Studi Pemanfaatan Limbah Pelepah Sawit untuk Pembuatan Material Wood Plastic Composite

Transkripsi

1 Studi Pemanfaatan Limbah Pelepah Sawit untuk Pembuatan Material Wood Plastic Composite Bahruddin*,1, Zuchra Helwani 1, Lili Saktiani 1, Yeni Indrawati 1, Fakhri 2 1 Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Riau Kampus Bina Widya KM 12,5, Pekanbaru 2 Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Riau Kampus Bina Widya KM 12,5, Pekanbaru *Corresponding Author : bahruddin@unri.ac.id Abstrak Pelepah sawit merupakan salah satu limbah perkebunan sawit yang berlimpah dan belum termanfaatkan dengan optimal. Tujuan penelitian ini adalah mengkaji aspek teknis potensi pemanfaatan limbah pelepah sawit sebagai komponen kayu alternatif pada pembuatan material wood plastic composite (WPC). Sampel dipersiapkan dengan mencampurkan plastik polipropilen (PP) dan serat pelepah sawit (SPS) dengan nisbah 50/50; 60/40; dan 70/30 w/w, menggunakan internal mixer dengan kecepatan rotor 80 rpm. Sebagai kompatibilizer digunakan maleated polypropylene (MAPP) dengan kadar 0; 4; dan 5 %. Pencampuran dilakukan pada suhu 170 ºC dengan waktu 15 menit. Sebagai plastisizer digunakan paraffin 2%. Pengujian sifat mekanik sampel meliputi tensile strength (ASTM D638) dan flexural strength (ASTM D790). Pengujian morfologi menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM). Hasil penelitian menunjukkan bahawa PP dan SPS relatif dapat bercampur dengan baik, meskipun belum optimal. Sifat mekanik WPC terbaik diperoleh pada nisbah PP/SPS 60/40 w/w, kadar MAPP 5%, yaitu dengan tensile strength 25,6 MPa, dan flexural strength 59,8 MPa. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa limbah pelepah sawit berpotensi dikembangkan sebagai bahan alternatif untuk pembuatan WPC. Kata kunci : morfologi, pelepah sawit, polipropilen, sifat mekanik, wood plastic composite 1. Pendahuluan Kayu merupakan salah satu kebutuhan manusia yang sedang mengalami penurunan produksi saat ini. Jumlah penduduk yang terus bertambah membuat permintaan terhadap kayu juga ikut meningkat, namun keadaan ini tidak diikuti dengan ketersediaan kayu yang cukup untuk memenuhi kebutuhan hidup manusia. Wood Plastic Composite (WPC) merupakan salah satu produk alternatif pengganti kayu solid. Menurut Maloney (1993), WPC merupakan salah satu produk komposit atau panil kayu yang terbuat dari partikel-partikel kayu atau bahan berlignoselulosa lainnya yang diikat menggunakan perekat sintetis atau bahan pengikat lainnya dan dikempa panas. Pemanfaatan kelapa sawit hingga saat ini ditujukan hanya untuk memproduksi buah yang digunakan untuk bahan baku pembuatan minyak kelapa sawit yang berupa CPO (Crude Palm Oil) maupun PKO (Palm Kernel Oil). Setiap pemanenan buah kelapa sawit biasanya dilakukan pemotongan pelepah sebanyak 2 sampai dengan 3 buah per tandan kelapa sawit (TKS). Pemotongan ini dilakukan untuk mempermudah pengambilan buah (tandan kelapa sawit). Biasanya, pelepah yang merupakan hasil ikutan pemanenan tersebut dibiarkan menjadi limbah di kebun. Oleh karena itu, usaha untuk memanfaatkan limbah pelepah sawit ini merupakan suatu keniscayaan, sehingga limbah tersebut dapat lebih bernilai ekonomi. Penelitian mengenai pengembangan produk WPC dari campuran pelepah sawit dengan PP komersil belum banyak dilakukan. Beberapa penelitian juga menunjukkan bahwa sifat dan morfologi produk WPC tersebut belum sesuai dengan yang diinginkan. Sifat material WPC ini masih mungkin ditingkatkan dengan berbagai cara, seperti nisbah plastik/serat kayu dan penggunaan kompatibiliser yang sesuai. Kompatibiliser berperan untuk menurunkan tegangan muka antar komponen didalam campuran. Harper (2003) menggunakan kompatibilizer maleated polypropylene (MAPP) serta termoplastik polyolefin. Penelitian tersebut menyimpulkan bahwa penambahan MAPP dapat meningkatkan kekakuan produk WPC. Hasil penelitian lainnya menunjukkan bahwa komposisi kayu

2 dalam matrik plastik yang terlalu besar dapat menyebabkan penurunan sifat dari produk WPC (Sombatsompop, dkk, 2004). Oleh karena itu dapat disimpulkan banwa peningkatan sifat dan morfologi pada material WPC tergantung dari jenis bahan aditif dan kompatibiliser yang digunakan untuk mencampur serbuk kayu dengan termoplastik. Sementara Azmi (2011) juga melakukan penelitian pembuatan material WPC dari serbuk batang sawit (SBS) dan Polipropilen (PP) dengan menggunakan plastisizer paraffin. Mareka menyimpulkan bahwa penambahan plastisizer parafin terhadap rasio PP/SBS mempengaruhi kualitas produk WPC. Variasi rasio serbuk pelepah sawit mempengaruhi interaksi antara serbuk batang sawit dan PP (Sari, 2011; Kurniawan, 2010). Penelitian ini mengkaji pembuatan produk WPC dari campuran PP komersil dan serat pelepah sawit, menggunakan maleated polypropylene (MAPP) sebagai kompatibiliser. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan gambaran teknis sejauh mana potensi pemanfaatan limbah pelepah sawit sebagai bahan alternatif kayu pada pembuatan material wood plastic composie. 2. Metodologi 2.1 Bahan Bahan utama yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: serat pelepah sawit (SPS) yang berukuran panjang ±1 cm dan lolos saringan 40 mesh, diperoleh dari limbah pelepah sawit perkebunan sawit di Provinsi Riau; polipropilen (PP), produksi The Polyolefin Company Pte. Ltd, Singapore; polypropylene-graft-maleic anhydride atau maleated polypropylene (MAPP), produksi Aldrich Chemistry, USA; plastisizer yang digunakan jenis parafin, diperoleh dari pasar lokal. 2.2 Prosedur Penyiapan Bahan Limbah Pelepah Sawit Persiapan bahan baku serat pelepah sawit mengikuti metode yang dilakukan oleh Lubis dkk. (2009), ditujukan untuk mendapatkan serat pelepah sawit dengan kadar air, jenis dan ukuran yang seragam. Pertama serat pelepah sawit yang telah dibersihkan dari kotoran dipotong-potong dengan panjang ±1 cm, lalu dihancurkan sehingga diperoleh serat pelepah sawit. Selanjutnya direndam dalam air pada suhu kamar selama 3 x 24 jam. Perendaman tersebut dimaksudkan untuk menghilangkan kandungan pati dan bahan mudah terekstrak lainnya yang terdapat pada pelepah sawit. Setelah itu partikel yang dihasilkan dijemur pada udara terbuka hingga kadar air mencapai sekitar 5%. Serat pelepah sawit tersebut selanjutnya digunakan sebagai komponen serat untuk pembuatan WPC. Pembuatan sampel WPC Pembuatan sampel WPC menggunakan proses pencampuran leleh (melt blending). Sampel dipersiapkan dengan pencampuran kering material polipropilen (PP) dan serat pelepah sawit (SPS) pada nisbah pencampuran 50/50, 60/40, 70/30 w/w, lalu diaduk sampai merata. Kemudian bersama dengan MAPP dan plastisizer, campuran tersebut dimasukkan ke dalam internal mixer yang sebelumnya sudah dipanaskan pada suhu 170 o C dengan kecepatan rotor dari mixer diatur pada 80 rpm dan lama pencampuran 15 menit. Kadar MAPP divariasikan sebesar 0%, 4%, 5% dan kadar plastisizer 2%. Hasil keluaran dari mixer tersebut merupakan sampel WPC yang selanjutnya akan digunakan untuk pengujian morfologi dan sifatnya. Pengujian sampel Pembuatan spesimen uji dilakukan dilakukan dengan menggunakan Hydraulic Press pada suhu 180 C dan tekanan 100 kgf/cm 2 selama ± 15 menit untuk pengempaan panas dan 5 menit untuk pengempaan dingin. Hasil pengempaan berupa lembaran (slab), kemudian dikondisikan selama 2 x 24 jam pada suhu kamar agar distribusi kadar air yang seragam dan tegangan sisa dalam lembaran selama pengempaan merata. Kemudian sampel disimpan ke dalam plastik sebelum dilakukan pengujian.

3 Pengujian sampel meliputi sifat mekanik, yaitu kuat tarik dan kuat lentur, dan morfologi. Untuk pengujian sifat mekanik, lembaran sampel yang sudah dipersiapkan sebelumnya dipotong sesuai spesimen uji yang sesuai, menggunakan alat dumbbell. Pengujian kuat tarik (tensile strength) menggunakan standar ASTM D638, sedangkan pengujian kuat lentur (flexural strength) menggunakan standar ASTM D790. Pengujian kedua sifat tersebut menggunakan alat Universal Testing Machine (UTM). Pengujian Morfologi dilakukan dengan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM). Sebelum dilakukan pengujian, sampel terlebih dahulu direndam dalam nitrogen cair selama 5 menit untuk menghindari terjadinya perubahan bentuk fasa pada saat dilakukan pematahan. Selanjutnya sampel tersebut dilapisi dengan emas menggunakan JEOL Fine Coat (Ion Sputter). Pelapisan tersebut dilakukan untuk menghindari timbulnya muatan elektrostatik dari sampel pada saat pengujian SEM. Hasil pengujian morfologi berupa mikrograf SEM. 3. Hasil dan Diskusi 3.1 Sifat Mekanik Material WPC Kuat Tarik Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa terjadi peningkatan nilai kuat tarik WPC sebanding dengan peningkatan kadar MAPP pada setiap variasi rasio PP/SPS. Peningkatan nilai kuat tarik terjadi karena MAPP berfungsi sebagai kompatibilizer yang dapat meningkatkan interaksi antar muka filler dengan termoplastik yang digunakan. Peningkatan kadar SPS pada nisbah PP/SPS cenderung kurang stabil. Hal ini dipengaruhi oleh proses pencampuran WPC yang kurang homogen. Pada kadar MAPP 0 dan 4 %, nilai kuat tarik menurun pada nisbah PP/SPS 60/40 dan kembali meningkat pada nisbah 70/30. Sedangkan pada kadar MAPP 5 %, nilai kuat tarik meningkat pada nisbah PP/SPS 60/40 dan menurun pada nisbah 70/30. Nisbah PP/SPS mempengaruhi nilai kuat tarik WPC. Nilai kuat tarik akan meningkat pada titik optimum nisbah PP/SPS dan menurun apabila melebihi titik optimumnya. Begitu juga dengan MAPP, peningkatan kadar MAPP yang melebihi titik optimumnya menyebabkan penurunan nilai kuat tarik. Penurunan nilai kuat tarik dikarenakan resaksi esterifikasi gugus OH terhadap serat pelepah sawit tidak terjadi dan lebih banyak mengikat gugus polipropilen, sehingga menurunkan nilai sifat mekanik material WPC (Harper, 2003). Hal ini juga sesuai dengan pernyataan yang disampaikan oleh Schneider dan Brebner (1985) dimana penambahan bahan aditif yang berlebih dapat mempengaruhi sifat mekanik pada komposit. Gambar 1. Pengaruh nisbah PP/SPS terhadap kuat tarik material WPC

4 Kuat Lentur Gambar 2 menunjukkan peningkatan kadar MAPP dan kadar SPS meningkatkan nilai kuat lentur. Pada penelitian ini, nilai kuat lentur tertinggi 597,78 kgf/cm 2 terdapat pada WPC dengan rasio PP/SPS 60/40 dan MAPP 5 %. Polta (2010) melakukan penelitian yang sama dengan filler berupa serat batang sawit dan plastisizer minarex 5%, didapatkan nilai tertinggi flexural terdapat pada material/sampel WPC dengan rasio SBS/PP (50/50) dan MAPP (0%) dengan nilai berkisar 4,43 kgf/cm 2. Kurniawan (2010) juga melakukan penelitian mengenai WPC berbasis serat batang sawit, didapatkan hasil nilai kuat lentur tertinggi terdapat pada rasio SBS/PP (50/50) dengan penambahan MAPP (5%) dimana nilai yang dihasilkan 7,39 kgf/cm Morfologi Material WPC Gambar 2. Pengaruh nisbah PP/SPS terhadap kuat lentur material WPC Uji morfologi dilakukan untuk melihat distribusi dan interaksi partikel serat pelepah sawit dengan polipropilena. Pengujian SEM dilakukan pada sampel dengan nilai kuat tarik tertinggi yaitu pada rasio PP/SPS (60/40) dan MAPP (5%). Pada Gambar 3 (a) dan (b) dapat dilihat penyebaran yang dilakukan dalam 100x perbesaran dan 1000x perbesaran. (a) (b) Gambar 3. Mikrograf SEM material WPC pada nisbah PP/SPS (60/40) dan MAPP (5%) (a) pembesaran 100x; (b) pembesaran 1000x

5 Pada Gambar 3(a) dapat dilihat bahwa tampilan permukaan memperlihatkan rongga-rongga yang tersebar secara merata. Hal ini menunjukkan adanya interaksi antara matrik polipropilen dengan f1iller serat pelepah sawit yang terdispersi di dalamnya. Ruang kosong/rongga yang berwarna hitam pada gambar tersebut adalah partikel filler yang terdistribusi ke dalam matriks PP, sedangkan warna abu-abu menunjukkan matriks polipropilen (Azmi, 2011). Hal ini menunjukkan adanya campuran yang lebih kompatibel sehingga meningkatkan sifat mekanis material. Apabila ditinjau dari Gambar 3(b), masih terlihat ruang yang kosong diantaranya yang kemungkinan partikel pelepah sawit terlepas setelah dilakukan pematahan sampel. Faktor lain yang dapat memicu ruang kosong adalah pada proses pencampuran menggunakan internal mixer tidak tercampur secara merata karena belum mencapai kondisi operasi yang sesuai. Tingginya komponen selulosa akan menyebabkan lebih banyak cabang yang berikatan dengan matriks. Penggunaan MAPP juga dapat membantu matriks dan filler saling berikatan (Li dkk, 2007; Bahruddin dkk, 2011; Bhaskar dkk, 2012). Febrianto (1999) juga mengatakan bahwa penambahan MAPP sebagai kompatibiliser memudahkan kontak langsung antara filler ke dalam matrik, serta meningkatkan penyebaran dalam fase matrik ketika keseluruhan serat telah tertutupi oleh lapisan bahan matrik. 4. Kesimpulan Peningkatan kadar MAPP pada campuran PP/SPS meningkatkan sifat mekanik dan sifat fisik WPC. Penggunaan LPS pada WPC cenderung meningkat hingga titik optimum dan menurun apabila kadar LPS berlebih. Sifat mekanik terbaik diperoleh pada nisbah PP/LPS (60/40) dan kadar MAPP (5%) dengan nilai kuat tarik 25,6 MPa dan kuat lentur 59,8 MPa. Hasil pengamatan menggunakan SEM menunjukkan bahwa adanya interaksi antara filler serat pelepah sawit dan matrik polipropilen yang terdispersi didalamnya sehingga campuran lebih kompatibel dan meningkatkan sifat mekanik. Ucapan Terima Kasih Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada Direktur Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (DP2M) DIKTI yang telah membiayai penelitian ini melalui DIPA Universitas Riau Tahun Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada Andreas dan Nurul, mahasiswa Program Sarjana Jurusan Teknik Kimia Universitas Riau, yang telah membantu pelaksanaan penelitian ini. Daftar Pustaka Azmi, I Pengaruh Plastisizer Parafin Terhadap Sifat Dan Morfologi Material Wood Plastic Composite Berbasis Batang Sawit, Sarjana Skripsi, Universitas Riau. Bahruddin., Irdoni., Zahrina, I., dan Zulfansyah Studi Pembuatan Material Wood Plastic Composite Berbasih Limbah Pelepah sawit. Jurnal Teknobiologi Bakar, E. S Kayu Sawit Sebagai Substitusi Kayu Dari Hutan Alam. Forum Komunikasi dan Teknologi dan Industri Kayu Bhaskar, J., Haq, S., Pandoy, A. K., dan Srivastava, N Evaluation of Properties of Propylenepine Wood Plastic Composite. Journal Material Environment Science Bowyer, J. L., Shmulsky, R., dan Haygreen, J. G Forest Products and Wood Science an Introduction. Ed. Ke-4. Ames, Iowa: Iowa State Press. Febrianto, F Preparation And Properties Enhancement Of Moldable Wood Biodegradable Polymer Composites, Doktor Disertasi, Kyoto University. Harper, D. P A thermodynamic, Spectroscopic, and Mechanical Characterization of the Wood-Polypropylene Interphase, Washington State University. Iswanto, A. H Upaya Pemanfaatan Serbuk Gergaji Kayu Sengon dan Limbah Pelepah Plastik Poliprophylena Sebagai Langkah Laternatif untuk Mengatasi Kekurangan Kayu Sebagai Bahan Bangunan. Journal Komunikasi Penelitian Kurniawan, N. 2011, Pengaruh Komposisi Kompatibiliser Maleated Polypropylene (MAPP) Terhadap Sifat dan Morfologi Material Wood plastic composites (WPC) Berbasis Limbah Batang Sawit, Sarjana Skripsi, Universitas Riau.

6 Li, X. L., Tabil, G., dan Panigrahi, S Chemical Treatment of Natural Fiber for Use in Natural Fiber-Reinforced Composites: a Review. Journal Polymer Environment Lubis, M. J., Risnasari, I., Nuryawan, A., dan Febrianto, F Kualitas papan komposit dari limbah batang kelapa sawit (elaeis guineensis jacq) dan polyethylene (PE) daur ulang, Jurnal Tek. Ind. Pertanian Maloney, T. M Modern particle board and dry process fiberboard manufaturing, New York: Miller Freeman Publication. Marra, A. A Technology of Wood Bonding: Principles in Practise. USA. Polta, I Pengaruh Raio Massa Serat Batang Swit Terhadap Sifat Dan Morfologi Material Wood Plastic Compoiste Dari Campuran Polypropilen Dan Batang Sawit, Sarjana Skripsi, Universitas Riau. Sari, Eka Pengaruh Ukuran Dan Rasio Serbuk Batang Sawit/Polipropilen Terhadap Sifat Dan Morfologi Wood Plastic Composite (WPC) Berbasis Limbah Batang Sawit, Sarjana Skripsi, Universitas Riau. Schneider, M. H., dan Brebner, K. I Wood polimer combination: The chemical modification of wood by alkoxysilane coupling agents. Wood. Sci. Techno Siregar, E.A Sifat Fisis dan Mekanis Papan Com-ply dari Limbah Batang Sawit, Kertas Koran Bekas dan Vinir Meranti, Universitas Sumatera Utara. Sombatsompop, N., Yotinwattanakumtorn, C., and Thongpin, C Influence of Type and Concentration of Maleic Anhydride Grafted Polypropylene and Impact Modifiers on Mechanical Properties of PP/Wood Sawdust Composites. Journal of Applied Polymer Science Syamani, F. A., Prasetiyo, K, W., Budiman, I., Subyakto, dan Subiyanto, B Sifat Fisis Mekanis Papan Partikel dari Serat Sisal atau Serat Abaka setelah Perlakuan Uap. Jurnal Ilmu dan Teknologi Kayu Tropis. 6.