DIBIAYAI OLEH DITJEN DIKTI DEPDIKNAS MELALUI HIBAH KOMPETITIF

DIBIAYAI OLEH DITJEN DIKTI, DEPDIKNAS MELALUI HIBAH KOMPETITIF PENELITIAN SESUAI PRIORITAS NASIONAL BATCH IV Tim Peneliti Prof. Dr. Ir. Yusuf Sudo Hadi, M. Agr. 1) Prof. Dr. Ir. Muh. Yusram Massijaya, M. S. 1) Dr. Drs. Adi Santoso, M. Si. 2) Suhasman, S. Hut, M. Si 3) 1) Departemen Hasil Hutan Fak. Kehutanan IPB 2) Pusat Penelitian Hasil Hutan, Badan Litbang Dep. Kehutanan 3) Mahasiswa Program S 3 SPS IPB & Staf Pengajar Fak Kehutanan UNHAS 1

Permasalahan Umum : Peningkatan kebutuhan Keterbatasan suplai bahan baku Perhatian terhadap permasalahan lingkungan Solusi alternatif : Optimasi pemanfaatan bahan baku Serta Pengembangan produk & teknologinya 1930 Kondisi suplai BB utk ind. (2008) 62% dari H. Tanaman 13% dari H. Alam 6% dari H. Rakyat Bahan baku alternatif : Kayu Hutan Rakyat (suplai tahun 2008 untuk industri 2 juta m 3) 1995 Produk alternatif : Papan Partikel (Bahan baku fleksibel, ragam penggunaan luas 2

Produk papan partikel konvensional: Dibuat melalui proses kempa panas dengan tambahan perekat Sebagian besar (96, 6%) menggunakan perekat berbasis formaldehida Terdapat sejumlah permasalahan : - Emisi formaldehida - Bahan baku tidak terbarukan Pengembangan teknologi : Teknologi pembuatan papan partikel tanpa perekat: Aktivasi komponen kimia kayu (lignin) 3

Oksidasi partikel kayu dengan hidrogen peroksida dan katalis ferro sulfat akan menghasilkan gugus-gugus radikal pada unit-unit lignin yang dapat berikatan sendiri (self bonding) 4 tanpa introduksi perekat

Proses ikatan yang mungkin terjadi melalui interaksi permukaan kayu yang teroksidasi. (A) coupling phenoxy radical, (B) Esterifikasi, 5(C) Ikatan hydrogen, (D) Kondensasi lignin dan Furfural.

U m u m Mengembangkan teknologi pembuatan papan partikel tanpa perekat yang ramah lingkungan menggunakan kayu berkerapatan rendah dari hutan rakyat tanpa penggunaan perekat melalui metode oksidasi Tujuan tahun I: Menganalisis pengaruh faktor kondisi bahan baku K terhadap kualitas papan partikel tanpa perekat: h Menganalisis komponen kimia bahan baku kayu serta u s perubahannya akibat perlakuan oksidasi Menemukan ukuran partikel optimal yang dapat menghasilkan s papan partikel tanpa perekat dengan kualitas terbaik u Menentukan kadar air furnish yang optimal untuk menghasilkan papan partikel dengan sifat fisik dan mekanis yang terbaik 6

Tujuan Parameter yang diuji / perlakuan Analisis komponen kimia bahan baku & Perubahannya akibat perlakuan oksidasi Selulosa, hemiselulosa, lignin, dan ekstraktif Penentuan ukuran partikel optimal Lolos 1, 5 mesh, 2, 5 mesh, 10 mesh, 20 mesh Penentuan kadar air furnish optimal 35, 40, 45, 50%

3 Jenis kayu hutan rakyat : sengon, gmelina, mindi Hidrogen Peroksida Ferro sulfat 8

Ekstraksi : Ethanol benzene, air dingin, air panas, Na. OH 1% Penentuan kadar lignin Bahan utk analisis kimia Ekstraksi ethanolbenzene Pengendapan selulosa Penyaringan Penentuan kadar holoselulosa, selulosa hemiselulosa Merujuk pada standar TAPPI 9

Kelarutan dalam ethanol-benzene (%) Kontrol 5 Oksidasi 4, 47 4, 12 4 3, 74 3, 39 3, 01 3 1, 90 2 1 0 Sengon Gmelina Jenis Kayu Mindi 10

Kontrol 3, 20 Oksidasi 3, 0 2, 5 2, 16 1, 91 2, 0 1, 56 1, 43 1, 5 0, 76 1, 0 0, 5 0, 0 Sengon Gmelina Jenis Kayu Mindi Kontrol 12 Kelarutan dalam Air Panas (%) Kelarutan dalam air dingin (%) 3, 5 Oksidasi 10, 28 10 8 6, 24 6 5, 02 4, 65 4, 26 4 3, 02 2 0 Sengon Gmelina Jenis Kayu Mindi 11

Kelarutan dalam Na. OH 1% (%) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Kontrol Oksidasi 38, 10 27, 49 23, 27 13, 13 Sengon 13, 88 Gmelina 11, 36 Tingginya kelarutan partikel teroksidasi mengindikasikan telah terjadinya degradasi dan modifikasi komponen kimia kayu, khususnya lignin Mindi Jenis Kayu 12

Kadar Holoselulosa (%) Kontrol 100 80 77, 46 77, 38 74, 32 75, 00 71, 00 69, 26 60 40 20 0 Sengon 60 Kadar Selulosa (%) Oksidasi 50 50, 32 Gmelina Jenis Kayu Kontrol 48, 01 Oksidasi 47, 81 47, 47 Mindi 50, 57 47, 08 40 30 20 10 0 Kadar Hemiselulosa (%) Sengon 35 30 25 20 15 10 5 0 27, 15 26, 31 Gmelina Jenis Kayu Mindi Kontrol Oksidasi 29, 57 27, 53 20, 43 Sengon Gmelina Jenis Kayu 22, 18 Mindi Kadar Holoselulosa, Selulosa, dan Hemiselulosa tidak menunjukkan adanya perbedaan yang berarti antara partikel kontrol dengan partikel yang dioksidasi. Fakta ini mengindikasikan bahwa perlakuan oksidasi tidak banyak mempengaruhi komponen-komponen kimia tersebut 13

Kontrol 35 Kadar Lignin (%) 30 25 20 26, 71 Oksidasi 26, 37 24, 71 28, 92 23, 47 19, 92 15 10 5 0 Sengon Gmelina Jenis Kayu Mindi Kadar lignin pada partikel kayu teroksidasi jauh lebih rendah dari partikel kontrol, khususnya sengon dan mindi. Hal ini mengindikasikan bahwa perlakuan oksidasi terutama menyebabkan degradasi / modifikasi komponen lignin kayu 14

Hasil FTIR Kayu Sengon Partikel tanpa perlakuan Partikel teroksidasi Papan Partikel Perubahan lekukan terjadi pada daerah panjang gelombang 1250 cm-1 yang merupakan daerah ikatan C-O. Pada daerah tersebut, kayu kontrol (Garis hitam) memiliki kemiripan dengan lekukan papan partikel (garis biru), sementara partikel teroksidasi (garis merah) memiliki lekukan yang berbeda. Hal ini mengindikasikan bahwa proses oksidasi telah menyebabkan terjadinya demetoksilasi yang menyebabkan hilangnya ikatan C-O, 15 tetapi kemudian terbentuk kembali dalam proses kempa panas akibat adanya ikatan silang

Hasil FTIR Kayu Mindi Partikel tanpa perlakuan Partikel teroksidasi Papan Partikel 16

Hasil FTIR Kayu Gmelina Partikel tanpa perlakuan Partikel teroksidasi Papan Partikel Perubahan lekukan yang terjadi pada jenis kayu gmelina tidak setajam kayu sengon. Hasil uji sifat fisik mekanis memang menunjukkan papan dari kayu sengon lebih 17 baik dari kayu gmelina (Akan dibahas lebih lanjut…. )

Pembuatan Partikel berbagai ukuran (lolos, 1, 5 ; 2, 5 ; 10 ; 20 mesh, ) Oksidasi (20%H 2 O 2, 5%Fe. SO 4), 3 jam Pembuatan papan (Kerapatan target 0, 75 g cm-3) / Kempa panas (180 o. C, 15 menit) Partikel berbagai ukuran Proses oksidasi Mat siap dikempa Kempa panas Pengkondisian (2 minggu) & Pembuatan contoh uji Pengujian Uji MOR & MOE Pengkondisian 18

Sengon Gmelina Mindi 10 Kadar Air (%) 8 6 7, 55 7, 48 4, 30 7, 35 6, 79 5, 71 7, 81 6, 77 5, 09 7, 13 5, 86 6, 80 JIS A 5908 (5 -15%) 6, 41 6, 63 5, 08 4 2 0 lolos 20 mesh lolos 10 mesh lolos 5 mesh lolos 2, 5 mesh lolos 1, 5 mesh Ukuran Partikel 19

Sengon Gmelina Mindi Pengembangan Tebal (%) 25 20 15, 92 15 15, 85 10 21, 03 13, 86 8, 53 5 4, 72 17, 77 6, 28 8, 76 4, 80 9, 15 12, 09 8, 38 8, 08 7, 60 JIS A 5908 (max 12%) 0 lolos 20 mesh lolos 10 mesh lolos 5 mesh lolos 2, 5 meshlolos 1, 5 mesh Ukuran Partikel 20

Sengon 120 MOR (Kgf cm-2) 110 86, 68 90 77, 66 80 71, 49 70 50 40 Mindi 109, 11 100 60 Gmelina 62, 78 69, 52 76, 21 73, 85 81, 65 74, 42 75, 99 99, 03 JIS A 5908 (min. 80 kgf cm-2) 74, 78 73, 49 51, 97 lolos 20 mesh lolos 10 mesh lolos 5 mesh lolos 2, 5 mesh lolos 1, 5 mesh Ukuran Partikel 21

Sengon Gmelina Mindi 40 000 MOE (Kgf cm-2) 35 000 34 479 30 000 29 428 25 000 10 000 14 046 11 740 26 090 25 754 16 370 16 346 26 299 26 126 23 756 18 074 20 000 15 000 31 435 33 866 17 918 JIS A 5908 (min. 20. 000 kgf cm-2) lolos 20 mesh lolos 10 mesh lolos 5 mesh lolos 2, 5 meshlolos 1, 5 mesh Ukuran Partikel 22

Sengon Gmelina Mindi 4, 15 Keteguhan Rekat (Kgf cm-2) 4, 5 4, 0 3, 5 3, 83 2, 75 3, 0 2, 5 2, 0 4, 01 3, 12 2, 94 2, 07 2, 91 JIS A 5908 (min. 1, 5 kgf cm 2, 18 1, 5 1, 0 3, 22 3, 53 2, 42 2, 04 3, 67 0, 96 0, 5 0, 0 lolos 20 mesh lolos 10 mesh lolos 5 mesh lolos 2, 5 mesh Lolos 1, 5 mesh Ukuran Partikel Nilai-nilai keteguhan rekat yang diperoleh sejalan dengan perubahan komponen lignin yang terjadi. Kayu sengon yang mengalami degradasi / modifikasi lignin tertinggi menghasilkan keteguhan rekat tertinggi, sementara yang terendah adalah gmelina 23

Mindi Gmelina Sengon Lolos 1, 5 mesh Lolos 2, 5 mesh Lolos 10 mesh Lolos 20 mesh 24

Pembuatan Partikel lolos, 1, 5 mesh Oksidasi partikel (20 % H 2 O 2, 5 % Fe. SO 4), selama 3 jam dengan variasi kadar air furnish (35%, 40%, 45%, 50%) Pembuatan papan (Kerapatan target 0, 75 g cm-3) / Kempa panas (180 o. C, 15 menit) Pengkondisian (2 minggu) & Pembuatan contoh uji Pengujian 25

Sengon Kadar Air (%) 6 Mindi 9, 87 10 8 Gmelina 8, 22 6, 76 7, 02 7, 32 8, 08 8, 44 8, 08 8, 86 8, 96 8, 86 JIS A 5908 (5 -15%) 4, 85 4 2 0 35% 40% 45% Kadar Air Furnish 50% 26

Sengon Gmelina Mindi Pengembangan Tebal (%) 25 22, 16 20 15 11, 13 10 10, 23 5 10, 77 9, 46 6, 01 9, 89 9, 14 5, 72 5, 52 4, 61 JIS A 5908 (max 12%) 3, 55 0 35% 40% 45% 50% Kadar. Air Furnish 27

MOR (Kgf cm-2) 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 124, 44 Sengon Gmelina 111, 36 89, 82 92, 03 Mindi JIS A 5908 (min. 80 kgf cm-2) 90, 47 93, 78 89, 40 73, 08 51, 98 81, 27 50, 30 50, 69 35% 40% 45% Kadar Air Furnish 50% 28

Sengon MOE (Kgf cm-2) 35 000 20 000 Mindi 32 031 32 013 33 287 30 000 25 000 Gmelina 24 630 21 499 26 927 32 003 29 646 29 086 26 774 21 649 15 000 16 693 JIS A 5908 (min. 20. 000 kgf cm-2) 10 000 35% 40% 45% 50% Kadar Air Furnish 29

Sengon Keteguhan Rekat (Kgf cm-2) 7, 0 6, 0 5, 56 5, 09 4, 52 4, 20 3, 82 4, 42 3, 0 3, 37 2, 0 1, 0 Mindi 6, 26 5, 0 4, 0 Gmelina 3, 00 3, 57 2, 89 JIS A 5908 (min. 1, 5 kgf cm-2) 2, 26 0, 0 35% 40% 45% 50% Kadar Air Furnish (%) 30

Hasil-hasil penelitian ini menunjukkan bahwa aplikasi metode oksidasi dengan menggunakan hydrogen peroksida dan katalis ferro sulfat telah berhasil dikembangkan untuk menghasilkan papan partikel tanpa menggunakan perekat dengan menggunakan bahan baku kayu dari hutan rakyat. Dengan demikian, maka usaha untuk menghasilkan produk yang lebih ramah lingkungan dengan cara menghindari penggunaan perekat yang berasal dari bahan baku tidak terbarukan serta potensial menimbulkan emisi formaldehida yang dapat membahayakan kesehatan telah berhasil dikembangkan sampai taraf tertentu. 31

Secara keseluruhan perlakuan oksidasi menyebabkan penurunan kelarutan partikel dalam air dingin, air panas, serta ethanol benzene. Akan tetapi disisi lain menyebabkan peningkatan kelarutan dalam Na. OH 1% yang merupakan indikasi terdegradasinya sebagian komponen utama kayu. Kadar holoselulosa (selulosa dan hemiselulosa) partikel kayu tidak mengalami perubahan yang signifikan, akan tetapi kadar lignin mengalami perubahan yang cukup nyata yaitu 1, 66 -6, 79%. Hal ini merupakan indikasi bahwa perlakuan oksidasi terutama menyerang komponen lignin partikel kayu yang selanjutnya dapat menghasilkan gugus hidroksil radikal yang dapat membentuk ikatan antar partikel tanpa kehadiran perekat. Dari kelompok ukuran partikel yang digunakan, ukuran partikel yang dapat menghasilkan papan partikel dengan sifat fisik dan mekanis terbaik adalah ukuran partikel lolos 5 mesh, lolos 2, 5 mesh, serta lolos 1, 5 mesh. Jenis kayu sengon cenderung menghasilkan papan partikel tanpa perekat dengan sifat fisik dan mekanis yang lebih baik dibandingkan dengan jenis kayu gmelina dan mindi. Namun demikian ketiga jenis kayu tersebut tetap layak dikembangkan penggunaannya sebagai bahan baku pembuatan papan partikel tanpa perekat. 32 Kadar air furnish yang optimal untuk menghasilkan papan partikel dengan sifat fisik dan mekanis yang terbaik adalah 40 -45%.

Berdasarkan kesimpulan yang diperoleh dalam penelitian ini, maka disarankan untuk melakukan penelitian lanjutan untuk menemukan factor kunci yang berperan dalam proses oksidasi bahan baku dan proses pembuatan papan partikel, maupun analisis keandalan teknologi produksi papan partikel tanpa perekat yang dikembangkan dalam penelitian ini. Proses oksidasi ini meliputi kadar oksidator terbaik, kadar katalis terbaik, serta waktu oksidasi terbaik. Sementara factor kunci dalam proses pembuatan papan partikel terdiri atas suhu dan waktu kempa yang optimal. Dengan menemukan factor kunci tersebut diharapkan dapat ditemukan suatu paket teknologi produksi papan partikel yang dapat menghasilkan papan partikel ramah lingkungan dan berkualitas tinggi. Pada tahap akhir disarankan untuk menguji keandalan teknologi ini pada berbagai tipe ukuran produk yang dihasilkan serta melakukan modifikasi-modifikasi yang diperlukan agar teknologi tersebut dapat dikembangkan lebih lanjut pada skala industry. 33

Rencana Penelitian Selanjutnya: Tahun II dan III 34

Tahun II ANALISIS PENGARUH FAKTOR KUNCI DALAM PROSES OKSIDASI DAN PEMBUATAN PAPAN PARTIKEL Penentuan Kadar oksidasitor dan katalis terbaik 5, 10, 20% (kadar oksidator) 2, 5 & 5% (kadar katalis) Penentuan lama waktu oksidasi terbaik 30, 60, 120, 180 menit (waktu oksidasi) Penentuan kondisi proses optimal 5, 10, 15 menit (Waktu Kempa) 160, 170, 180 o. C 35

Tahun III ANALISIS KINERJA TEKNOLOGI PEMBUATAN PAPAN PARTIKEL TANPA PEREKAT PADA BERBAGAI UKURAN KETEBALAN DAN KERAPATAN PAPAN SERTA DAYA TAHANNYA TERHADAP AGEN BIODETERIORASI Aplikasi teknologi partikel tanpa perekat pada pembuatan papan dengan ketebalan bervariasi 0, 7, 0, 9, 1, 2 cm Aplikasi teknologi partikel tanpa perekat pada pembuatan papan dengan kerapatan bervariasi 0, 65, 0, 75, 0, 85 g cm-3 Uji ketahanan terhadap rayap tanah dan rayap kayu kering Uji laboratorium dan uji lapangan 36

• Tim Peneliti menyampaikan terima kasih kepada Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, khususnya Direktorat Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat atas kepercayaan yang diberikan kepada kami untuk melaksanakan penelitian dengan biaya dari skim Hibah Kompetitif Penelitian sesuai Prioritas nasional. • Ucapan yang sama disampaikan kepada LPPM IPB, Tim Reviewer, serta seluruh pihak yang telah membantu kelancaran pelaksanaan penelitian ini 37

Halaman Rektorat , dr LT 6 Gdg A H Nasution 38