TEKNIK REDUKSI EMISI FORMALDEHIDA

Transkripsi

1 SERI PAKET IPTEK PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN HASIL HUTAN BADAN PENELITIAN, PENGEMBANGAN DAN INOVASI KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP DAN KEHUTANAN TEKNIK REDUKSI EMISI FORMALDEHIDA PRODUK PANEL KAYU SECARA NON KIMIAWI Adi Santoso Gustan Pari PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN HASIL HUTAN BADAN PENELITIAN, PENGEMBANGAN DAN INOVASI KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP DAN KEHUTANAN BOGOR, JULI 2015

2 SERI PAKET IPTEK TEKNIK REDUKSI EMISI FORMALDEHIDA PRODUK PANEL KAYU SECARA NON KIMIAWI Adi Santoso Gustan Pari PUSAT PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN HASIL HUTAN BADAN PENELITIAN, PENGEMBANGAN DAN INOVASI KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP DAN KEHUTANAN BOGOR, JULI 2015

3 Judul Buku: Seri Paket Iptek Teknik Reduksi Emisi Formaldehida Produk Panel Kayu Secara Non Kimiawi Penulis: Adi Santoso Gustan Pari Desain Sampul dan Penata Isi: Andreas Levi Aladin Jumlah Halaman: halaman romawi Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Badan Penelitian, Pengembangan dan Inovasi Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan Jl. Gunung Batu No. 5, Bogor Telp/Fax: / info@pustekolah.org Website: ISBN: Dicetak oleh IPB Press, Bogor - Indonesia Isi di Luar Tanggung Jawab Percetakan 2015, HAK CIPTA DILINDUNGI OLEH UNDANG-UNDANG Dilarang mengutip atau memperbanyak sebagian atau seluruh isi buku tanpa izin tertulis dari penerbit

4 KATA PENGANTAR Arus produk manufaktur pada era perdagangan bebas mengalir tanpa ada lagi hambatan. Demikian halnya dengan produk industri kehutanan. Zona perdagangan bebas ASEAN atau ASEAN Free Trade ASIA (AFTA) telah berlangsung sejak tahun 2008 yang berarti produk Indonesia yang masuk pola Tarif Preferensi Bersama (Common Effective Prefential/CEPT) harus dapat bersaing dengan produk sejenis dari sesama anggota ASEAN. Persaingan akan semakin ketat dengan berlakunya zona perdagangan bebas ASEAN-China yang mulai berlaku tahun Diperkirakan bahwa produk-produk dari negara lain (China) yang relatif lebih murah, termasuk produk industri kehutanan akan membanjiri pasar Indonesia. Sementara itu, isu global yang selalu menjadi pertimbangan terutama oleh negara-negara maju terhadap produk manufaktur, termasuk produk industri perkayuan, adalah standar mutu dan isu lingkungan di mana produk perkayuan dituntut untuk memenuhi standar yang ditetapkan dan harus eco-friendly. Baik ditinjau dari sumber bahan baku yang digunakan (hutan tanaman, lestari) maupun produk yang dihasilkannya (rendah emisi formaldehida). Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan selama 20 tahun terakhir telah melakukan penelitian dan pengembangan tentang teknologi pengurangan emisi formaldehida terhadap produk-produk panel kayu (papan serat, kayu lapis papan partikel dan sejenisnya) yang menggunakan perekat berformaldehida. Salah satu upaya tersebut

5 Seri Paket Iptek Teknik Reduksi Emisi Formaldehida Produk Panel Kayu Secara Non Kimiawi adalah dengan menggunakan arang atau arang aktif yang berperan sebagai penjerap emisi formaldehida. Teknik aplikasi pencampuran arang aktif ini diarahkan untuk menghasilkan produk olahan kayu yang rendah emisi formaldehida tanpa menggunakan bahan kimia di industri papan partikel. Bogor, Juli 2015 Kepala Pusat, Dr. Ir. Dwi Sudharto, M.Si iv

6 DAFTAR ISI Kata Pengantar... iii Daftar Isi... v Daftar Gambar... vi Bab 1. Pendahuluan... 1 Bab 2. Pembuatan Papan Partikel Rendah Emisi... 4 Bab 3. Sifat Fisis-mekanis dan Emisi Formaldehida... 6 Bab 4. Rekomendasi...10 Lampiran...11 Daftar Pustaka...14

7 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Partikel bahan baku... 5 Gambar 2. Contoh produk papan partikel... 5 Gambar 3. Penimbangan partikel, pengadukan lem dan pencetakan partikel...11 Gambar 4. Pengempanan panas produk daur ulang potongan contoh uji...12 Gambar 5. Uji sifat mekanis, uji emisi formaldehida...13

8 Bab 1. Pendahuluan Pada saat ini produk panel kayu untuk keperluan interior masih menggunakan perekat urea formaldehida (UF). Perekat UF terbuat dari bahan dasar formaldehida yang mudah terhidrolisis sehingga berpotensi menghasilkan emisi formaldehida. Di lain pihak, saat ini masalah lingkungan sedang menjadi isu penting termasuk kesehatan. Menurut penelitian, kandungan emisi formaldehida sebesar 0,1 ppm saja sudah dapat menyebabkan gangguan kesehatan dan pada konsentrasi tinggi dapat merusak fungsi paru-paru serta menyebabkan kanker (Liteplo et al., 2002; Hawks dan Hansen, 2002; Rong 2002; Dynea 2005; dan CPSC 2007). WHO merekomendasikan bahwa emisi formaldehida sebaiknya di bawah 0,5 ppm. Berdasarkan hasil penelitian, formaldehida dapat menyebabkan kanker pada hewan dan mungkin dapat menyebabkan hal yang sama pada manusia. Namun sampai saat ini belum diketahui ambang batas konsentrasi formaldehida di mana ancaman kanker dapat dihindarkan. Hal ini tergantung pada jumlah dan lama waktu kontaminasi formaldehida (Environmental Health Centre, 1999). Dengan demikian apabila tidak segera diantisipasi maka ada kemungkinan produk panel kayu berperekat UF seperti kayu lapis, papan partikel dan papan serat dengan tingkat emisi tinggi akan sulit diterima pasar karena dianggap tidak ramah lingkungan.

9 Seri Paket Iptek Teknik Reduksi Emisi Formaldehida Produk Panel Kayu Secara Non Kimiawi Pusat Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan (Pustekolah) selama 20 tahun terakhir telah melakukan penelitian dan pengembangan tentang teknologi pengurangan emisi formaldehida terhadap produk-produk panel kayu (papan serat, kayu lapis papan partikel dan sejenisnya) yang menggunakan perekat berformaldehida (Sutigno dan Santoso 1991; 1995; 1996; Santoso dan Sutigno 1998; 1999; Iskandar dan Santoso, 1999; Santoso dan Sutigno, 2000; Santoso dan Sutigno, 2000; Santoso et al., 2001a; 2001b; 2002; Santoso dan Sutigno, 2002; 2004; Santoso, 2004; Santoso dan Hadi, 2005; Santoso et al. 2005; Malik dan Santoso. 2006) yaitu dengan cara menurunkan perbandingan mol urea dengan formaldehida menjadi 1: 1,1 atau menggunakan bahan kimia sebagai zat penangkapnya seperti urea, melamin, maupun campuran urea dengan melamin, garam-garam amonium seperti NH 4 Cl dan NH 4 OH. 2

10 Bab 1. Pendahuluan Bahan-bahan kimia tersebut digunakan dengan berbagai cara seperti pencampuran dalam ramuan perekatnya, maupun dengan cara pelaburan atau fumigasi terhadap produk panel kayunya. Upaya lain dalam menurunkan emisi formaldehida pada produk panel berupa kayu lapis yang menggunakan perekat berbahan formaldehida adalah dengan menggunakan arang atau arang aktif yang berperan sebagai penjerap emisi formaldehida (Pari, et.al. 2006b; Park et al. 2006). Teknik aplikasi pencampuran arang aktif ini diarahkan untuk menghasilkan produk olahan kayu yang rendah emisi formaldehida tanpa menggunakan bahan kimia di industri papan partikel. 3

11 Bab 2. Pembuatan Papan Partikel Rendah Emisi 1. Penyiapan dan Pembuatan Arang Aktif Arang aktif dari limbah jenis campuran kayu diameter kecil dibuat dengan menggunakan aktivator asam fosfat teknis pada konsentrasi rendah selama 24 jam, ditiriskan dan selanjutnya dimasukkan ke dalam retort dan dipanaskan pada suhu C. Kemudian dialirkan uap air panas dari steam boiler selama 120 menit (Santoso dan Pari 2010). Setelah proses aktivasi selesai, arang aktif yang dihasilkan dikeluarkan dari dalam retort, dan siap digunakan sebagai penjerap formaldehida dalam ramuan perekat UF. 2. Penyiapan dan Pembuatan Papan Partikel Arang aktif dicampurkan ke dalam perekat UF dengan kadar maksimal 3% dari bobot UF cair. Ramuan perekat tersebut diaplikasikan pada pembuatan papan partikel. Baku partikel yang digunakan adalah kayu karet yang sudah dikeringkan (KA < 10%) atau limbah dari produk papan partikel (sisa potongan pinggir produk papan partikel). Partikel yang telah dikeringkan (kadar air < 8%) dilaburi perekat UF yang telah mengandung arang aktif 3%, dengan menggunakan spraygun secara merata dalam sebuah cetakan, selanjutnya dihamparkan di atas pelat baja dan dikempa dalam alat cetak pada suhu 110 o C dengan tekanan 25 kg/cm 2 selama 6 menit, kemudian dibiarkan (condisioning) pada suhu ruang selama satu minggu sebelum digunakan sebagai komponen meubel atau produk lainnya.

12 Bab 2. Pembuatan Papan Partikel Rendah Emisi Gambar 1. Partikel bahan baku Gambar 2. Contoh produk papan partikel 5

13 Bab 3. Sifat Fisis-mekanis dan Emisi Formaldehida 1. Kadar Air & Kerapatan Kadar air papan partikel secara keseluruhan memenuhi persyaratan standar Jepang dan Indonesia karena nilainya kurang dari 14% (SNI 2000; 2006, JIS 2003), sementara kerapatannya tergolong papan partikel berkerapatan sedang karena nilainya antara 0,4 0,9 g/cm 3 (SNI 2000; 2006, JIS 2003). 2. Keteguhan Rekat Internal & Pengembangan Tebal Keteguhan rekat internal atau dikenal juga dengan keteguhan tarik tegak lurus permukaan papan partikel, dimaksudkan untuk mengetahui kualitas perekat yang digunakan dalam mengikat adheren. Sementara pengembangan tebal papan partikel setelah direndam dalam air dingin selama 24 jam dalam air dingin pada suhu kamar dimaksudkan untuk memenuhi kualitas perekat yang digunakan dan ketahanan produk tersebut terhadap kelembaban lingkungan. Nilai keteguhan rekat internal papan partikel ini memenuhi persyaratan standar Jepang maupun Indonesia karena nilainya > 1,5 kg/cm 2 (SNI 2000; 2006, JIS 2003), tergolong papan partikel tipe 8 (atau tipe U menurut standar Jepang), yakni yang menggunakan perekat UF. Sementara pengembangan tebalnya memenuhi syarat karena nilainya 12,5 mm.

14 Bab 3. Sifat Fisis-mekanis dan Emisi Formaldehida 3. Kuat Pegang Sekrup Kuat pegang sekrup menggambarkan kemampuan papan partikel untuk menahan sekrup dengan ukuran tertentu. Parameter ini berlaku bagi papan partikel yang memiliki ketebalan minimal 1,5 cm. Kuat pegang sekrup papan partikel ini tergolong tipe 18 menurut persyaratan standar Jepang (JIS 2003) dan Indonesia (SNI 2006). 4. Keteguhan Patah dan Lentur Keteguhan patah (Modulus of rupture, MOR) merupakan nilai yang menunjukkan beban maksimum yang dapat ditahan oleh suatu beban persatuan luas sampai bahan tersebut patah (Haygreen dan Bowyer, 1993). Nilai keteguhan patah papan partikel ini memenuhi persyaratan standar Jepang dan Indonesia, karena > 82 kg/cm 2 (SNI 2000, JIS 2003) dan > 133 kg/cm 2 (SNI 2006). Keteguhan lentur (Modulus of elasticity, MOE) merupakan ukuran kemampuan suatu bahan atau material untuk mempertahankan perubahan bentuk akibat beban yang mengenainya. Nilai keteguhan lentur papan partikel ini seluruhnya memenuhi persyaratan standar Jepang dan Indonesia karena nilai MOE-nya > kg/cm 2 (SNI 2000; JIS, 2003) dan > kg/cm 2 (SNI 2006), setara dengan tipe 13 (SNI 2006). 5. Emisi Formaldehida Salah satu sifat yang kurang disukai dari perekat yang mengandung formaldehida adalah emisi formaldehida dari produk perekatannya, karena dalam jumlah tertentu dapat mengganggu kesehatan (Roffael 1993). Papan partikel ini memiliki emisi formaldehida kategori E2 menurut standar Jepang (maks. 5 mg/l, JIS 2003) dan Indonesia (SNI 2000) atau tipe F** (SNI 2006). Pencampuran arang aktif ke dalam perekat UF sebanyak 3% mampu menurunkan emisi formaldehida papan partikel sampai 33%. 7

15 Seri Paket Iptek Teknik Reduksi Emisi Formaldehida Produk Panel Kayu Secara Non Kimiawi 6. Daya Serap Papan Partikel Daur Ulang terhadap Gas dari Bahan Kimia Berbahaya Produk papan yang menggunakan ramuan perekat UF dengan arang aktif 3% mampu menyerap uap/gas bahan kimia berbahaya dari lingkungan secara signifikan dibanding produk serupa yang tanpa arang aktif, sebagai berikut: Peningkatan daya serap produk tersebut secara signifikan terhadap uap/gas kloroform (44,26%), etanol (48,53%), aseton (18,58%), benzena (65,97%), dan heksana (48,81%). Sementara peningkatan daya serap terhadap gas/uap bahan bakar minyak (BBM) rata-rata 23,36% (premium) dan 75,56% (minyak tanah). Produk ini juga menunjukkan peningkatan daya serap produk daur ulang terhadap asam lemah (asam asetat: 23%), asam kuat (HCl: 25,82%), dan basa lemah (NH 4 OH: 54,30%), sementara terhadap basa kuat (NaOH) hanya 8,55%. Berdasarkan uraian di atas tersebut dapat dikemukakan bahwa papan partikel yang menggunakan ramuan perekat UF dengan arang aktif sebanyak 3% ini mampu menyerap gas/uap beberapa jenis bahan kimia berbahaya sehingga ramah lingkungan. 8

16 Bab 3. Sifat Fisis-mekanis dan Emisi Formaldehida 7. Konduktivitas Papan Partikel Pengujian papan partikel terhadap konduktivitas termal, ditujukan untuk mendapatkan daya hantar panas/listrik produk tersebut akibat penggunaan ramuan perekat yang mengandung arang aktif. Penambahan arang aktif pada perekat UF memberikan pengaruh yang positif terhadap nilai konduktivitas termal papan partikel daur ulang, di mana peningkatan kadar arang aktif dalam ramuan perekat UF menurunkan konduktivitas termal papan secara sangat nyata (31,48%) yakni dari 0,108 W/ mk menjadi 0,074 W/mK. 9

17 Bab 4. Rekomendasi Papan partikel yang dibuat dengan perekat yang dicampur arang aktif merupakan produk ramah lingkungan dan dapat digunakan sebagai dinding penyekat isolator terhadap rambat panas/listrik.

18 Lampiran Proses Pembuatan & Pengujian Papan Partikel Gambar 3. Pengembangan partikel, pengadukan lem, dan pencetakan partikel

19 Seri Paket Iptek Teknik Reduksi Emisi Formaldehida Produk Panel Kayu Secara Non Kimiawi Gambar 4. Pengempaan panas produk daur ulang potongan contoh uji 12

20 Lampiran Gambar 5. Uji sifat mekanis, uji emisi formaldehida 13

21 DAFTAR PUSTAKA Benaddi H, TJ Bandosz, J Jagiello, JA Schwarz, JN Rouzaud, D Legras and F Benguin. (2000). Surface functionality and porosity of activated carbon obtained from chemical activation of wood. Carbon 38: UK. CPSC (1997). An Update On Formaldehyde: Revision. cpsc.gov. [27 Marret 2007]. Dynea. (2005). Resin for ultra low formaldehyde emission according to the Japanese F**** quality. San Diego. Manfred Dunky. Hawks LK, AB Hansen. (2002). Formaldehyde. Utah University Ekstention.. Electronic Publishing. [27 Maret 2007]. Haygreen JG, Bowyer JL. (1996). Hasil Hutan dan Ilmu Kayu: Suatu Pengantar (terjemahan). Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. Japan Industrial Standard [JIS]. (2003). Particleboard. JIS A Tokyo: Japanese Standards Association. Tokyo. Liteplo RG, R Beauchamp, ME Meek, R Chenier. (2002). Formaldehyde. Concise International Chemical Assessment Document 40. Geneva. WHO. Malik J, A Santoso. (2006). Emisi formaldehida kayu lamina dari tiga jenis kayu hutan tanaman dengan perekat tanin, lignin dan fenol. Jurnal Nusa Kimia. Vol. 6(1): Bogor.

22 Daftar Pustaka Pari G, Kurnia S, Wasrin S, Buchari. (2006). Tectona grandis activated charcoal as catching agent of formaldehyde on plywood glued with urea formaldehyde. Proceedings of the 8 th Pacific Rim Bio- Based Composites Symposium. Kuala Lumpur. Malaysia. Park SB, Su-Won K, Jong-Young P, Jung-Kwan Roh. (2006). Physical and Mechanical Properties and Formaldehyda Emission of Particleboard with Bamboo Charcoal. Journal of Forest Science 69: Czech Republic. Roffael, Edmone; transleted from German text and edited by KC Khoo, MP Koh and CL. Ong. (1993). Formaldehyde Release From Particle Board and Other Wood Based Panel, Malaysia: Forest Research Institute Malaysia (FIRM) with technical assistance from Malaysia- German Forestry Research Project (GTZ) Rong H, Z Ryu, J Zheng, Y Zhang. (2002). Effect of air oxidation of rayonbased activated carbon fibers on the adsorption behavior for formaldehyde. Carbon 40: UK. Santoso A, P Sutigno. (2004). Pengaruh fumigasi amonium hidroksida terhadap emisi formaldehida kayu lapis dan papan partikel. Jurnal Penelitian Hasil Hutan. Vol. 22(1):9 16. Bogor. Santoso A and YS Hadi Low formaldehyde emission particleboard bonded by tannin based adhesives. Jurnal Teknologi Hasil Hutan 18(1): Bogor. Santoso A, G Pari. (2010). Teknik pencampuran arang aktif pada ramuan perekat urea formaldehida. Laporan Hasil Penelitian. Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan, Bogor. Standar Nasional Indonesia (SNI). (1995). Arang aktif teknis. SNI Jakarta. Badan Standardisasi Nasional Indonesia. 15

23 Seri Paket Iptek Teknik Reduksi Emisi Formaldehida Produk Panel Kayu Secara Non Kimiawi Standar Nasional Indonesia (SNI). (2000). Papan Partikel. SNI Jakarta. Badan Standardisasi Nasional Indonesia. Standar Nasional Indonesia (SNI). (2005). Emisi formaldehida pada panel kayu. SNI Jakarta. Badan Standardisasi Nasional Indonesia. Sudjana. (2002). Desain dan Analisis Eksperimen. Tarsito, Bandung Wang W, X Zang, R Lu. (2004). Low formaldehyde emission paricleboard bonded by UF-MDI mixture adhesive. Forest Product Journal 54(9): Madison. 16