Prosiding Seminar Nasional XVIII MAPEKI 4-5 November 2015, Bandung 83

Seminar Nasional XVIII MAPEKI

Peningkatan Sifat Fisika dan Mekanika Papan

Komposit Serat Kotoran Gajah dengan

Penambahan Asam Sitrat

Greitta Kusuma Dewia, Ragil Widyorini,

b,*, M. Nanang Tejolaksono

c dan Agus

Sudibyo Jatid

aMahasiswa Program Sarjana Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada

bStaf Pengajar Bagian Teknologi Hasil Hutan Fakultas Kehutanan Universitas Gadjah Mada

cManajer Konservasi Hewan Taman Safari Indonesia II Prigen, Pasuruan

dMahasiswa 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/cm3. Test condition was 180

oC for 10 minutes. Physical and

mechanical properties test were performed according to Japanese Industrial Standard (JIS) A

5908. 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.: +081-227-094937.

E-mail: 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 84

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 1.

Gambar 1. Serat kotoran gajah berukuran lolos 10 mesh

2.2. Metode penelitian

Serat kotoran gajah dicampur dengan larutan asam sitrat kemudian dikering-ovenkan

selama ± 18 jam, 80oC 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 1800C, tekanan spesifik

Prosiding Seminar Nasional XVIII MAPEKI 4-5 November 2015, Bandung 85

3,5 MPa selama 10 menit. Dimensi papan komposit yang dituju adalah 25 x 25 x 1 cm3

dengan target kerapatan 0,8 g/cm3. 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

(g)

Asam Sitrat (g) Air destilasi (g)

0

500

0 0

10 50 33,33

20 100 66,67

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/cm3 (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 10,47

10 0,73 9,87

20 0,86 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 86

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

5908.

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 87

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/mm2. 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 88

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), 94-103.

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 123:1991-1996.

Umemura, K., Ueda, T. & S. Kawai. (2011b). Characterization of wood –based molding

bonded with citric acid. J Wood Sci. DOI 10.1007/s10086-011-1214-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, 562-565.

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 10.1007/s00107-015-

0967-0.

Zumdahl, S. S. (2005). Chemical Principles (5th

ed.). Houghton Mifflin Company. Boston.