Peningkatan Sifat Fisika dan Mekanika Papan Komposit Serat Kotoran Gajah dengan Penambahan Asam Sitrat

Transkripsi

1 Seminar Nasional XVIII MAPEKI Peningkatan Sifat Fisika dan Mekanika Papan Komposit Serat Kotoran Gajah dengan Penambahan Asam Sitrat Greitta Kusuma Dewi a, Ragil Widyorini, b,*, M. Nanang Tejolaksono c dan Agus Sudibyo Jati d a Mahasiswa Program Sarjana Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada b Staf Pengajar Bagian Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada c Manajer Konservasi Hewan Taman Safari Indonesia II Prigen, Pasuruan d Mahasiswa Program Studi Pascasarjana Ilmu Kehutanan Universitas Gadjah Mada Abstract Conservation of elephant in conservation institute, such as Taman Safari Indonesia (TSI) produces abundant elephant dung waste that not fully utilized yet. Elephant dung waste contains about 50-60% lignocelullosic fibers that are potential to be used as composite board s raw material. The utilization of citric acid as natural adhesive is expected to increase physical and mechanical properties of composite board. Therefore, this research was to investigate the effect of citric acid content on physical and mechanical properties of elephant dung fiber composite board. Citric acid content in this research were 0%, 10%, and 20% based on dry weight particles. Composite board of elephant dung fiber was made in 25 x 25 x 1 cm with the density of 0.8 g/cm 3. Test condition was 180 o C for 10 minutes. Physical and mechanical properties test were performed according to Japanese Industrial Standard (JIS) A The results showed that citric acid addition could increase the physical mechanical properties of composite board significantly and some properties of the composite board were found met the requirement of JIS A 5908 type 8 and 13. Keywords: Citric acid, Composite board, Elephant dung fiber, Mechanical properties, Physical properties * Korespondensi penulis. Tel.: rwidyorini@gmail.com 1. Pendahuluan Saat ini mulai dikembangkan penggunaan berbagai jenis serat alam sebagai bahan baku papan komposit selain kayu. Salah satu serat alam yang potensial adalah serat dari kotoran gajah. Kotoran gajah mengandung 50-60% serat (Farah et al., 2014) sehingga jika Taman Safari Indonesia II menghasilkan ± 6-15 ton kotoran gajah setiap hari maka diperoleh serat sebanyak ± 3-9 ton setiap hari. Secara kimia, serat kotoran gajah memiliki alfa selulosa sebesar 71,67% dan lignin tidak terlarut asam sebesar 30,5% (Farah et al., 2014). Serat kotoran gajah telah diteliti dapat digunakan sebagai kertas (Farah et al., 2014). Hal tersebut Prosiding Seminar Nasional XVIII MAPEKI 4-5 November 2015, Bandung 83

2 menunjukkan bahwa serat kotoran gajah dapat digunakan sebagai bahan baku papan komposit. Produksi papan komposit komersial biasanya masih menggunakan perekat sintetis berbasis formaldehida. Pada umumnya, perekat tersebut menghasilkan emisi formaldehida yang berbahaya bagi kesehatan. Oleh karena itu, muncul penggunaan perekat alami yang salah satunya adalah asam sitrat. Asam sitrat telah diteliti dapat digunakan sebagai perekat kayu moulding kulit Acacia mangium (Umemura et al., 2011a) dan papan partikel bambu petung (Widyorini et al.,2014, 2016). Asam sitrat mampu memperbaiki sifat fisika dan mekanika pada kayu, serat tanaman dan kertas melalui ikatan ester yang dihasilkan dari gugus karboksil asam sitrat yang berikatan dengan gugus hidroksil kayu (Umemura et al.,2011a). Jumlah asam sitrat sebagai salah satu faktor di dalam bahan perekat yang mempengaruhi kualitas papan komposit telah diteliti dapat meningkatkan sifat fisika dan mekanika papan partikel bambu petung (Widyorini et al., 2014). Efek peningkatan jumlah asam sitrat terhadap sifat fisika dan mekanika papan komposit serat kotoran gajah masih belum diketahui. Oleh karena itu, penelitian ini difokuskan untuk mengetahui pengaruh peningkatan jumlah asam sitrat terhadap sifat fisika dan mekanika papan komposit serat kotoran gajah. 2. Bahan dan Metode 2.1. Bahan penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah serat kotoran gajah, asam sitrat dan aquades. Serat kotoran gajah yang digunakan berukuran lolos 10 mesh dan dalam kondisi kering udara (Gambar 1). Sebagai perekat, larutan asam sitrat diperoleh dengan mencampurkan asam sitrat anhidrat (10% dan 20% dari berat serat) dan aquades dengan konsentrasi asam sitrat di dalam larutan adalah 60% dari total berat. Kebutuhan bahan penelitian tersebut dapat dilihat pada Tabel Metode penelitian Gambar 1. Serat kotoran gajah berukuran lolos 10 mesh Serat kotoran gajah dicampur dengan larutan asam sitrat kemudian dikering-ovenkan selama ± 18 jam, 80 o C hingga diperoleh kadar air 3-5%. Campuran serat kotoran gajah dan asam sitrat tersebut kemudian ditabur dalam cetakan berukuran 25 x 25 cm untuk membentuk mat/kasuran. Pada pembuatan papan komposit dengan jumlah asam sitrat 0%, serat kotoran gajah langsung ditabur dalam cetakan untuk membentuk mat (tanpa dilakukan pengovenan). Selanjutnya mat dikempa pada mesin hot press dengan suhu kempa C, tekanan spesifik Prosiding Seminar Nasional XVIII MAPEKI 4-5 November 2015, Bandung 84

3 3,5 MPa selama 10 menit. Dimensi papan komposit yang dituju adalah 25 x 25 x 1 cm 3 dengan target kerapatan 0,8 g/cm 3. Papan komposit di-conditioning selama ± 1 minggu pada kondisi ruangan sebelum dipotong menjadi sampel-sampel uji. Pengujian sifat fisika dan mekanika papan komposit serat kotoran gajah dilakukan berdasarkan standar JIS A 5908 dan FAO. Pengujian sifat fisika meliputi penyerapan air dan pengembangan tebal setelah direndam dalam air selama 24 jam, sedangkan pengujian sifat mekanika meliputi modulus patah, modulus elastisitas dan keteguhan rekat internal. Tabel 1. Kebutuhan bahan Jumlah Asam Sitrat Kebutuhan bahan Asam Sitrat (g) Air destilasi (g) (%) (g) , ,67 3. Hasil dan Pembahasan 3.1 Sifat fisika papan komposit serat kotoran gajah Kerapatan dan kadar air papan komposit serat kotoran gajah dapat dilihat pada Tabel 2. Peningkatan jumlah asam sitrat akan meningkatkan kerapatan papan komposit, sedangkan pada kadar air, peningkatan jumlah asam sitrat tidak berpengaruh. Peningkatan jumlah asam sitrat akan meningkatkan berat papan komposit sehingga dengan volume yang sama maka kerapatan papan akan meningkat. Asam sitrat dapat menambah berat papan komposit karena asam sitrat memiliki kerapatan relatif yaitu 1,66 g/cm 3 (Rowe et al., 2009). Kadar air papan komposit serat kotoran gajah pada peningkatan jumlah asam sitrat 0-20% telah memenuhi standar kadar air JIS A 5908 yang berkisar antara 5-13%. Tabel 2. Nilai kerapatan dan kadar air papan komposit serat kotoran gajah Jumlah Asam Sitrat (%) Kerapatan Papan (g/cm³) Kadar Air Papan (%) 0 0,68 10, ,73 9, ,86 10,85 Efek jumlah asam sitrat terhadap stabilitas dimensi papan komposit serat kotoran gajah dapat dilihat pada Gambar 2. Peningkatan jumlah asam sitrat mampu menurunkan nilai penyerapan air dan pengembangan tebal papan komposit serat kotoran gajah. Hal tersebut diduga karena adanya peningkatan jumlah asam sitrat akan meningkatkan jumlah ikatan ester yang terbentuk antara gugus karboksil asam sitrat dan gugus hidroksil lignoselulosa (Umemura et al., 2011b). Peningkatan jumlah ikatan ester tersebut menurunkan jumlah gugus hidroksil bebas pada lignoselulosa yang dapat berikatan dengan gugus H air. Oleh karena itu, papan komposit menjadi lebih bersifat hidrofobik sehingga penyerapan air dan pengembangan tebal papan komposit menjadi menurun. Penambahan asam sitrat 10% mampu menurunkan penyerapan air sebesar ± 64% dan menurunkan pengembangan tebal sebesar ± 76% dari penyerapan air dan pengembangan tebal pada perlakuan jumlah asam sitrat 0%. Penyerapan air papan komposit serat kotoran gajah pada perlakuan jumlah asam sitrat 20% telah memenuhi syarat FAO sebesar 25-70%, Prosiding Seminar Nasional XVIII MAPEKI 4-5 November 2015, Bandung 85

4 sedangkan pengembangan tebal papan komposit serat kotoran gajah pada perlakuan jumlah asam sitrat 0-20% tidak mampu memenuhi standar JIS A 5908 yang maksimal sebesar 12%. Gambar 2. Stabilitas dimensi papan komposit serat kotoran gajah 3.2 Sifat mekanika papan komposit serat kotoran gajah Efek jumlah asam sitrat terhadap nilai modulus patah dan modulus elastisitas papan komposit serat kotoran gajah dapat dilihat pada Gambar 3. Peningkatan jumlah asam sitrat mampu meningkatkan modulus patah dan elastisitas papan komposit serat kotoran gajah. Penambahan 10 % asam sitrat mampu meningkatkan modulus patah dan modulus elastisitas kurang lebih 2 kali lipat dari modulus elastisitas pada perlakuan tanpa penambahan asam sitrat (jumlah asam sitrat 0%). Modulus patah papan komposit pada perlakuan jumlah asam sitrat 20% dapat memenuhi standar JIS A 5908 tipe 8, sedangkan modulus elastisitas papan komposit pada perlakuan jumlah asam sitrat 0-20% tidak dapat memenuhi standar JIS A Efek peningkatan jumlah asam sitrat terhadap nilai keteguhan rekat internal papan komposit dapat dilihat pada Gambar 4. Peningkatan jumlah asam sitrat dari 0-20% akan meningkatkan nilai keteguhan rekat internal papan komposit serat kotoran gajah. Penambahan 10% asam sitrat mampu menghasilkan keteguhan rekat internal sebesar 10 kali lipat lebih tinggi dari keteguhan rekat internal pada jumlah asam sitrat 0%. Keteguhan rekat internal pada jumlah asam sitrat 10% tersebut mampu memenuhi standar JIS A 5908 tipe 8, sedangkan penambahan 20% asam sitrat mampu menghasilkan keteguhan rekat internal yang memenuhi standar JIS A 5908 tipe 13. Peningkatan sifat mekanika papan komposit serat kotoran gajah seiring penambahan jumlah asam sitrat diduga karena terjadi peningkatan jumlah ikatan ester seiring peningkatan jumlah asam sitrat. Ikatan ester ini memperbaiki ikatan silang antar kayu sehingga terjadi perbaikan sifat fisika dan mekanika papan komposit serat kotoran gajah. Ikatan ester termasuk ikatan yang kuat karena memiliki average bond energies (ABE) sebesar 745 kj/mol (Zumdahl, 2005). Prosiding Seminar Nasional XVIII MAPEKI 4-5 November 2015, Bandung 86

5 Gambar 3. Nilai modulus patah dan modulus elastisitas papan komposit serat kotoran gajah Gambar 4. Nilai keteguhan rekat internal papan komposit serat kotoran gajah. 4. Kesimpulan Penambahan asam sitrat mampu meningkatkan sifat fisika dan mekanika papan komposit serat kotoran gajah. Peningkatan jumlah asam sitrat mampu menurunkan nilai penyerapan air dan pengembangan tebal serta meningkatkan nilai modulus patah, modulus elastisitas dan keteguhan internal papan. Papan komposit serat kotoran gajah terbaik diperoleh dari perlakuan jumlah asam sitrat 20% dengan penyerapan air 65,16%, pengembangan tebal 23,04%, modulus patah 8,95 MPa, modulus elastisitas 1,66 GPa dan keteguhan rekat internal 0,20 N/mm 2. Sebagian sifat fisika dan mekanika papan komposit serat kotoran gajah telah memenuhi standar JIS A 5908 baik tipe 8 dan tipe 13. Ucapan Terima Kasih Penulis berterimakasih atas dukungan Taman Safari Indonesia (TSI) II Pasuruan. Penelitian ini merupakan bagian dari Penelitian Unggulan Perguruan Tinggi UGM Tahun 2015 [No. 43/LPPM/2015]. Prosiding Seminar Nasional XVIII MAPEKI 4-5 November 2015, Bandung 87

6 Referensi Farah, N., Moazzam, A., Yaqoob, N. & I. Rehman. (2014). Processing of Elephant Dung and Its Utilization as a Raw Material for Making Exotic Paper. Research Journal of Chemical Sciences 4(8), Rowe, R.C., Sheskey, P.J. & E. Q. Marian. (2009). Handbook of Pharmaceutical Excipients (6 th ed.). Parmaceutical Press. USA. Umemura, K.., Ueda, T., Munawar, S.S. & S. Kawai. (2011a). Application of Citric Acid as Natural Adhesive for Wood. Journal of Applied Polymer Science 123: Umemura, K., Ueda, T. & S. Kawai. (2011b). Characterization of wood based molding bonded with citric acid. J Wood Sci. DOI /s x. Widyorini, R., Yudha A.P., Isnan, R., Awaluddin, A., Prayitno, T.A., Ngadianto, A., & K. Umemura. (2014). Improving the Physico-Mechanical Properties of Eco-friendly Composite Made From Bamboo. Advanced Materials Research 896, Widyorini, R., Umemura, K., Isnan, R., Putra, D. R., Awaludin, A. & T. A. Prayitno. (2016). Manufacture and Properties of Citric Acid-Bonded Particleboard Made from Bamboo Materials. European Journal of Wood and Wood Products. DOI /s Zumdahl, S. S. (2005). Chemical Principles (5 th ed.). Houghton Mifflin Company. Boston. Prosiding Seminar Nasional XVIII MAPEKI 4-5 November 2015, Bandung 88