung sedikit silika,
ekstraktif cukup larut dalam alkohol-benzena tetapi larut banyak dalam NaOH
1%.
Kandungan selulosa Cross and Bevan eceng gondok sebesar 64,51% dari
berat total (Joedodibroto, 2000) memungkinkan eceng gondok dapat dipakai
Universitas Sumatera Utara
sebagai bahan baku pembuatan papan partikel. Kandungan ekstraktifnya rendah,
yaitu sekitar 6% dari berat total, sehingga tidak mengganggu perekatan.
Pemanfaatan eceng gondok sebagai bahan baku pembuatan papan partikel
merupakan salah satu alternatif manfaat yang memberikan nilai tambah eceng
gondok bagi masyarakat.
Menurut Gopal dan Sharma (1981) eceng gondok mengandung 11,3%
lignin, 13,3% pentosan, 21,9% selulosa, dan hanya 0,018% pati. Kadar selulosa
dilaporkan ditemukan dalam kisaran nilai yang sangat besar yaitu 26,1%; 32%;
42%; dan 40-50%, selulosa yang dihasilkan sebaik kapas dengan karakteristik
serat sebagai berikut: panjang 1,53 mm, lebar 0,023 mm, tebal dinding sel 3,5 µm
dengan kadar abu yang tinggi.
Eceng gondok (water hyacinth) mengandung protein, karbohidrat, lemak,
kadar abu dan serat. Daun eceng gondok merupakan sumber protein dengan
konsentrasi yang baik. Eceng gondok mengandung asam amino, tripofan,
glutamin dan asporagin. Dari analisis logam yang dilakukan menunjukan bahwa
ada Cd, Cr, Hg, Pb, Sn, Fe, Cu, Zn, Ni, dan Co. Namun konsentrasi logam
tersebut tidak menimbulkan ancaman yang berat dalam penggunaan eceng gondok
maupun dalam lingkungan (Adeyemi et al., 2016). Eceng gondok dapat menyerap
hingga 180 ppm Pb dan telah digunakan untuk membersihkan garam perak dari
air limbah (Hidayati, 2005).
Perekat Urea Formaldehida (UF)
Perekat (adhesive) adalah suatu subtansi yang dapat menyatukan dua buah
benda atau lebih melalui ikatan permukaan. Perekat thermosetting merupakan
perekat yang dapat mengeras apabila terkena panas atau reaksi kimia dengan
Universitas Sumatera Utara
sebuah katalisator yang disebut hardener dan bersifat irreversible. Perekat jenis
ini jika sudah mengeras tidak dapat menjadi lunak. Contoh jenis perekat yang
termasuk golongan ini adalah urea formaldehyde (UF), melamine formaldehyde
(MF), phenol formaldehyde (PF), isocyanate, dan resolsinol formaldehide.
Perekat thermoplastic adalah perekat yang dapat melunak jika terkena panas dan
menjadi mengeras kembali apabila suhunya rendah. Contoh jenis perekat yang
termasuk jenis ini polyvinyl adhesive, cellulose adhesive, dan acrylic resin
adhesive (Pizzi, 1983).
Menurut Walker (1993), UF merupakan perekat yang paling banyak
digunakan dalam pembuatan papan partikel karena UF lebih murah harganya bila
dibandingkan dengan perekat lainnya. UF lebih cepat kering pada saat dikempa
dengan suhu yang rendah bila dibandingkan dengan PF.
Sifat-sifat UF yaitu mengeras pada suhu relatif rendah (115oC – 127oC),
tahan kelembaban, berwarna terang, murah, tidak tahan pada suhu serta kondisi
ekstrim serta umur penyimpanan pendek. Perekat ini juga tahan terhadap pelarut
organik, jamur dan rayap tetapi tidak tahan terhadap basa dan asam kuat. Perekat
UF mempunyai waktu pengerasan yang singkat dengan kempa panas kurang lebih
10 menit dan dalam pembuatan papan ditambahkan 10% dari serat kering oven
partikel. Menurut Maloney (1993) perekat ini mempunyai karakteristik viskositas
(25oC) (Cps) sebesar 30%, resin solid content 40-60%, pH sekitar 7-8, berat jenis
(25oC) adalah 1,27-1,29.
Penelitian mengenai degradasi termal UF dan epoksi campuran (UF dan
epoksi) menemukan bahwa kelemahan utama resin UF adalah emisi secara terus
menerus yakni CO2, CO, HCN, NH3, HNCO dan H2O sedangkan pada epoksi
Universitas Sumatera Utara
campuran tidak ada emisi. Sifat formaldehida dapat ditingkatkan dengan
menggunakan polimer lainnya agar dapat diaplikasikan sebagai indoor/outdoor
dalam industri kayu (Ahamad et al., 2014).
Faktor konsentrasi urea formaldehida dan interaksi hanya berpengaruh
nyata terhadap kadar air papan partikel. Semua sifat fisik dan mekanik papan
partikel yang diuji telah memenuhi standar JIS A 5908–2003, kecuali pada
pengembangan tebal dan modulus elastisitas papan. Perlakuan terbaik untuk sifat
fisik
dan
mekanik
papan
partikel
dari
batang
pandan
mengkuang
(Pandanus atrocarpus) adalah pada perlakuan ukuran partikel kasar dan
konsentrasi urea formaldehida 14% (Maulana et al., 2015).
Peningkatan kadar perekat UF berpengaruh terhadap pengembangan tebal,
penyerapan air, dan meningkatkan modulus patah, modulus elastisitas dan kuat
cabut sekrup, tetapi tidak mengakibatkan perubahan terhadap kerapatan, kadar air
dan keteguhan rekat. Kadar air dan modulus patah papan partikel yang memenuhi
standar Indonesia dan standar Jepang baik secara parsial atau keseluruhan.
Berdasarkan nilai kerapatan, papan partikel hasil percobaan ini lebih cocok untuk
digunakan sebagai penyekat ruangan dan rangka meja (Iskandar, 2012).
Semakin tinggi kadar perekat maka akan semakin tinggi keteguhan rekat
dari papan partikel. Semakin tinggi kadar perekat maka nilai pengembangan tebal
akan semakin menurun. Penyerapan air akan menyebabkan mengembangnya
dinding sel serat, sedangkan rongga serat yang mengecil saat pengempaan mudah
kembali ke ukuran semula karena perekat tidak masuk ke dalam rongga serat yang
mengikatnya dengan baik, karena semakin banyak air yang diserap dan memasuki
Universitas Sumatera Utara
struktur partikel maka semakin besar perubahan dimensi tebal yang dihasilkan
(Gultom, 2012).
Produk komposit yang ramah lingkungan adalah dengan menggunakan
perekat pati. Faktor yang mempengaruhi kekuatan ikat dan daya tahan air perekat
pati adalah solid content yang berbeda dan penambahan aditif. Rasio optimum
penambahan aditif yang baik yaitu sekitar 4% - 6% (Tan et al., 2011).
Perekat memiliki peran yang penting dalam industri pengolahan kayu.
Perekat juga memberi kontribusi untuk meningkatkan kualitas produk dan
merupakan dasar untuk pengembangan kayu. Perekat UF memiliki kelebihan
efisiensi biaya dalam produksi panel kayu namun kualitas yang dihasilkan belum
maksimal jika digunakan dalam industri besar (Giertl et al., 2015).
Ukuran Partikel
Papan partikel dengan ukuran partikel kasar memiliki nilai modulus
elastisitas yang lebih besar. Hal ini dikarenakan dimensi partikel yang lebih besar
dapat menyalurkan tekanan dari beban yang diterima lebih baik dibandingkan
dengan ukuran partikel halus. Faktor ukuran partikel berpengaruh nyata terhadap
kadar air, modulus elastisitas, modulus patah, keteguhan rekat dan kuat pegang
sekrup yang dihasilkan (Sinulingga, 2007).
Perubahan ukuran butir dari besar menjadi lebih kecil akan berakibat
meningkatkan massa jenis struktur batang sekam padi serta akan meningkatkan
kekuatan yang diukur dari nilai tensile yang makin meningkat seiring makin
halusnya ukuran butir. Secara visual dan tekstur kekasaran maka untuk ukuran
butir 0,5 mm termasuk kategori yang halus secara tekstur (Iskandar, 2015).
Universitas Sumatera Utara
Papan Partikel
Papan partikel merupakan salah satu jenis produk komposit atau panel
kayu yang terbuat dari partikel-partikel kayu atau bahan berlignoselulosa lainnya,
yang diikat menggunakan perekat sintesis atau bahan pengikat lain dan dikempa
panas (Maloney, 1993). Sifat bahan baku kayu sangat berpengaruh terhadap sifat
papan partikelnya. Sifat kayu tersebut antara lain jenis dan kerapatan kayu,
penggunaan kulit kayu, bentuk dan ukuran bahan baku, tipe, ukuran dan geometri
partikel kayu, kadar air kayu, dan kandungan ekstraktifnya (Bowyer et al., 2003).
Papan partikel mempunyai beberapa kelebihan dibanding kayu asalnya
yaitu papan partikel bebas dari mata kayu, pecah dan retak, ukuran dan kerapatan
papan partikel dapat disesuaikan dengan kebutuhan, tebal dan kerapatannya
seragam dan mudah dikerjakan, mempunyai sifat isotropis, sifat dan kualitasnya
dapat diatur. Kelemahan papan partikel adalah stabilitas dimensinya yang rendah
(Sulaeman, 2010).
Peningkatan jumlah lapisan daun pisang meningkatkan sifat mekanis
papan partikel dari daun pisang. Papan partikel dengan 4 lapisan menghasilkan
modulus elastisitas dan keteguhan rekat internal yang tinggi. Hal ini diduga
dipengaruhi oleh orientasi serat daun pisang yang sejajar dengan arah pengujian
pada kekuatan tarik (Nongman et al., 2016).
Berdasarkan kerapatannya, Maloney (1993) membagi papan partikel ke
dalam tiga golongan yaitu :
a)
Papan partikel berkerapatan rendah (low density particleboard), yaitu
papan partikel yang mempunyai kerapatan kurang dari 0,59 g/cm3
Universitas Sumatera Utara
b)
Papan partikel berkerapatan sedang (medium density particleboard), yaitu
papan partikel yang mempunyai kerapatan antara 0,59-0,8 g/cm3
c)
Papan partikel berkerapatan tinggi (high density particleboard), yaitu
papan partikel yang mempunyai kerapatan lebih dari 0,8 g/cm3.
Eceng Gondok
Menurut Suprapti (2000), eceng gondok (Eichhornia crassipes)
merupakan jenis tumbuhan air yang termasuk genus Eichhornia, famili
Pontedericeae, kelas Monocotyledonae dan divisi Spermatophyta. Eceng gondok
memiliki daun berbentuk bulat telur dan berwarna hijau segar mengkilat,
berbunga ungu muda (nila), daun ditopang oleh bingkai daun (petioles) berbentuk
silinder memanjang sampai 1 meter dengan diameter 1-2 cm yang berisi serat kuat
dan lemas serta mengandung banyak air. Eceng gondok memiliki dua cara
perkembangbiakan yaitu dengan biji dan tune (stolon) yang berada di atas akar. Di
samping itu, eceng gondok memiliki kemampuan merubah pH air di lingkungan
tempat tumbuhnya. Suhu ideal untuk pertumbuhannya berkisar antara 28°C-30°C
dengan derajat keasaman (pH) antara 5-6.
Menurut Zerrudo (1979) tangkai daun (petioles) eceng gondok
mengandung 34,6% fiber berdasarkan berat kering oven, dengan panjang fiber
ratarata 1,53 mm dan berdinding tipis, mengandung sedikit lignin, holoselulosa,
pentosan yang tinggi. Kadar abu yang tinggi, tetapi mengandung sedikit silika,
ekstraktif cukup larut dalam alkohol-benzena tetapi larut banyak dalam NaOH
1%.
Kandungan selulosa Cross and Bevan eceng gondok sebesar 64,51% dari
berat total (Joedodibroto, 2000) memungkinkan eceng gondok dapat dipakai
Universitas Sumatera Utara
sebagai bahan baku pembuatan papan partikel. Kandungan ekstraktifnya rendah,
yaitu sekitar 6% dari berat total, sehingga tidak mengganggu perekatan.
Pemanfaatan eceng gondok sebagai bahan baku pembuatan papan partikel
merupakan salah satu alternatif manfaat yang memberikan nilai tambah eceng
gondok bagi masyarakat.
Menurut Gopal dan Sharma (1981) eceng gondok mengandung 11,3%
lignin, 13,3% pentosan, 21,9% selulosa, dan hanya 0,018% pati. Kadar selulosa
dilaporkan ditemukan dalam kisaran nilai yang sangat besar yaitu 26,1%; 32%;
42%; dan 40-50%, selulosa yang dihasilkan sebaik kapas dengan karakteristik
serat sebagai berikut: panjang 1,53 mm, lebar 0,023 mm, tebal dinding sel 3,5 µm
dengan kadar abu yang tinggi.
Eceng gondok (water hyacinth) mengandung protein, karbohidrat, lemak,
kadar abu dan serat. Daun eceng gondok merupakan sumber protein dengan
konsentrasi yang baik. Eceng gondok mengandung asam amino, tripofan,
glutamin dan asporagin. Dari analisis logam yang dilakukan menunjukan bahwa
ada Cd, Cr, Hg, Pb, Sn, Fe, Cu, Zn, Ni, dan Co. Namun konsentrasi logam
tersebut tidak menimbulkan ancaman yang berat dalam penggunaan eceng gondok
maupun dalam lingkungan (Adeyemi et al., 2016). Eceng gondok dapat menyerap
hingga 180 ppm Pb dan telah digunakan untuk membersihkan garam perak dari
air limbah (Hidayati, 2005).
Perekat Urea Formaldehida (UF)
Perekat (adhesive) adalah suatu subtansi yang dapat menyatukan dua buah
benda atau lebih melalui ikatan permukaan. Perekat thermosetting merupakan
perekat yang dapat mengeras apabila terkena panas atau reaksi kimia dengan
Universitas Sumatera Utara
sebuah katalisator yang disebut hardener dan bersifat irreversible. Perekat jenis
ini jika sudah mengeras tidak dapat menjadi lunak. Contoh jenis perekat yang
termasuk golongan ini adalah urea formaldehyde (UF), melamine formaldehyde
(MF), phenol formaldehyde (PF), isocyanate, dan resolsinol formaldehide.
Perekat thermoplastic adalah perekat yang dapat melunak jika terkena panas dan
menjadi mengeras kembali apabila suhunya rendah. Contoh jenis perekat yang
termasuk jenis ini polyvinyl adhesive, cellulose adhesive, dan acrylic resin
adhesive (Pizzi, 1983).
Menurut Walker (1993), UF merupakan perekat yang paling banyak
digunakan dalam pembuatan papan partikel karena UF lebih murah harganya bila
dibandingkan dengan perekat lainnya. UF lebih cepat kering pada saat dikempa
dengan suhu yang rendah bila dibandingkan dengan PF.
Sifat-sifat UF yaitu mengeras pada suhu relatif rendah (115oC – 127oC),
tahan kelembaban, berwarna terang, murah, tidak tahan pada suhu serta kondisi
ekstrim serta umur penyimpanan pendek. Perekat ini juga tahan terhadap pelarut
organik, jamur dan rayap tetapi tidak tahan terhadap basa dan asam kuat. Perekat
UF mempunyai waktu pengerasan yang singkat dengan kempa panas kurang lebih
10 menit dan dalam pembuatan papan ditambahkan 10% dari serat kering oven
partikel. Menurut Maloney (1993) perekat ini mempunyai karakteristik viskositas
(25oC) (Cps) sebesar 30%, resin solid content 40-60%, pH sekitar 7-8, berat jenis
(25oC) adalah 1,27-1,29.
Penelitian mengenai degradasi termal UF dan epoksi campuran (UF dan
epoksi) menemukan bahwa kelemahan utama resin UF adalah emisi secara terus
menerus yakni CO2, CO, HCN, NH3, HNCO dan H2O sedangkan pada epoksi
Universitas Sumatera Utara
campuran tidak ada emisi. Sifat formaldehida dapat ditingkatkan dengan
menggunakan polimer lainnya agar dapat diaplikasikan sebagai indoor/outdoor
dalam industri kayu (Ahamad et al., 2014).
Faktor konsentrasi urea formaldehida dan interaksi hanya berpengaruh
nyata terhadap kadar air papan partikel. Semua sifat fisik dan mekanik papan
partikel yang diuji telah memenuhi standar JIS A 5908–2003, kecuali pada
pengembangan tebal dan modulus elastisitas papan. Perlakuan terbaik untuk sifat
fisik
dan
mekanik
papan
partikel
dari
batang
pandan
mengkuang
(Pandanus atrocarpus) adalah pada perlakuan ukuran partikel kasar dan
konsentrasi urea formaldehida 14% (Maulana et al., 2015).
Peningkatan kadar perekat UF berpengaruh terhadap pengembangan tebal,
penyerapan air, dan meningkatkan modulus patah, modulus elastisitas dan kuat
cabut sekrup, tetapi tidak mengakibatkan perubahan terhadap kerapatan, kadar air
dan keteguhan rekat. Kadar air dan modulus patah papan partikel yang memenuhi
standar Indonesia dan standar Jepang baik secara parsial atau keseluruhan.
Berdasarkan nilai kerapatan, papan partikel hasil percobaan ini lebih cocok untuk
digunakan sebagai penyekat ruangan dan rangka meja (Iskandar, 2012).
Semakin tinggi kadar perekat maka akan semakin tinggi keteguhan rekat
dari papan partikel. Semakin tinggi kadar perekat maka nilai pengembangan tebal
akan semakin menurun. Penyerapan air akan menyebabkan mengembangnya
dinding sel serat, sedangkan rongga serat yang mengecil saat pengempaan mudah
kembali ke ukuran semula karena perekat tidak masuk ke dalam rongga serat yang
mengikatnya dengan baik, karena semakin banyak air yang diserap dan memasuki
Universitas Sumatera Utara
struktur partikel maka semakin besar perubahan dimensi tebal yang dihasilkan
(Gultom, 2012).
Produk komposit yang ramah lingkungan adalah dengan menggunakan
perekat pati. Faktor yang mempengaruhi kekuatan ikat dan daya tahan air perekat
pati adalah solid content yang berbeda dan penambahan aditif. Rasio optimum
penambahan aditif yang baik yaitu sekitar 4% - 6% (Tan et al., 2011).
Perekat memiliki peran yang penting dalam industri pengolahan kayu.
Perekat juga memberi kontribusi untuk meningkatkan kualitas produk dan
merupakan dasar untuk pengembangan kayu. Perekat UF memiliki kelebihan
efisiensi biaya dalam produksi panel kayu namun kualitas yang dihasilkan belum
maksimal jika digunakan dalam industri besar (Giertl et al., 2015).
Ukuran Partikel
Papan partikel dengan ukuran partikel kasar memiliki nilai modulus
elastisitas yang lebih besar. Hal ini dikarenakan dimensi partikel yang lebih besar
dapat menyalurkan tekanan dari beban yang diterima lebih baik dibandingkan
dengan ukuran partikel halus. Faktor ukuran partikel berpengaruh nyata terhadap
kadar air, modulus elastisitas, modulus patah, keteguhan rekat dan kuat pegang
sekrup yang dihasilkan (Sinulingga, 2007).
Perubahan ukuran butir dari besar menjadi lebih kecil akan berakibat
meningkatkan massa jenis struktur batang sekam padi serta akan meningkatkan
kekuatan yang diukur dari nilai tensile yang makin meningkat seiring makin
halusnya ukuran butir. Secara visual dan tekstur kekasaran maka untuk ukuran
butir 0,5 mm termasuk kategori yang halus secara tekstur (Iskandar, 2015).
Universitas Sumatera Utara