OPTIMASI FORMULA PEMBUATAN BUSA POLIURETAN KAKU BERBASIS LIGNIN DARI LINDI HITAM SEBAGAI INSULATOR TERMAL

Abstract

Busa poliuretan kaku banyak digunakan sebagai insulator termal. Permintaan pasar busa poliuretan terus mengalami peningkatan, namun, bahan baku busa poliuretan kaku yang saat ini beredar secara komersial berasal dari bahan baku yang berbasis minyak bumi. Oleh karena itu, bahan baku alternatif yang bersifat terbarukan perlu dikembangkan. Salah satu bahan yang berpotensi dimanfaatkan yaitu lignin dari lindi hitam karena memiliki banyak gugus hidroksil dan ketersediaannya melimpah. Penelitian ini bertujuan menganalisis karakteristik lignin hasil isolasi dari lindi hitam kraft pulping kayu Acacia crassicarpa, menentukan jenis pelarut lignin untuk pembuatan busa poliuretan, optimasi formula pembuatan busa poliuretan kaku dengan sifat konduktivitas termal dan flammability yang rendah, dan menganalisis karakteristik busa poliuretan kaku berbasis lignin dengan formula optimum. Lignin diisolasi dari lindi hitam dengan teknik pengendapan menggunakan asam klorida (HCl) 1 M dan pencucian sebanyak enam kali. Lignin digunakan sebagai poliol pada pembuatan busa poliuretan kaku menggunakan pelarut dimetil formamida (DMF), dimetil sulfoksida (DMSO), dan tetrahidrofuran (THF). Hasil optimasi menggunakan Response Surface Method (RSM) dengan desain d-optimal menunjukkan dua formula terbaik, yaitu formula A (pelarut DMF, konsentrasi lignin 13,252%, nisbah Metilen difenil diisosianat (MDI):lignin 4,094:1) dan formula B (pelarut DMSO, konsentrasi lignin 13,252%, MDI:lignin 4,094:1). Formula A menghasilkan busa poliuretan dengan konduktivitas termal sebesar 0,109 W/mK dan penurunan massa saat pengujian flammability sebesar 1,421%. Formula B menghasilkan busa poliuretan dengan konduktivitas termal sebesar 0,103 W/mK dan penurunan massa saat pengujian flammability sebesar of 0,886%. Formula B menghasilkan busa poliuretan kaku dengan konduktivitas termal lebih rendah dan sifat fisik serta mekanis lebih tinggi dibandingkan dengan formula A, namun mengalami penurunan massa saat pengujian flammability lebih tinggi dibandingkan dengan formula A.

Rigid polyurethane foam has been widely used as a thermal insulator. The market demand for polyurethane foam continues to increase. However, the raw materials for rigid polyurethane foam that are currently commercially available come from non-renewable petroleum-based raw materials. Therefore, alternative renewable raw materials need to be developed. One of the materials that has the potential to be utilized is lignin from black liquor because it has many hydroxyl groups and is abundantly available. This study aims to analyze the characteristics of lignin isolated from black liquor kraft pulping of Acacia crassicarpa wood, determine the type of lignin solvent that can be used in the manufacture of polyurethane foam, optimize the formula for making rigid polyurethane foam with low thermal conductivity and flammability properties, and analyze the characteristics of rigid polyurethane foam based on lignin with the optimum formula from the optimization process. Black liquor was isolated by adding hydrochloric acid (HCl) 1 M to pH 2 and washing six times to obtain lignin powder. The results of this study indicate that lignin was successfully isolated from black liquor through an acidification process. Isolated lignin from black liquor can also be utilized as a polyol in the manufacture of rigid polyurethane foam using dimethyl formamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), and tetrahydrofuran (THF) solvents. The optimization results using the Response Surface Method (RSM) with d-Optimal design showed two best formulas, formula A (DMF solvent, lignin concentration 13.252%, Methylene diphenyl diisocyanate (MDI):lignin ratio 4.094:1) and formula B (DMSO solvent, lignin concentration 13.252%, MDI:lignin ratio 4.094:1). Formula A has a thermal conductivity of 0.109 W/mK and a mass loss during flammability test of 1.421%. Formula B has a thermal conductivity of 0.103 W/mK and a mass loss during flammability test of 0.886%. Formula B produces foam with lower thermal conductivity and better physical and mechanical properties than formula A. However, formula B experiences a higher mass loss during flammability testing than formula A.