PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LIGNIN ISOLAT SERBUK KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN TEMBUNG SEBAGAI PEREKAT DALAM PEMBUATAN PLAFON GIPSUM DENGAN PENGISI JERAMI PADI TESIS
PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LIGNIN ISOLAT SERBUK
KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN
TEMBUNG SEBAGAI PEREKAT DALAM
PEMBUATAN PLAFON GIPSUM
DENGAN PENGISI
JERAMI PADI
TESIS
Oleh
SRI HANDAYANI
127006005/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN2014
PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LIGNIN ISOLAT SERBUK
KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN
TEMBUNG SEBAGAI PEREKAT DALAMPEMBUATAN PLAFON GIPSUM
DENGAN PENGISI
JERAMI PADI
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains
Dalam Program Studi Ilmu Kimia Pada Fakultas Matematika Dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Oleh
SRI HANDAYANI
127006005/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN2014
PERSETUJUAN
Judul Tesis : PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LGNINISOLAT SERBUK KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN TEMBUNG SEBAGAI PEREKAT DALAM PEMBUATAN PLAFON GIPSUM DENGAN PENGISI JERAMI PADI NamaMahasiswa : SRI HANDAYANI Nomor Pokok : 127006005 Program Studi : MAGISTER (S2) ILMU KIMIA
Menyetujui
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Thamrin, M.Sc Ketua Anggota Prof. BasukiWirjosentono, MS, Ph.D Ketua Program Studi Dekan Prof. BasukiWirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc Tanggal Lulus : 22 Juli 2014
Telah diuji pada
Tanggal : 22 Juli 2014
PANITIA PENGUJI TESIS KETUA : Prof.Dr. Thamrin, M.Sc Anggota : 1. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D2. Eddyanto, Ph.D
3. Dr. Marpongahtun, M.Sc
4. Saharman Gea, Ph.D
PERNYATAAN ORISINALITAS
PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LIGNIN ISOLAT SERBUK
KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN
TEMBUNG SEBAGAI PEREKAT DALAM
PEMBUATAN PLAFON GIPSUM
DENGAN PENGISI
JERAMI PADI
TESIS
Dengan ini menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, 22 Juli 2014 Sri Handayani
KATA PENGANTAR
Bismillahirrahmanirrahim Puji Syukur yang tak terhingga penulis ucapkan dengan segala kerendahan hati dan diri kepada Allah SWT, Sang Khaliq yang senantiasa mencurahkan segala nikmat Iman, Islam dan Ihsan, serta Shalawat dan salam kepada Nabi Allah sebagai patron insan terbaik ; Rasulullah Muhammad SAW sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian hingga selesainya penulisan tesis ini dengan sebaik mungkin.
Tesis ini berjudul “PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LIGNIN
ISOLAT SERBUK KAYU HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN TEMBUNG SEBAGAI PEREKAT DALAM PEMBUATAN PLAFON GIPSUM DENGAN PENGISI JERAMI PADI”. Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains (M.Si) Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universias Sumatera Utara Medan.
Keberhasilan dari penelitian dan penulisan tesis ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak yang terlibat secara langsung maupun tidak langsung dan telah memberikan dukungan baik secara moril maupun materil. Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang tidak terhingga kepada :
Ayahanda Adenan, S.PdI Ibunda Salasiah S.PdI
Orangtua penulis, buat dan yang selalu sabar dan mendoakan, memberi perhatian, dan menjadikan inspirasi di setiap langkah hidup kami.
Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DMT&H, M.Sc, (CTM), Sp.A(K) dan Dr. Sutarman, M.Sc selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Bapak Prof.Dr. Thamrin, M.Sc selaku dosen pembimbing I dan Prof. Basuki Wirjosentono, MS, PhD selaku dosen pembimbing II yang telah dengan sabar meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya serta memberikan masukan, saran, dan petunjuk kepada penulis dalam melakukan penelitian dan penyusunan tesis ini.
Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D dan Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc selaku ketua program studi dan sekretaris Pascasarjana Ilmu Kimia. Bapak dan Ibu dosen Pascasarjana Ilmu Kimia yang telah membimbing dan memotivasi serta memberi disiplin ilmu selama penulis menjalani studi.
Kak Lely selaku tata usaha Pascasarjana Ilmu Kimia dan bang Edi selaku teknisi Laboratorium Kimia Polimer FMIPA-USU. Sahabat terbaik yang selalu mengerti, membantu, dan berbagi dalam suka dan duka, kak Pevi Riani, adinda Diana Adnanda Nst, Bang Deni Reflianto Manik, dan
Ismail Marjuki.
Rekan - rekan penulis di program Pascasarjana Ilmu Kimia stambuk 2012 yang telah berbagi banyak ilmu yang bermanfaat, Ibu Mayang Sari, Ibu Najla Lubis, Pak Jabangun Lumbanbatu, Pak Thomas, Pak Malemta Tarigan, dan Pak Barita.
Semua saudara dan teman-teman yang selalu mendoakan yang terbaik kepada penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang telah dengan sabar mendengarkan segala keluh kesah dan memberikan masukannya kepada penulis.
Hanya Allah yang dapat membalas segala kebaikan yang telah kalian berikan kepada penulis. Penulis berharap Allah memberikan Berkah-Nya berlipat ganda kepada kalian, amin ya Rabbalalamin.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, masukan dan saran yang membangun dari pihak pembaca sangat diharapkan penulis demi kesempurnaan tesis ini. Akhir kata semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan untuk masa yang akan datang.
Medan, Juli 2014 Penulis Sri Handayani
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADINama Lengkap berikut gelar : Sri Handayani, S.Si Tempat dan Tanggal Lahir : Kebun Kelapa, 14 November 1988 Alamat Rumah : Jl. Stabat-Secanggang, Dusun I Pasar 6 Ara Condong,
Kecamatan Stabat, Kabupaten Langkat, Provinsi Sumatera Utara
Telepon/HP : 0821-6072-4948 Email Nama Ayah : Adenan, S.PdI Nama Ibu : Salasiah, S.PdI
DATA PENDIDIKAN
SD : SD Negeri 050669 Ulu Brayun, Kab. Langkat Tamat : 2000 SMP : SLTP Negeri 2 Stabat, Kab. Langkat Tamat : 2003 SMA : SMA Negeri 1 Stabat, Kab. Langkat Tamat : 2006 Strata-1 : Kimia FMIPA USU Tamat : 2010 Strata-2 : Program Magister Ilmu Kimia USU Tamat : 2014
PEMANFAATAN POLIURETAN DARI LIGNIN ISOLAT SERBUK KAYU
HASIL INDUSTRI PENGOLAHAN KAYU DI MEDAN TEMBUNG
SEBAGAI PEREKAT DALAM PEMBUATAN
PLAFON GIPSUM DENGAN PENGISI
JERAMI PADI
Abstrak Penelitian mengenai pemanfaatan poliuretan dari lignin isolat serbuk kayu hasil industri pengolahan kayu di Medan Tembung sebagai perekat dalam pembuatan plafon gipsum dengan pengisi jerami padi telah dilakukan. Isolasi lignin dari kayu gergajian yang diperoleh dari hasil industri pengolahan kayu di Medan Tembung dilakukan dengan metode klason menghasilkan lignin isolat sebesar 23,84% dengan kadar kemurnian 86%, dan bilangan hidroksi sebesar 560 mmol/g. Lignin isolat kemudian direaksikan dengan toluena diisosianat (TDI) dengan perbandingan (1:2) untuk menghasilkan poliuretan, yang kemudian hasil reaksi dikarakterisasi dengan FTIR. Poliuretan yang dihasilkan selanjutnya dapat digunakan sebagai perekat dalam pembuatan plafon gipsum berpengisi jerami padi dengan variasi (90:10), (80:20), (70:30), (60:40), dan (50:50). Dari hasil pengujian diperoleh nilai kerapatan optimum
3
pada komposisi (90:10) yaitu sebesar 1,46 g/cm . Hasil pengukuran terhadap kadar air dan daya serap air terbaik diperoleh pada komposisi (90:10) yaitu masing-masing sebesar 2,99% dan 4,89% dimana hal ini telah sesuai standar SNI 03-2105-2006 . Sedangkan pengujian terhadap sifat mekanik terhadap kuat impak yang terbaik
2
diperoleh pada komposisi (90:10) yaitu sebesar 2299,8 J/m . Hasil pengujian terhadap modulus patah dan modulus elastisitas yang terbaik diperoleh pada komposisi (90:10)
2
2
yaitu sebesar 141,77 kg/cm dan 13.752 kg/cm . Dari hasil pengujian terhadap koefisien serap bunyi maka dapat dilihat bahwa plafon gipsum dengan perbandingan gipsum dan jerami padi (50:50) memiliki nilai koefisien serap bunyi yang paling baik. Hasil uji SEM menunjukkan menunjukkan bahwa adanya jerami yang digunakan dalam pembuatan plafon gipsum akan mempengaruhi distribusi partikel yang akan menyebabkan gangguan terhadap perekatannya. Dan dari hasil termogram TGA, maka dapat dilihat bahwa adanya penambahan jerami pada plafon gipsum akan mempengaruhi kestabilan termalnya. Kata kunci : plafon gipsum, jerami padi, perekat poliuretan, lignin, toluena diisosianat
THE USE OF POLYURETHANE FROM LIGNIN ISOLATE OF WOODEN
POWDER FROM WOOD PROCESSING INDUSTRY IN
MEDAN TEMBUNG AS AN ADHESIVE IN THE
MANUFACTURE OF GYPSUM CEILING
WITH RICE STRAW FILLER
Abstract
The research of polyurethane from lignin isolate of wooden powder from woodprocessing industry in Medan Tembung as an adhesive in the manufacture of gypsum
ceiling with rice straw filler had been done. Lignin isolation of wooden powder
obtained from wood processing industry in Medan Tembung conducted using Klason
method produced lignin isolates which was 23,84% with a purity of 86%, and hydroxyl
number of 560 mmol/g. Lignin isolate was then reacted with toluene diisocyanate
(TDI) with a ratio of (1:2) to produce polyurethane, which was then the reaction result
being characterized by FTIR. The produced polyurethanes then could be used as a
adhesive in the manufacture of gypsum ceiling with rice straw filler with the variation
of (90:10), (80:20), (70:30), (60:40), and (50:50). From the test result obtained on the
3
composition of optimum density value (90:10) that is equal to 1.46 g/cm . The result of
measurements of the water absorption and obtained the best water in composition
(90:10), respectively 2.99% and 4.89% where it has been appropriate standard SNI
03-2105-2006. While the mechanical properties of the best impact strength was
2
obtained on the composition (90:10) that is equal to 2299.8 J/m . The result of
modulus of rupture and modulus of elasticity are best obtained on the composition
2
2
(90:10), respectively 141.77 kg/cm and 13.752 kg/cm . From the result of sound
absorption test can be seen that the composition (50:50) has the best sound
absorption. SEM test result indicate that the presence of rice straw used in
manufactureof gypsum ceiling will affect the distribution of particles that will cause
disruption to its gluing. And from the TGA thermogram, it can be seen that the
addition of rice straw on gypsum ceiling will affect its thermal stability.
Keyword : gypsum ceiling, rice straw, polyurethane adhesive, lignin, toluene
diisocyanate.DAFTAR ISI Halaman PERSETUJUAN
i
PERNYATAAN
iii
KATA PENGANTAR
iv
RIWAYAT HIDUP
vi
ABSTRAK
vii
ABSTRACT
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR TABEL
xii
DAFTAR GAMBAR
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
xv
DAFTAR SINGKATAN
xvii
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Permasalahan
4
1.3. Pembatasan Masalah
4
1.4. Tujuan Penelitian
5
1.5. Manfaat Penelitian
5
1.6. Metodologi Penelitian
6
1.7. Lokasi Penelitian
7
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kayu
8
2.2. Lignin
8
2.3. Gipsum
9
2.4. Papan Gipsum Plafon
10
2.5. Pemanfaatan Papan Gipsum Plafon Sebagai Pengganti Asbes
11
2.6. Jerami
12
2.7. Perekat
14
2.7.1. Isosianat
16
2.7.2. Poliol
18
2.7.3. Poliuretan
19
2.7.4. Pembentukan Ikatan Silang Poliuretan
20
2.8. Karakterisasi Papan Gipsum Plafon
21
2.8.1. Uji Kerapatan (Density)
21
2.8.2. Uji Penyerapan Air
22
2.8.3. Uji Impak
22
2.8.4. Uji Modulus Patah
24
2.8.5. Uji Modulus Elastisitas
25
2.8.6. Analisa Sifat Termal dengan Thermogravimetry Analysis
26
2.8.7. Analisa Sifat Morfologi dengan Scanning Electron
Microscopy
27
2.8.8. Analisa Gugus Fungsi dengan Fourier Transform
Infrared Spectroscopy (FTIR)
28
2.8.9. Penguji 29 an Koefisien Serap Bunyi (α)
BAB 3. METODE PENELITIAN
3.6.4. Uji Modulus Patah dan Modulus Elastisitas
3.6. Karakterisasi Plafon Gipsum
38
3.6.1. Uji Kerapatan (Density)
38
3.6.2. Uji Daya Serap Air (Water Absorption Test)
38
3.6.3. Uji Impak
39
39
3.5. Pengkondisian
3.6.5. Uji Koefisien Serap Bunyi dengan Metode Tabung Impedansi
41
3.6.6. Analisa Sifat Morfologi dengan Scanning Electron
Microscopy (SEM)
42
3.6.7. Analisa Sifat Termal dengan Uji Thermogravimetry
Analysis (TGA)
42
37
3.1. Alat
32
3.3.3. Preparasi Jerami Padi
3.2. Bahan
33
3.3. Prosedur Penelitian ................................................................... 35353
33
3.3.1. Preparasi Serbuk Kayu Gergajian
33
3.3.2. Preparasi Tepung Gipsum
34
34
3.4. Pembuatan Plafon Gipsum
3.3.4. Ekstraksi dan Isolasi Lignin dari Serbuk Kayu Gergajian
34
3.3.5. Analisa Kadar Kemurnian Lignin (Metoda Klason)
35
3.3.6. Penentuan Bilangan Hidroksi Pada Lignin
36
3.3.7. Pembuatan Poliuretan Dengan Menggunakan Lignin Isolat Dari Serbuk Kayu Gergajian
37
37
3.7. Bagan Penelitian
42
3.7.1. Proses Isolasi Lignin dari Serbuk Kayu Gergajian
42
3.7.2. Proses Penentuan Kadar Kemurnian Lignin
43
3.7.3. Proses Penentuan Bilangan Hidroksi Pada Lignin
44
3.7.4. Proses Pembuatan Poliuretan
45
3.7.5. Proses Pembuatan Plafon Gipsum
46 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Isolasi Lignin dari Kayu Gergajian
47
4.2. Rendemn Lignin Isolat dan Kadar Lignin Murni
47
4.3. Analisa Bilangan Hidroksi Pada Lignin
48
4.4. Sintesis Perekat Poliuretan
48
4.5. Karakterisasi Plafon Gipsum
52
4.5.1. Kerapatan (density)
52
4.5.2. Kadar Air dan Daya Serap Air
53
4.5.3. Kuat Impak
56
4.5.4. Modulus Patah dan Modulus Elastisitas
58
4.5.5. Koefisien Serap Bunyi
60
4.5.5.1. Plafon Gipsum (Tanpa Pengisi)
60
4.5.5.2. Plafon Gipsum dengan Campuran Gipsum dan Jerami Padi (90:10)
62
4.5.5.3. Plafon Gipsum dengan Campuran Gipsum dan Jerami Padi (80:20)
64
4.5.5.4. Plafon Gipsum dengan Campuran Gipsum dan Jerami Padi (70:30)
66
4.5.5.5. Plafon Gipsum dengan Campuran Gipsum dan Jerami Padi (60:40)
69
4.5.5.6. Plafon Gipsum dengan Campuran Gipsum dan Jerami Padi (50:50)
71
4.5.5.7. Hubungan Antara Komposisi Campuran Plafon Gipsum dengan Koefisien Serap Bunyi
74
4.5.6. Analisa Permukaan dengan Uji SEM (Scanning
Electron Microscopy )
75
4.5.7. Analisa Termal dengan Thermogravimetry Analysis (TGA)
77 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
81
5.2. Saran
82 DAFTAR PUSTAKA
83 LAMPIRAN
88
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman Tabel 2.1 Kandungan Beberapa Sumber Serat Sebagai Biomassa12 Tabel 2.2 Sifat Morfologi dan Kandungan Kimia Jerami Padi
13 Tabel 3.1 Alat-alat Penelitian
32 Tabel 3.2 Bahan-Bahan Penelitian
33 Tabel 4.1 Pita serapan spektrum IR perekat poliuretan
51 Tabel 4.2 Hasil Uji Kuat Impak Plafon Gipsum dengan Pengisi Jerami Padi
56 Tabel 4.3 Hasil pengukuran koefisien serap bunyi plafon gipsum murni
61 Tabel 4.4 Hasil pengukuran koefisien serap bunyi plafon gipsum dengan perbadingan campuran gipsum dan jerami padi 90:10
63 Tabel 4.5 Hasil pengukuran koefisien serap bunyi plafon gipsum dengan perbadingan campuran gipsum dan jerami padi 80:20
65 Tabel 4.6 Hasil pengukuran koefisien serap bunyi papan gipsum dengan perbadingan campuran gipsum dan jerami padi 70:30
68 Tabel 4.7 Hasil pengukuran koefisien serap bunyi papan gipsum dengan perbadingan campuran gipsum dan jerami padi 60:40
70 Tabel 4.8 Hasil pengukuran koefisien serap bunyi plafon gipsum dengan perbadingan campuran gipsum dan jerami padi 50:50
73 Tabel 4.9 Koefisien serap bunyi plafon gipsum
74 Tabel 4.10 Data hasil termogram TGA
79
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar 2.1 Alat Uji Impak dan Simulasi Alat Uji Impak23 Gambar 2.2 Kuat Lentur
24 Gambar 2.3 Perpindahan Energi Gelombang Datang dan Gelombang Pantul
29 Gambar 2.4 Resultan Bentuk Gelombang di Dalam Impedance Tube
31 Gambar 3.1 Diagram Alat Pengukuran Koefisien Serap Bunyi Dengan Tabung Impedansi
40 Gambar 3.2 Bagan Dari Tabung Impedansi
41 Gambar 4.1 Reaksi Sintesis Poliuretan
49 Gambar 4.2 Spektrum FTIR Lignin, TDI dan Poliuretan
50 Gambar 4.3 Grafik Kerapatan Plafon Gipsum dengan Pengisi Jerami Padi
52 Gambar 4.4 Grafik Kadar Air Plafon Gipsum dengan Pengisi Jerami Padi
54 Gambar 4.5 Grafik Daya Serap Air Plafon Gipsum dengan Pengisi Jerami Padi
55 Gambar 4.6 Grafik Hasil Uji Kuat Impak Plafon Gipsum dengan Pengisi Jerami Padi
57 Gambar 4.7 Gambar Hasil Uji Modulus Patah Plafon Gipsum Dengan Pengisi Jerami Padi
58 Gambar 4.8 Gambar Hasil Uji Modulus Elastisitas Plafon Gipsum Dengan Pengisi Jerami Padi
59 Gambar 4.9 Bentuk gelombang pada frekuensi 2000 Hz yang dihasilkan dari plafon gipsum murni (tanpa pengisi)
60 Gambar 4.10 Grafik koefisien serap bunyi plafon gipsum murni
61
Gambar 4.11 Bentuk gelombang pada frekuensi 2000 Hz pada campuran gipsum dan jerami padi dengan perbandingan 90 : 1062 Gambar 4.12 Grafik koefisien serap bunyi plafon gipsum dengan campuran gipsum dan jerami padi 90:10
64 Gambar 4.13 Bentuk gelombang pada frekuensi 2000 Hz pada campuran gipsum dan jerami padi dengan perbandingan 80:20
65 Gambar 4.14 Grafik koefisien serap bunyi papan gipsum dengan campuran gipsum dan jerami padi 80:20
66 Gambar 4.15 Bentuk gelombang pada frekuensi 2000 Hz pada campuran gipsum dan jerami padi dengan perbandingan 70:30
67 Gambar 4.16 Grafik koefisien serap bunyi plafon gipsum dengan campuran gipsum dan jerami padi 70:30
68 Gambar 4.17 Bentuk gelombang pada frekuensi 2000 Hz pada campuran gipsum dan jerami padi dengan perbandingan 60:40
69 Gambar 4.18 Grafik koefisien serap bunyi papan gipsum dengan campuran gipsum dan jerami padi 60:40
71 Gambar 4.19 Bentuk gelombang pada frekuensi 2000 Hz pada campuran gipsum dan jerami padi dengan perbandingan 50:50
72 Gambar 4.20 Grafik koefisien serap bunyi plafon gipsum dengan campuran gipsum dan jerami padi 50:50
73 Gambar 4.21 Grafik koefisien serap bunyi plafon gipsum pada berbagai perbandingan komposisi gipsum dan jerami padi
75 Gambar 4.22 Hasil SEM untuk perbesaran 150 kali
76 Gambar 4.23 Hasil SEM untuk perbesaran 1000 kali
76 Gambar 4.24 Termogram TGA dari sampel gipsum murni, campuran gipsum dan jerami pada komposisi optimum (90:10) dan jerami dengan menggunakan perekat poliuretan
78