OPTIMALISASI PENGGUNAAN SERAT DAN PULP BAMBU …

63

OPTIMALISASI PENGGUNAAN SERAT DAN PULP BAMBU TALI(Gigantochloa apus) UNTUK PAPAN SERAT

OPTIMIZATION OF THE USE OF FIBER AND PULP FROMTALI BAMBOO (Gigantochloa apus) FOR FIBERBOARD

Theresia Mutia1, Hendro Risdianto2, Susi Sugesty2, Henggar Hardiani2, Teddy Kardiansyah2

1Balai Besar Tekstil, Jalan Jenderal Ahmad Yani No. 390 BandungE-mail: [email protected]

2Balai Besar Pulp dan Kertas, Jl. Raya Dayeuhkolot No.132, Dayeuhkolot, BandungE-mail: [email protected]

Tanggal diterima: 29 November 2016, direvisi: 14 Maret 2017, disetujui terbit: 22 Maret 2017

ABSTRAK

Bambu masa tanamnya lebih singkat dibandingkan dengan kayu, namun sampai saat ini serat dan pulpbambu belum dimanfaatkan secara optimal sebagai pengganti kayu pada pembuatan komposit oleh industrimanufactured wood, misalnya papan serat. Hal ini layak untuk dipelajari, karena ketersediaan kayu yang semakinterbatas. Oleh karenanya dilakukan penelitian pembuatan papan serat dengan menggunakan serat dan pulp daribambu tali (G.apus). Penelitian dilakukan dengan menggunakan serat bambu dari potongan bambu yang dimasakdengan proses soda dan pulp bambu dari serpihan bambu yang dimasak dengan proses soda dan Kraft. Pembuatankomposit serat bambu dilakukan dengan variasi fraksi berat serat terhadap matriks resin epoksi. Pada kondisioptimal proses dibuat komposit serupa dari pulp bambu. Dari hasil uji diketahui bahwa kualitas komposit seratbambu hasil pemasakan proses soda lebih baik dibanding komposit pulp bambu. Selain itu komposit serat bambuyang dihasilkan termasuk golongan papan serat kerapatan tinggi, dan kandungan air, penyerapan, perubahanpanjang, pengembangan tebal dan keteguhan lentur dan modulus elastisitasnya sesuai dengan standar yang berlakuuntuk papan serat (SNI 01 – 4449 – 2006, papan serat).

Kata kunci: komposit, papan serat, pemasakan dengan proses soda, serat dan pulp bambu tali (Gigantochloa apus)

ABSTRACT

Bamboo cropping period is quite short compared to wood, but fiber and bamboo pulp have not beenoptimally used as a substitute for wood in composite industry, such as fiber board. It is worth to be studied, becauseof the availability of wood is increasingly limited. Therefore, study has been done using fiber and bamboo pulp(G. apus) for fiberboard. The study was conducted using bamboo fibers from bamboo strips cooked with sodaprocess and bamboo pulp from chips of bamboo cooked with soda process and Kraft process. Composite of bamboofiber is made with a variety of fiber weight fraction to the epoxy resin matrix. Furthermore composite of bamboopulp is made under optimal condition for making fiber composite. From the test results it is known that the quality ofthe bamboo fiber composite from bamboo strips cooked with soda process is better than the composite of bamboopulp. Besides bamboo fiber composites produced belonged to the high-density fiberboard, and the water content,water absorption, changes in the length and thickness, flexural strength and modulus of elasticity are in accordancewith applicable standar for fiberboard (SNI 01-4449 - 2006).

Keywords: composite, fiber and tali bamboo (Gigantochloa apus) pulp, fiber board.

PENDAHULUANPenggunaan material baru sebagai bahan

alternatif pengganti bahan alami telahdimanfaatkan sesuai dengan perkembangan zamandan juga didukung oleh kemajuan teknologi. Ilmupengetahuan dan teknologi tentang plastikberkembang pesat sejalan dengan pertumbuhanindustri plastik dunia. Untuk produk komposit,plastik banyak digunakan sebagai penggantimaterial lainnya seperti logam, karet dan kayu,

karena memiliki kelebihan dibanding denganmaterial lain, yaitu mudah dicetak dan didapat,ringan, serta murah. 1 dalam 2 Akan tetapi plastiktidak ramah lingkungan dibanding dengan kayuatau bahan alam lainnya, sehingga perlu digunakankembali produk berbahan dasar kayu untukproduk-produk tertentu.

Adapun komposit merupakan bahan yangterbentuk dari dua atau lebih komponen, misalnyaresin (plastik) dan bahan penguat berupa

Arena Tekstil Vol. 31 No. 2, 2016: 63-74

64

serat/anyaman atau lainnya.3,4 dalam 5,6 Produkkomposit antara lain berupa tekstil teknik,misalnya tekstil bangunan seperti penguat beton,konstruksi atap, peredam suara dan lain-lain.Bahan bakunya antara lain logam, mineral (asbes,serat gelas, serat karbon), serat sintetik ataupunserat alam. Pada pembuatan komposit, fungsi seratsecara umum adalah sebagai penguat, sehinggaproduknya menjadi lebih kuat dan kokoh.7 Namundengan menggunakan serat kayu, maka akan lebihramah lingkungan karena dapat mengurangipemakaian serat sintetis dan resin. Disisi lain,produktivitas hutan Indonesia semakin harisemakin menurun, sehingga ketersediaan kayusemakin terbatas, padahal kebutuhan akan bahanbaku kayu semakin meningkat seiringbertambahnya jumlah penduduk. Diketahui bahwa,hingga tahun 2009 produksi hutan tanamanmencapai 18,95 juta m3 dari Hutan TanamanIndustri dan 0,09 juta m3 dari Perhutani,sedangkan produksi hutan alam dari HPHhanya mencapai 4,86 juta m3 dari IzinPemanfaatan Kayu sejumlah 6,62 juta m3. Padahalkebutuhan kayu nasional dalam RencanaPembangunan Jangka Panjang Kehutanan Tahun2006 – 2025, mencapai 64 juta m3 per tahun.8

Kondisi tersebut mengakibatkan adanyaketimpangan yang tinggi antara ketersediaanproduksi kayu dengan kebutuhan kayu nasional.Untuk mengatasi hal tersebut, dapat dilakukanberbagai cara antara lain mensubstitusi produkberbasis kayu dengan memanfaatkan bahanberlignoselulosa dari nonkayu, seperti halnyadalam pembuatan papan komposit.

Bahan baku alternatif dari nonkayu banyakpilihannya dan tersedia dalam jumlah yang besar,misalnya bambu. Bambu merupakan serat panjangdan memiliki kelebihan dalam hal masa panen,yaitu dalam waktu 3 - 4 tahun sudah dapatdipanen, lebih singkat dibanding 8 - 20 tahununtuk jenis pohon kayu yang cepat tumbuh.9,1

Selain itu, bambu merupakan salah satubahan berlignoselulosa yang menghasilkanselulosa per ha 2 – 6 kali lebih besar dari pinus.11

Peningkatan biomassa perhari 10 - 30%, adalahlebih tinggi dibanding kayu yang hanya 2,5%.Kandungan selulosa bambupun cukup tinggi, yaituantara 40% - 54%.12 dalam 13,14

Di dunia terdapat sekitar 1300 jenis bambu,sedangkan di Indonesia sekitar 143 jenis dan diPulau Jawa diperkirakan ada 60 jenis serta 9 jenismerupakan endemik Jawa Barat, antara lain bambutali (apus), temen, betung, haur dan bambu hitam.15 dalam 16, 17 dalam 14 Adapun jenis bambu yang seringdigunakan oleh masyarakat Indonesia adalahbambu betung, tali, andong dan bambu hitam.12

dalam 13 Bambu dapat digunakan sebagai bahanbangunan rumah, pondok, pagar, jembatan, rakit,pipa saluran air, alat peraga, mebel dan berbagai

peralatan rumah tangga serta sebagai bahan bakuuntuk pulp kertas dan serat tekstil.

Manufactured wood (papan pabrikan)adalah semua produk turunan kayu yang dibuat dipabrik dengan cara mengikat serat, partikel denganbahan perekat untuk membentuk materialkomposit. Produk ini dibuat dengan spesifikasidesain tertentu dan untuk memenuhi standar yangberlaku. Secara umum, papan pabrikan dibagimenjadi tiga. Pertama adalah plywood, yaitu papanyang terdiri dari lapisan kayu solid yangdirekatkan bersama-sama. Kedua adalah papanpartikel atau chipboard, yang dibuat dengan caramerekatkan serpih kayu dengan resin sintesiskemudian ditekan membentuk lembaran papanyang keras18,19 dalam 20. Ketiga adalah papan serat,dan menurut SNI 01-4449 – 2006, papan seratadalah panel yang dihasilkan dari pengempaanserat kayu atau bahan berligno-selulosa laindengan ikatan utama berasal dari bahan baku yangbersangkutan (khususnya lignin) atau bahan lain(khususnya perekat) untuk memperoleh sifatkhusus.

Papan partikel atau papan seratdiklasifikasikan berdasarkan tipe bahan baku danmetode produksi, kerapatan serta jenis dan tempatpenggunaanya, namun cara terbaik untukmengklasifikasikannya adalah berdasarkankerapatannya.21 dalam 22 Pada dasarnya papan seratdapat dibuat dari berbagai serat selulosa dansemakin tinggi kerapatannya, maka semakin tinggipula ketahanannya.23

Manufactured wood berupa produkkomposit yang terbuat dari bahan kayu (serat) danplastik, dapat menggantikan fungsi kayu padatdalam berbagai aplikasi, terutama untukpemakaian luar ruangan seperti kursi taman, dekkapal dan juga dapat digunakan pada pemakaiandalam ruangan, seperti produk mebel, sehinggadapat mengurangi pasokan kayu padat sebagaikomponen bahan bangunan perumahan.Keuntungan dari komposit kayu plastik dibandingdengan kayu alam adalah konsisten dan bentuknyaseragam, tidak lapuk dan tidak dimakan serangga,tidak menyerap air dan tidak memerlukanpengecatan secara periodik.

Dalam upaya mendapatkan bahan yangtepat guna, berbagai macam bahan telah digunakansebagai bahan baku komposit, antara lain untukmanufactured wood. Adapun serat dan pulpbambu sampai saat ini belum dimanfaatkan secaraoptimal sebagai bahan baku pengganti kayu untukberbagai produk tersebut, misalnya papan serat.Dari penelitian terdahulu, diketahui bahwabeberapa jenis bambu yang endemik Jawa Barat,yaitu bambu tali, bambu temen dan bambu haurberpotensi untuk menghasilkan pulp yang baik.Selain itu, pada proses pemasakan untukmengurangi kandungan ligninnya, diketahui bahwabambu tali memerlukan konsentrasi zat kimia

Optimalisai Penggunaan Serat dan Pulp Bambu Tali (Gigantochloa apus) untuk Papan Serat (Theresia Mutia, dkk)

65

yang paling rendah. Selanjutnya dari hasil ujicoba pembuatan komposit diketahui bahwakomposit serat bambu tali/epoksi, dapat digunakansebagai bahan peredam suara.14 Oleh karenanya,dalam upaya memanfaatkan penggunaan bahanbaku nonkayu sebagai bahan baku komposit, makadilakukan penelitian lanjutan yaitu pembuatanmanufactured wood berupa papan serat denganmenggunakan serat dan pulp dari bambu tali (G.apus). Adapun tujuan penelitian ini adalah untukmendapatkan kondisi optimal pembuatankomposit, yang dinilai berdasarkan kualitasproduk, yaitu besarnya kandungan air, penyerapan,perubahan panjang dan pengembangan tebal,keteguhan lentur dan modulus elastisitasnya,sehingga diperoleh produk berupa papan seratdengan hasil yang dapat memenuhi standar yangberlaku (SNI 01 – 4449 – 2006)

METODEBahan

Bahan baku yang digunakan adalah bambutali, sedangkan bahan kimia yang digunakan yaitusoda kostik, natrium sulfida dan resin epoksiteknis.

PeralatanPenyerpih kayu, Digester, Mechanical

Softening & Brushing dan Hot Press.

Metode penelitianUntuk pembuatan pulp, serat dan komposit

bambu dilakukan sesuai dengan uraian padaGambar 1.

- Penguraian Serat BambuBambu dipotong dengan panjang sekitar 25 cm,kemudian dilakukan pemasakan dengan prosessoda untuk menghilangkan sebagian kadarligninnya. Pemasakan dilakukan dengan rasio1 : 5, (perbandingan berat antara bahan denganair) pada suhu 165°C selama 2 jam denganmenggunakan larutan soda kostik.Selanjutnya serat yang sebagian besar masihmenggumpal, diuraikan melalui prosespenggarukan/ penyikatan pada alat “mechanicalsoftening and brushing”.

- Pembuatan Pulp (Proses soda dan proses Kraft)Bambu dipotong, diserpih kemudian dibuatpulp dengan menggunakan proses Kraft danproses soda. Pemasakan proses Kraft(pemasakan dengan menggunakan soda kostikdan natrium sulfida) dilakukan dengan rasio 1:5 (perbandingan berat antara bahan dengan air),pada suhu 165°C selama 2 jam dengan alkaliaktif dan sulfiditas yang divariasi, untukmendapatkan variasi kandungan ligninnya,kemudian di-refiner 2 kali. Adapun untukproses soda (pemasakan dengan soda kostik),

dilakukan seperti halnya pemasakan untukmenguraikan serat bambu.

- Pembuatan kompositPembuatan komposit dengan matriks resinepoksi diawali dengan menggunakan seratbambu, dengan perbandingan fraksi berat seratterhadap fraksi resin yang divariasi (1 : 0,5; 1: 0,75; 1 : 1; 1 : 1,5 dan 1 : 2,25), pada tekanan60 kg/cm2 dan suhu 900C (menggunakan alatHot Press). Selanjutnya pada kondisi optimalproses dibuat komposit serupa dari pulp bambu(Gambar 1).

Gambar 1. Pembuatan komposit

Pengumpulan dan Pengolahan DataPengumpulan data dilakukan dengan cara

melakukan pengujian terhadap bahan baku(bambu) dan produk jadinya (komposit).

Bambua. Analisa komponen kimia :

Meliputi analisis kadar air (SNI 08-7070-2005),kadar abu dan silikat (SNI ISO 776:2010),lignin (SNI 0492-2008), pentosan (SNI 14-1304-1989), ekstraktif : ekstrak alkohol-benzena (SNI 14-1032-1989), holoselulosa

Pencampurandengan resin

Pembentukan lembaran(pengepresan panas)

Komposit

Potongan bambu

Pemasakan(Proses Soda)

Serat bambu

Mechanical Softening& Brushing

Serpih bambu

Pemasakan(Proses Kraft dan Soda)

Pulp bambu

Pengujian

Bambu

Pengujian

Kondisi optimal


66

(SNI 01-1303-1989), alpha selulosa (SNI 0444-2009), kelarutan air dingin dan air panas (SNI01-1305-1989)

b. Morfologi seratMorfologi serat antara lain, panjang dandiameter serat (menggunakan mikroskopbinokuler yang dihubungkan dengan komputerdan layar monitor), kekakuan serat (tebaldinding serat dibagi diameter luar serat),kelenturan serat (diameter dalam serat dibagidiameter luar serat) dan finess pulp (secaragravimetri, yaitu massa serat yang tertahan dikertas saring 200 mesh).

c. Struktur mikro bambu (dengan SEM)d. Analisa gugus fungsi (dengan Spektroskopi

FTIR)

Komposita. Pengujian sifat fisik (SNI 01 – 4449 – 2006) :

Meliputi uji kerapatan, kadar air, perubahanpanjang, penyerapan dan pengembangan tebal,keteguhan tarik, keteguhan lentur dan moduluselastisitas.

b. Struktur mikro bambu (dengan SEM)c. Analisa gugus fungsi (dengan Spektroskopi

FTIR)

HASIL DAN PEMBAHASANBambu Tali

Hasil uji komponen kimia bambu talidisajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Komponen kimia bambu dan sifatkelarutannya (dalam air dan akali)

No.Parameter Hasil

(%)1 Air 5,442 Abu 2,083 Ekstraktif 2,394 Lignin 25,285 Alpha Selulosa 50,636 Hemiselulosa 14,157 Holoselulosa 76,678 Kelarutan (air dingin) 5,769 Kelarutan (air panas) 7,0810 Kelarutan ( NaOH 1% ) 22,66

Dari Tabel 1. Terlihat bahwa bambutersebut selain mengandung selulosa, jugamengandung lignin, hemiselulosa, zat ekstraktifdan kotoran lainnya, seperti halnya serat kayu.24,25

Lignoselulosa tersebut dapat dimanfaatkan sebagaisalah satu alternatif bahan baku pembuatan papanpartikel atau papan serat.7 Adapun dari hasilanalisa komponen kimia tersebut diketahui bahwakandungan alpha selulosanya adalah sekitar50,63%, sedangkan lignin, zat ekstraktif,

hemiselulosa dan abu (silika) sekitar 25,28%;2,39%; 14,15% dan 2,08%. Lignin, zat ekstraktif,hemiselulosa dan abu tersebut dapat menghalangiperekat untuk bereaksi dengan selulosa, terutamazat ekstraktif yang berpengaruh terhadap konsumsiperekat, laju pengerasan perekat dan daya tahanpapan serat yang dihasilkan. Selain itu bahanekstraktif yang menguap dapat menyebabkanterjadinya blowing atau deliminasi pada prosespengempaan.19 dalam 20

Serat dan Pulp Bambu Tali

Komponen KimiaPemasakan dengan proses Kraft terhadap

serpih bambu dilakukan dengan tujuan untukmengetahui pengaruh variasi proses tersebutterhadap kandungan lignin pulp bambu yangdihasilkan, seperti terlihat pada Gambar 2.

Dari hasil uji, diketahui bahwa, variasikondisi proses pemasakan bambu tali akanmenghasilkan kandungan lignin yang berbeda-beda, dan semakin tinggi konsentrasi zat kimiayang digunakan, maka kandungan ligninnya akansemakin rendah. Hal ini disebabkan karena bahankimia yang digunakan akan mendegradasi lignin didalam serat tersebut

1. AA 14%, S 25% 2. AA 16%, S 25%3. AA 18%, S 25% 4. AA 20%, S 25%5. AA 22%, S 32% 6. AA 24%, S 32%

Keterangan :AA : Alkali Aktif S : Sulfiditas

Gambar 2.Pengaruh proses pemasakan (proseskraft) terhadap kandungan lignin

. Pada pembuatan komposit, lignin dalamserat alam yang berfungsi sebagai penguat masihdiperlukan, sehubungan dengan sifatnya sebagaiperekat, sehingga serat tidak mudah putus/regasatau kekuatan tariknya sangat rendah, begituhalnya untuk pulp bambu. Adapun padapembuatan kertas, kandungan lignin yangdiperlukan adalah bervariasi tergantung jeniskertas yang akan dibuat. Untuk membuat kertasputih berkualitas tinggi, kandungan lignin harusserendah mungkin {target bilangan Kappa 15 + 1

0

1

2

3

4

5

6

7

1 2 3 4 5 6

Lig

nin,

%

Variasi zat pemasak


67

(lignin sekitar 2,2%)}, agar mudah diputihkan(bleaching) dan memenuhi derajat putih yangsesuai standar SNI (yaitu 85%), sedangkan untukkertas karton liner, yang tidah perlu diputihkan,kandungan lignin minimal sekitar 5%, agar kertasmemiliki kekakuan yang cukup. Oleh karena ituuntuk mengetahui potensi pulp sebagai bahan bakukarton untuk pembuatan komposit, maka dipilihpulp dengan kandungan lignin sekitar 5%(bilangan Kappa sekitar 30), yaitu hasil pemasakandengan proses Kraft, menggunakan alkali aktif dansulfiditas pada konsentrasi 16% dan 25% (Gambar2). Adapun untuk mendapatkan serat dan pulp daribilah bambu dan serpih bambu untuk bahan bakukomposit, maka dilakukan pemasakan denganproses soda, mengunakan larutan soda kostikdengan konsentrasi yang relatif lebih rendah dariproses Kraft, yaitu 12%.14 Adapun hasil ujikomponen kimia serat dan pulp tersebut disajikanpada Tabel 2.

Tabel 2. Komponen kimia serat dan pulp bambu

No.Parameter

Serat PulpProsesSoda

ProsesSoda

ProsesKraft

1 Abu,% 3,63 1,54 0,552 Ekstraktif, % 3,29 2,92 0,163 Lignin,% 13,96 12,37 4,324 Hemiselulosa,% 14,87 18,30 15,595 Alpha Selulosa,% 67,71 74,94 88,106 Kadar air,% 4,56 5,27 5,65

Dari Tabel 2. diketahui bahwa serat bambuyang dimasak dengan proses soda, masihmengandung alpha selulosa dan hemiselulosasebesar 67,71% dan 14,87%, sedangkan kadarlignin, abu dan ekstraktifnya adalah 13,96%,3,63% dan 3,29%. Kadar lignin, abu danekstraktif pulp bambu hasil pemasakan denganproses Kraft adalah lebih kecil dibandingkan seratdan pulp bambu yang dimasak dengan proses soda,sedangkan kadar selulosanya lebih tinggi. Seratdan pulp hasil pemasakan dengan proses sodamasih mengandung lignin yang cukup besardibandingkan dengan proses Kraft, yaitu 13,96%dan 12,37%. Hal tersebut disebabkan karenapemasakan proses soda hanya menggunakan sodasaja dan konsentrasinyapun lebih rendah dibandingproses Kraft, sehingga lignin, abu dan ekstraktifyang terkandung di dalamnya tidak semuanyadapat didegradasi/dilarutkan.

Pada pembuatan komposit, kadar air yangmaksimal adalah (10 – 14)%, karena apabilaterlalu tinggi, maka keteguhan lentur danketeguhan rekat internal papan partikel akanmenurun.7 Dari hasil uji diketahui bahwa kadar airpulp dan serat tersebut masih dibawah 10%, makadiharapkan tidak berpengaruh terhadap kualitaskomposit.

Morfologi SeratMorfologi serat dan pulp bambu setelah

proses pemasakan disajikan pada Tabel 3.Dari Tabel 3. diketahui bahwa panjang serat

rata-rata bambu tali hasil pemasakan berukuranantara (2,3 - 4,5) mm. Menurut klasifikasi IAWA,serat bambu termasuk kelas serat panjang, yaituminimal 1,9 mm.26 27,28, Serat hasil pemasakanbilah bambu dengan proses soda adalah lebihpanjang, terutama dibandingkan dengan hasilpemasakan dengan proses Kraft. Hal tersebutmungkin dapat disebabkan oleh konsentrasi bahankimia proses Kraft yang lebih tinggi dari prosessoda, sehingga serat selulosa terdegradasi atauterhidrolisis. Dari literature29 diketahui bahwasemakin panjang serat, maka pulp yang dihasilkanakan memiliki kekuatan yang tinggi. Hal inidisebabkan serat panjang memberikan bidangpersentuhan yang lebih luas dan anyaman lebihbaik antara satu serat dengan lainnya, yangmemungkinkan lebih banyak terjadi ikatanhidrogen antar serat - serat tersebut.29 Hal tersebutkemungkinan besar berlaku pula terhadapkomposit yang dihasilkannya.

Tabel 3. Morfologi serat dan pulp bambu

No.Parameter Serat Pulp

ProsesSoda

ProsesSoda

ProsesKraft

1 Panjang serat, mm 4,50 2,77 2,302 Diameter luar, µm 17,35 29,42 20,80

Diameter dalam, µm 6,59 14,42 -3 Tebal dinding, µm 5,39 7,48 5,204 Kekakuan 0,31 0,25 -5 Kelenturan 0,38 0,49 -6 Finess - - 6,95

Dari Tabel tersebut diketahui pula bahwasetelah dimasak, serat hasil pemasakan denganproses soda ternyata lebih kaku dan kurang lenturdibandingkan dengan pulp yang dimasak denganproses yang sama. Hal tersebut mungkindisebabkan karena kandungan kadar abu, ekstraktifdan ligninnya yang relatif lebih besar (Tabel 2.),sehingga serat menjadi lebih kaku dan kuranglentur.

Dari hasil uji komponen kimia danmorfologi serat tersebut, diketahui bahwapemasakan bilah bambu dengan proses soda danserpih bamboo dengan proses Kraft, berpotensiuntuk menghasilkan serat dan pulp yang baik.14,

26,28

Struktur MikroUntuk mengetahui struktur mikro serat

sebelum dan sesudah pemasakan, maka dilakukanpengujian menggunakan SEM dan hasilnyadisajikan pada Gambar 3.


68

Dari Gambar 3 terlihat spesimen materialtersebut, yaitu struktur mikro irisan bambu, pulpdan serat bambu. Untuk irisan bambu, terlihatlubang-lubang pori material penyusun membentuksaluran. Pada material penyusun spesimen pulpterlihat adanya rongga udara diantara serat dalampulp, sedangkan spesimen serat bambu pada posisitersebut tampak lebih rapat atau kompakdibanding pulp.

Irisanbambu

PulpBambu(prosesKraft)

Seratbambu(prosessoda)

Gambar 3. Struktur mikro (SEM 500 X)

Komposit Serat Bambu

Gugus FungsiHasil analisa gugus fungsi terhadap resin

epoksi, serat bambu dan komposit tersebutdisajikan pada Gambar 4 dan 5.- Resin epoksi

Resin ini banyak digunakan sebagai matrikdalam polimer komposit. Terdapat dua kelompokutama resin yaitu glycidyl epoxies dan non-glycidylepoxies (aliphatik epoksi), dan yang umumdigunakan adalah diglycidylether of bisphenol A(DGEBA) dan 3,4-Epocycyclohexyl-3’4’-epoxycyclohexane carboxylate (ECC). 30

Gambar 4. Spektrum FTIR untuk epoksiHDGEBA dan DGEBA

a. Epoksi

b. Serat bambu

c. Komposit

Gambar 5. Spektrum FTIR epoksi (a), seratbambu (b), dan komposit (c)


68


Irisanbambu









a. Epoksi

b. Serat bambu

c. Komposit


50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

%T

3367

.71

2924

.09

2852

.72 16

08.6

3

1510

.26

1460

.11

1361

.74

1296

.16

1247

.94

1182

.36

1109

.07

1035

.77

827.

46

767.

6772

5.23

559.

36

epoks

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

0

15

30

45

60

75

90

%T

3417

.86

2900

.94

1600

.92

1506

.41

1429

.25

1375

.25

1325

.10

1163

.08

1111

.00

1056

.99

896.

9083

3.25

663.

5161

3.36

561.

29

hc2


68


Irisanbambu









a. Epoksi

b. Serat bambu

c. Komposit


50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

%T

3367

.71

2924

.09

2852

.72 16

08.6

3

1510

.26

1460

.11

1361

.74

1296

.16

1247

.94

1182

.36

1109

.07

1035

.77

827.

46

767.

6772

5.23

559.

36

epoks

50075010001250150017502000250030003500400045001/cm

0

15

30

45

60

75

90

%T

3417

.86

2900

.94

1600

.92

1506

.41

1429

.25

1375

.25

1325

.10

1163

.08

1111

.00

1056

.99

896.

9083

3.25

663.

5161

3.36

561.

29

hc2


69

Spektroskopi infra merah dapat digunakanuntuk mengkarakterisasi sifat epoksi, dan Gambar4. menunjukkan Spektrum FTIR untuk epoksiHDGEBA dan DGEBA. Adapun hasil analisisFTIR untuk resin epoksi yang digunakan dalampenelitian ini ditunjukkan oleh Gambar 5.a. Darihasil analisa FTIR tersebut terlihat bahwa serapanuntuk Spektrum FTIR tersebut mirip denganepoksi DGEBA.

- Serat bambuGugus fungsional selulosa (C6H10O5)n, dari

rantai selulosa adalah gugus hidroksil (–OH), yangdapat berinteraksi dengan gugus –O, –N, dan –S,membentuk ikatan hidrogen. Selain itu, rantaiselulosa memiliki gugus –H di kedua ujungnya.

Adapun spektrum FTIR serat bambudisajikan pada Gambar 5.b. Dari hasil evaluasispektrum tersebut terhadap spektrum FTIR seratselulosa (absorpsi bilangan gelombang selulosa),diketahui bahwa serat tersebut merupakan selulosayang antara lain ditunjukkan dengan adanya peakpada bilangan gelombang 3417 cm-1 dan 2900 cm-

1, yang menunjukkan adanya gugus –OH dan –CH.Serapan pada bilangan gelombang 1600 cm-1

merupakan gugus karbonil dari lignin. IkatanC= C aromatic symmetrical stretching terdeteksipada serapan bilangan gelombang 1506 cm-1.Adapun serapan pada bilangan gelombang 1429cm-1 menunjukkan adanya gugus CH –asymmetric Bending. Gugus –CH jugaditunjukkan pada serapan bilangan gelombang1375 cm-1. Ikatan nonsymmetric in phase ringterdeteksi pada serapan bilangan gelombang 1111cm-1. Selain itu, gugus C–O terdeteksi padabilangan gelombang 1056 cm-1. 31

- Komposit serat bambuGambar 5.c. merupakan analisa FTIR

terhadap komposit serat bambu/epoksi.Dengan membandingkan Gambar 5.c.

terhadap hasil uji analisa FTIR epoksi dan seratbambu (Gambar 5.a. dan 5.b.), maka diketahuibahwa bahwa spektrum FTIR komposit tersebutmerupakan gabungan antara spektrum serat bambudan epoksi, yang ditunjukkan dengan ditunjukkandengan adanya peak pada bilangan gelombangyang sama.

Sifat fisikPembuatan komposit dengan matriks resin

epoksi diawali dengan menggunakan serat bambuhasil pemasakan dengan proses soda, dandilakukan dengan cara memvariasi ratio beratserat terhadap matriksnya, seperti telah diuraikandi metodologi. Selanjutnya untuk mengetahuikekuatan produknya, maka dilakukan ujiketeguhan tarik dan lentur, yang hasilnya disajikanpada Gambar 6.

0

90

180

270

360

1 2 3 4 5

kg

/cm

2

Ratio berat serat bambu/epoksi

Keteguhan tarik, kg/cm2

0

750

1500

2250

3000

1 2 3 4 5

kg/c

m2


Keteguhan lentur, kg/cm2

No. 1 s/d 5 adalah ratio berat serat/epoksi, yaitu :1 : 0,5; 1 : 0,75; 1 : 1; 1 : 1,5 1 : 2,25

Gambar 6. Pengaruh komposisi serat/epoksiterhadap keteguhan tarik dan lentur

Dari hasil uji di atas diketahui bahwasemakin banyak penggunaan matriks epoksisampai batas tertentu akan menaikkan keteguhantarik dan lenturnya, kemudian menurun seiringdengan berkurangnya pemakaian serat. Sepertihalnya resin, semakin banyak penggunaan seratsampai batas tertentu juga akan menaikkan sifatfisik komposit, namun penggunaan serat yangberlebihan juga akan menurunkan sifat fisiknya.Hal ini disebabkan karena pemakaian serat yangberlebihan akan menyebabkan permukaankomposit menjadi tidak rata karena sebagian serattidak terikat oleh matriks epoksi/resin (resintersebut tidak dapat menutupi seluruh permukaankomposit).

Hal tersebut dapat diketahui dari hasilpengamatan secara visual, yaitu pada penggunaanepoksi yang rendah {0,5 s/d 1, terutama 0,5 dan0,75 bagian terhadap serat (contoh uji nomor 1 dan2)}, maka akan menghasilkan produk dengankualitas yang rendah, yaitu permukaan komposittidak rata dan terasa kasar, karena sebagian serattidak terikat oleh resin. Selain itu dari hasil fotoSEM (Gambar 9), terlihat adanya rongga udara(void).

Selanjutnya untuk mengetahui sifat fisiklainnya, maka dilakukan pengujian denganmenggunakan contoh uji nomor 3, 4 dan 5, sepertidisajikan pada Gambar 7. Selain pada Tabel 4disajikan pula persyaratan teknis untuk papan seratdan hasil uji komposit pada kondisi optimal.


70

0.6

0.8

1

1.2

3 4 5

%


Kerapatan, g/cm3

01020304050

3 4 5

%

Ratio berat serat bambu/epoksiPenyerapan, %

0,1

0,13

0,16

0,19

3 4 5

%


Perubahan panjang,%

2

3,5

5

6,5

3 4 5

%


Kadar air, %

Perubahan tebal, %

No. 3 s/d 5 adalah ratio serat/epoksi,yaitu : 1 : 1; 1 : 1,5 1 : 2,25

Gambar 7. Pengaruh komposisi serat/epoksiterhadap sifat fisik komposit

Dari uraian di atas diketahui bahwapenggunaan resin ≥ 1,5 bagian terhadap serat akanmenghasilkan produk yang cukup baik dan sifat-sifat fisiknya dapat memenuhi standar yangberlaku (Tabel 4). Akan tetapi dalam upayamemaksimalkan penggunaaan serat alam sebagaipenguat, maka untuk percobaan selanjutnyakondisi optimal yang ditetapkan dari penelitian iniyaitu, komposit yang perbandingan antara beratserat terhadap resin adalah 1:1,5, karena ketegulanlentur dan modulus elastisitasnya juga cukuptinggi, seperti terlihat pada Tabel 4.

Dari Gambar 7 dan Tabel 4, diketahuibahwa komposit dari serat bambu akanmenghasilkan komposit dengan kerapatan antara(0,75 – 1,01) g/cm3 atau termasuk dalamkelompok komposit dengan kerapatan sedang dantinggi (menurut SNI 01 – 4449 – 2006). Selain itukarena adanya rongga udara dalam komposit(Gambar 9) mengakibatkan kerapatan kompositmaksimal adalah 1,01. Diketahui pula bahwasemakin banyak penggunaan epoksi, makakerapatan komposit akan semakin besar; namunkadar air, penyerapan air, perubahan panjang danpengembangan tebalnya akan semakin kecil. Haltersebut antara lain mungkin karena semakin tinggikerapatan komposit, maka ikatan antar partikelakan semakin kompak, sehingga rongga udaradalam komposit semakin kecil. Akibatnya air/uapair semakin sulit untuk mengisi rongga tersebut,sehingga daya serap airnya mengecil. 32

Tabel 4. Persyaratan teknis untuk papan serat(SNI 01 – 4449 – 2006) dan hasil ujikomposit serat bambu

No. Parameter PersyaratanKomposit serat(pada kondisi

optimal)1 Kerapatan,

g/cm3

- Rendah- Sedang- Tinggi

< 0,40,4 – 0,84

> 0,84

0,87

2 Kadar air, % maksimal13%

3,85

3 Penyerapan,(KerapatanTinggi –Tipe T2 45)

maksimal20%

8,92

4 Perubahantebal, %

maksimal10%

5,55

5 Perubahanpanjang,%

Maksimal0,5%

0,16

6 Keteguhanlentur,kg/cm2

(Tipe 2 45).

≥ 45 2.568,5

7 Moduluselastisitas,kg/cm2

≥ 459 10.605

8 Keteguhantarik, kg/cm2

- 350,576

Perbandingan antara Komposit Serat dan PulpBambu

Penelitian selanjutnya yaitu pembuatankomposit dari pulp bambu yang dilakukan padakondisi optimal. Adapun perbandingan antarakomposit serat dan pulp bambu tersebut disajikandi bawah ini.


71

Contoh Komposit

Gambar 8. Komposit serat bambu (kiri) dan pulpbambu (kanan)

Dari Gambar 8 secara visual diketahuibahwa komposit serat bambu terlihat lebih padatdan warnanyapun lebih gelap dibanding pulpbambu.

Struktur MikroUntuk mengetahui struktur mikro komposit

dari serat dan pulp bambu, maka dilakukanpengujian menggunakan SEM dan hasilnyadisajikan pada Gambar 9.

Serat Bambu (SEM, 15 X) Pulp Bambu (SEM, 15 X)


Gambar 9. Struktur Mikro Komposit

Dari gambar tersebut terlihat spesimenmaterial tersebut, yaitu struktur mikro kompositserat dan pulp bambu. Untuk komposit pulpbambu, terlihat lubang-lubang pori material yanglebih luas dan adanya rongga udara diantara seratdalam pulp tersebut, sedangkan spesimenkomposit serat bambu tampak lebih rapat ataukompak dibanding pulp.

Sifat FisikKarakteristik komposit, terutama sifat

fisiknya disajikan pada Gambar 10.

Gambar 10. Sifat fisik komposit serat dan pulpbambu

Dari Gambar 10 diketahui bahwa :- Kadar air, penyerapan air, pengembangan

tebal dan perubahan panjang komposit seratbambu adalah yang paling rendah dan sesuaidengan standar yang berlaku.

- Dari serat bambu akan diperoleh kompositdengan kerapatan tinggi (> 0,84 g/cm3)

- Dari pulp bambu akan diperoleh kompositdengan kerapatan sedang (< 0,4 g/cm3– 0,84g/cm3)

- Keteguhan tarik serat bambu adalah yangpaling tinggi dan sesuai dengan standar yangberlaku.

Dari uraian di atas diketahui bahwakerapatan komposit serat bambu adalah lebih besardibanding komposit pulp bambu. Hal tersebutantara lain karena rongga udara pada kompositpulp bambu adalah lebih luas (Gambar 9),


71

Contoh Komposit



















71

Contoh Komposit



















72

sehingga kerapatannya menjadi rendah. Padaumumnya semakin tinggi kerapatan komposit,maka akan semakin baik pula sifat fisikmekaniknya. 23, 33 Selain itu, sifat fisik yang lebihbaik tersebut mungkin disebabkan karena seratbambu mempunyai panjang serat dan kadar lignin(yang bersifat sebagai perekat) yang lebih besar,sehingga dapat meningkatkan kekuatan komposit.

Dari pulp hasil proses Kraft, diperolehkomposit yang tidak dapat memenuhi standar,karena pengembangan tebal (= 12,53%) danperubahan panjangnya (=1,03% ) adalah lebihbesar dari batas maksimum yang diperkenankan,yaitu 10% dan 0,5% (SNI 01 – 4449 – 2006)

Kondisi optimum untuk pembuatan papanserat diperoleh dari komposit berbahan baku seratbambu hasil pemasakan bilah bambu denganproses soda, pada perbandingan berat antara fraksiberat serat terhadap fraksi resin (epoksi), yaitu 1: 1, 5. Adapun komposit tersebut termasuk kedalam klasifikasi untuk Papan Serat KerapatanTinggi (PSKT) Tipe 2 45 dengan sifat fisik yangmemenuhi standar yang berlaku (Tabel 4).

Dari hasil penelitian ini, diharapkan dimasayang akan datang serat tersebut dapatdimanfaatkan sebagai substitusi kayu pada industrimanufactured wood, sehubungan dengan semakinterbatasnya ketersediaan kayu. Dengan dibuatmenjadi papan serat, maka nilai tambah produkyang berasal dari bambu akan meningkat. Selainitu, produknya lebih ramah lingkungan, karenadapat mensubtitusi pemakaian serat sintetis.

KESIMPULANDari penelitian ini telah diperoleh metoda

pembuatan komposit berbahan baku serat daribambu tali (G. apus). Kondisi optimal diperolehdari komposit serat dari proses soda dengan resinepoksi, dengan perbandingan berat antara seratterhadap resin, yaitu 1:1,5; yang akanmenghasilkan papan serat dengan kerapatan tinggi(0,87 g/cm3). Selain itu, sifat-sifat fisik lainnyaseperti kadar air (3,85%), perubahan panjang(0,16%), pengembangan tebal (5,55%) danpenyerapan (8,92%), keteguhan lentur (2568,5kg/cm2) dan modulus elastisitasnya (10605kg/cm2) dapat memenuhi standar yang berlakuuntuk Papan Serat Kerapatan tinggi, Tipe 2 45,berdasarkan SNI 01 – 4449 - 2006.

SARANDiharapkan di masa yang akan datang serat

bambu dapat dimanfaatkan sebagai substitusi kayupada industri manufactured wood, yaitu papanserat, karena produk akhirnya dapat memenuhistandar yang berlaku.

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis mengucapkan terimakasih kepadabapak Dany Cahyadi, M.T. (peneliti dariPuslitbang Pemukiman) dan bapak Sudiyanto(teknisi litkayasa pada Balai Besar Tekstil), atasbantuannya untuk menyelesaikan penelitian ini.

PUSTAKA1. Rosato, D.V and Di Matitia D.P. Disigning

with Plastic and Composite : A Handbook,Van Nostrand Reinhold, New York. (1991).

2. Mahieux, C.A. Environment Degradation inIndustrial Composites, Elsevier, London.(2006).

3. Luigi, N. and Assunta B. WilleyEncyclopedia of Composites, John Willey andSons, Inc, New York. (1999),

4. Schwartz, M.M, Composite MaterialsHandbook, 2nd ed., Mc. Graw – Hill Inc.(1992).

5. Alaya, F.H.M. Potensi Serat Batang (BastFibers) sebagai Penguat Biokomposit untukAplikasi Otomotif, TRAKSI, Vol. 13, No. 2,Desember. (2013).

6. Setyanto, H., dkk. Pengaruh Faktor JenisKertas, Kerapatan dan Persentase Perekatterhadap Kekuatan Bending Komposit PanelSerat Bunyi Berbahan Dasar Limbah Kertasdan Serabut Kelapa, Performa, Vol. 10, No.2,: 89 – 94. (2011).

7. Sudarsono, Rusianto T, Suryadi Y.Pembuatan Papan partikel Berbahan BakuSabut Kelapa dengan Bahan Pengikat Alami(Lem Kopal), Jurnal Teknologi, Vol 3 (1).(2010).

8. Anonim. Statatistik Kementrian Kehutanan,Jakarta. (2006).

9. Kadarisman, D. dan Silitonga T. MempelajariPembuatan Pulp Sulfat dari Beberapa JenisBambu, Buletin Penelitian, Dep. PenelitianTeknologi Hasil Pertanian IPB, 10 : 14 – 19.(1976).

10. Parlindungan, M., Deddy C., Eko S.H. KajianTeknis Penggunaan Serat Bambu sebagaiAlternatif Bahan Komposit Pembuatan KulitKapal Ditinjau dari Kekuatan Bending danKekuatan Impak, Laporan Kegiatan, Fak.Teknik UNDIP, November. (2005).

11. Herliyana, E.N., Noverita, Lisdar I.S. Fungipada Bambu Kuning (B. vulgaris schard var.vitata) dan Bambu Hijau (B. vulgaris schardvar. vulgaris) serta Tingkat Degradasi yangDiakibatkannya, Jurnal Teknologi HasilHutan, 18 (1): 2 -10. (2005).

12. Krisdianto, G.S., dkk. Sari Hasil PenelitianBambu. Sari Hasil Penelitian Rotan dan


73

Bambu, Puslitbang Hasil Hutan, Bogor.(2000).

13. Kusumah, S.S., B. Subiyanto, M. Yusram M.Optimasi Pembuatan Papan KompositBerbahan Baku Limbah Kayu dan Bambu,Widyariset, Vol. 14 No. 2, Agustus. (2011).

14. Mutia, T., Susi S., Teddy K., Hendro R.Potensi Serat dan Pulp Bambu untukKomposit Peredam Suara, Jurnal Selulosa,Vol. 4, No. 1. (2014).

15. Sharma, Y.M.L. Bamboos in the Asia -Pacific Region in Bamboo Research in Asia;Editors: Gilles Lessard and Amy Chouinard,Proceedings, International DevelopmentResearch Centre and the International Unionof Forestry Research Organization,Singapore, 28-30 May. (1980).

16. Xiao, Y. Modern Bamboo Structure,Proceeding of First International Conferenceon Modern Bamboo Structure (ICBS-2007),Changsha, China. (2008).

17. Widjaja, E.A. Identifikasi Jenis-Jenis BambuDi Jawa, Laporan, Pusat Penelitian danPengembangan Biologi, LIPI. Bogor. (2001).

18. Astrom, B.T. Manufacturing of PolymerComposites, Chapman & Hall, London, andWeinheim, New York. (1997).

19. Maloney, T. M. Modern Particle Board andDry Process Fibre Board Manufacturing,Miller Freeman, Inc. San Fransisco. (1993).

20. Lukman, A. Karakteristik Partikel TandanKosong Sawit setelah Perendaman AirDingin, Air Panas, Etanol-Benzena, Skripsi,Bogor : Fakultas Kehutanan, InstitutPertanian Bogor. (2008).

21. Kollman, F.F.P.E.W., Kuenzi, Stamm A.J.Principles of Wood : Science and TechnologyII, Springer - Verlag, Berlin Heidelberg,New York.(1975).

22. Suantara, D. dan Endah O. Pemanfaatan SeratKelapa dan Serat Abaka sebagai Bahan BakuPapan Partikel, Arena Tekstil, Vol. 30, No. 1.(2015).

23. Christian, R.K., Mathias K., Poul H.K.Flexible Mould for Frecast Concrete Element,Proceeding of the International Ass. for Shelland Spatial Structure (IASS) Symposium,Shanghai, China. (2010).

24. Agustina, D. “Kadar Lignin dan TipeMonomer Penyusun Lignin pada Kayu

Akasia”, Thesis, Dep. Hasil Hutan, FakutasKehutanan, IPB, Bogor. (2009).

25. Robert, F.R. Bast and Other Plant Fibers,The Textile Institute, Woodhead PublishingLtd., Cambridge England (2005).

26. Fatriasari, W., Euis H. Analisis MorfologiSerat dan Sifat Fisis-Kimia pada Enam JenisBambu sebagai Bahan Baku Pulp dan Kertas,Jurnal Ilmu dan Teknologi Hasil Hutan, 1(2),67-72. (2008).

27. Khakifirooz, A., Ravanbakhsh, F., Samariha,A., Kiaei, M. Investigating the Possibility ofChemi-mechanical Pulping of Bagasse,Bioresource, 8(1), 21-30. (2013).

28. Syafii, W. dan I.Z. Siregar. Sifat Kimia danDimensi Serat Kayu Mangium (AcasiaMangium Willd) dari Tiga Provenans, JurnalIlmu dan Teknologi Kayu Tropis, Vol. 4. No.1. :29-32, Masyarakat Peneliti KayuIndonesia.(2006).

29. Pasaribu, R.A dan Tampubolon A.P.. StatusTeknologi Pemanfaatan Serat Kayu UntukBahan Baku Pulp, Workshop SosialisasiProgram dan Kegiatan Balai PenelitianHutan Penghasil Serat (BPHPS) GunaMendukung Kebutuhan Riset Hutan TananamKayu Pulp dan Jejaring Kerja, BPHPS –Kuok. (2007).

30. González, M., Juan C. C., Juan B.Applications of FTIR on Epoxy Resins -Identification, Monitoring the Curing Processin Infrared Spectroscopy - Materials Science,Engineering, ISBN 978-953-51-0537-4, 524pages, Publisher: InTech, Chapters Published,April 25. (2012).

31. Kondo, T. Hydrogen Bonds in Regio -selectively Substituted Cellulose Derivatives,J. of Polymer Science - Part B; PolymerPhysics, Volume 32, Issue 7, May. (1994).

32. Trisna, H. dan Alimin M. Analisis Sifat Fisisdan Mekanik Papan Komposit Gipsum SeratIjuk dengan Penambahan Boraks (DinatriumTetraborat Decahydrate), Jurnal FisikaUnand ,Vol. 1, No. 1, Oktober. (2012).

33. Agarwal, B.D and Broutman. L.J., Analysisand Performance of Fibre Composite, Wiley –Interscience, New York. (1990


74

Documents

OPTIMALISASI PENGGUNAAN SERAT DAN PULP BAMBU …