PROSES PEMBUATAN KOMPOSIT TERMOPLASTIK

           Wood plastic composites (WPC) merupakan produk komposit yang terbuat dari plastik (matriks termoplastik) yang dicampur dengan bahan berkayu. Saat ini WPC banyak digunakan sebagai bahan luar ruangan untuk dek perumahan, atap/langit-langit, jendela, mebel dan lain-lain akibat kelebihannya sebagai solusi dari kelemahan bahan-bahan yang digunakan sebelumnya untuk kebutuhan tersebut. WPC merupakan solusi kekurangan penggunaan bahan plastik dari segi kekurang-elastisitasan, cost tinggi, dan sifat tidak ramah lingkungan (tingginya kerusakan akibat ekstraksi minyak bumi dan bahan tidak mudah terdegradasi), serta solusi kekurangan penggunaan bahan kayu dari segi ketidaktahanan terhadap cuaca, radiasi matahari, dan sifat anisotropis. WPC memadukan kelebihan masing-masing plastik dan kayu, dan menutupi kelemahan-kelemahan masing-masing bahan sehingga diperoleh bahan yang cenderung memiliki kekuatan mekanika tinggi, stabil dan tahan terhadap cuaca, tahan lama, murah serta sifat dan bentuknya dapat diatur. Sifat dan bentuk yang dapat diatur ini terjadi sebagai hasil dapat dimodifikasinya proses seperti modifikasi persen plastik dan bahan berkayu di permukaan maupun bagian dalam produk, dapat dibentuknya produk solid atau profil, dapat dilapisinya permukaan produk dan dapat ditambahkannya bahan aditif tertentu untuk tujuan tertentu.    

            Dalam memadukan kedua jenis bahan tersebut, terdapat beberapa tantangan yang harus dihadapi, terutama pada kompatibilitas antar kedua bahan karena sifat yang jauh berbeda (plastik bersifat hidrofobik, sedangkan kayu bersifat hidrofilik). Selain itu, tantangan lainnya berupa proses yang merubah aspek rasio bahan berkayu, suhu pelelehan plastik yang melebihi suhu degradasi bahan berkayu, permasalahan perbedaan densitas antar bahan yang mempengaruhi proses feeding pada extruder dan limitasi proses. Demi menjawab tantangan tersebut, compatibilizer seperti maleic anhydride polypropylene (MAPP) biasa digunakan serta penganalisisan proses beserta dengan faktor-faktor yang mempengaruhi perlu dilakukan. Proses produksi WPC yang terbaik dipilih berdasarkan analisis keefektifitasan, keefisienan dan sifat akhir produk. Oleh karena itu, analisis yang membandingkan keefektifitasan, keefisienan dan sifat akhir produk dari proses-proses pembuatan WPC perlu dilakukan.

            Di dalam produksi WPC, ada 3 macam proses yang biasa digunakan yaitu compression, extrusion dan injection moulding. Compression moulding merupakan proses pembuatan produk komposit dimana bahan-bahan yang akan dikompositkan dimasukkan ke dalam cetakan terbuka, kemudian ditutup dan diberi tekanan. Extrusion moulding merupakan proses pembuatan produk komposit dengan cara menekan adonan bahan yang telah tercampur rata ke cetakan di ujung silinder pencampur secara kontinyu sehingga terbentuk dimensi komposit sesuai dengan dimensi cetakan dan kemudian dipotong sesuai dengan ukuran panjang yang diinginkan (Prayitno, 2009). Hampir sama dengan extrusion, injection moulding juga memiliki proses yang sama, namun prosesnya tidak kontinyu namun per batch. Ketiga macam proses ini memiliki kelebihan dan kelemahan masing-masing dari segi teknis dan ekonomi serta memiliki perbedaan prinsip kinerja prosesnya.

            Injection dan extrusion moulding pada prinsipnya membutuhkan kelancaran aliran selulosa-perekat, sedangkan compression moulding tidak. Oleh karena itu, faktor-faktor yang mempengaruhi kelancaran proses akan berbeda diantara ketiganya. Pada proses injection dan extrusion moulding, kandungan selulosa menjadi penting diperhatikan karena dapat mempengaruhi viskositas dan mobilitas bahan yang akan diekstrusi/diinjeksikan. Perubahan rasio kandungan selulosa/MAPP/PP sebesar 10% yaitu 80/18/2 ke 70/28/2 mampu memberikan perubahan peningkatan melt flow index (MFI) yang signifikan. Panjang serat dan dice diameter pellet juga mempengaruhi MFI, oleh karena itu juga perlu dipertimbangkan.    

Perbedaan prinsip kinerja proses dan faktor-faktor yang melingkupi di antara 3 proses mampu menghasilkan komposit dengan karakteristik dan sifat produk yang berbeda. Kumari et al. (2007) menyebutkan berdasarkan sifat mekanika dan ketahanannya terhadap air, proses injection dan extrusion moulding merupakan proses yang paling baik digunakan dibanding proses compression moulding baik yang menggunakan metode A (metode yang menggunakan kondisi pengempaan yang berbeda pada berbagai panjang serat dan rasio plastik:serat kayu yang diteliti agar semua kerapatan papan menyamai target kerapatan) maupun metode B (kondisi pengempaan disamakan, walaupun kerapatannya akan berbeda ketika panjang serat dan rasio plastik:serat kayu yang digunakan berbeda). Pada panjang serat yang sama dan rasio plastik:bahan berkayu yang sama, injection moulding memiliki kerapatan, modulus patah dan modulus elastistas yang lebih tinggi signifikan serta penyerapan air (weight gain) dan pengembangan tebal (thickness gain) yang lebih rendah signifikan dibanding dengan compression moulding, namun cenderung tidak signifikan pada extrusion moulding. Hal yang sama juga terjadi pada penelitian Rowell (2007) tentang WPC dari HDPE (high density polyethylene) yang menunjukkan bahwa kecepatan penyerapan kelembaban mencapai equilibrium pada proses injection moulding berjalan sangat lama dan belum mencapai equibrilium hingga selesainya pengujian (9 minggu), sedangkan proses extrusion berjalan 9 minggu dan compression moulding berjalan 5 minggu. Kecepatan penyerapan kelembaban mencapai equilibrium tersebut dapat menjadi penanda ketahanan papan terhadap kelembaban.

Dari segi sifat ketahanan terhadap kelembaban, Rowell (2007) menyebutkan penyebab injection moulding memiliki kecepatan penyerapan kelembaban yang lebih rendah dari proses lain adalah permukaan papan yang kaya akan termoplastik, melingkupi dan melindungi keseluruhan partikel kayu dari kontak langsung dengan kelembaban. Dari segi sifat ketahanan terhadap air dan sifat mekanika, injection moulding memiliki sifat yang lebih baik karena berdasarkan hasil micrograph morfologi dari permukaan papan setelah pengujian mekanika menunjukkan bahwa proses injection moulding menyebabkan distribusi partikel selulosa terjadi lebih merata, lebih banyak serat yang tertutupi resin dan terjadi peningkatan ikatan permukaan (interfacial adhesion) antara partikel selulosa dan MAPP/PP sehingga papan menjadi lebih kuat dan kompak (Kumari et al., 2007).    

Perlakuan yang berbeda pada masing-masing proses juga akan menyebabkan perbedaan karakteristik dan sifat produk WPC yang dihasilkan. Pada injection moulding, pengaruh adanya lubricant 2% dapat meningkatkan densitas, modulus patah dan modulus elastisitas secara nyata, namun tidak nyata pada penyerapan air dan pengembangan tebal, walaupun tidak dijelaskan tujuan utama penambahan lubricant dalam proses injection moulding. Pada proses compression moulding, penggunaan mesin penggiling pellet yang berbeda yaitu hammer mill dan cutter mill dapat membuat aspek rasio selulosa berbeda sehingga sifat-sifat WPC yang dihasilkan menjadi berbeda. Hammer mill membuat aspek rasio menurun (partikel yang lebih halus) sehingga fluiditas lelehan dan densitas WPC meningkat, sedangkan modulus patah cenderung menurun pada peningkatan kadar resin 20% ke 30%. Cutter mill memiliki aspek rasio yang tinggi sehingga mudah berorientasi pada kondisi fluiditas tinggi dan menyebabkan modulus patah-modulus elastisitas tinggi. Pada proses compression moulding, juga dapat diketahui bahwa metode A dan B seperti yang dijelaskan di paragraf di atas ikut mempengaruhi sifat WPC yang dihasilkan. Metode B dengan cutter mill (BC) ternyata menghasilkan WPC yang memiliki densitas yang lebih rendah dengan rasio void antar selulosa yang lebih banyak sehingga memiliki sifat modulus patah, modulus elastisitas, penyerapan air dan pengembangan tebal yang lebih rendah dibanding metode A dan proses pembuatan biokomposit lainnya pada berbagai panjang serat atau berbagai rasio selulosa:plastik. Pada proses extrusion moulding, perbedaan orientasi serat yaitu lengthwise dan widthwise dapat mempengaruhi sifat WPC terutama modulus patah dan modulus elastisitas dimana lengthwise memiliki nilai yang lebih tinggi dibanding widthwise.

Dari penjelasan di atas, berdasarkan sifat-sifat produk yang dihasilkan, proses terbaik yang seharusnya dipilih untuk memproduksi WPC adalah injection moulding. Namun sebaiknya pemilihan proses juga perlu pertimbangan analisis keefektifan dan keefisiensian energi dan biaya yang harus dikeluarkan. Oleh karena itu, analisis life cycle assessment dari masing-masing proses juga perlu dilakukan dalam hal pemilihan proses.          

DAFTAR PUSTAKA

Prayitno, T.A. 2009. Teknologi Biokomposit. Buku Ajar. Program Studi Ilmu Kehutanan, Fakultas Kehutanan ,UGM. Yogyakarta.

Kumari, R., H. Ito, M. Takatani, M. Uchiyama, T. Okamoto. 2007. Fundamental studies on wood/cellulose–plastic composites: effects of composition and cellulose dimension on the properties of cellulose/PP composite. J Wood Sci 53: 470-480.

Rowell, R.M. 2007. Challenges in Biomass–Thermoplastic Composites. J Polym Environ 15:229–235.