## Pengembangan Sistem Alat Ukur Sudut Kontak
dengan Metode Optical Contact Angle
Esti Prihatini 1 , Rohmat Ismail 2 , Istie Sekartining Rahayu 1 , Egy Dia Saputri 1
1 Departemen Hasil Hutan, Fakultas Kehutanan dan Lingkungan, Institut Pertanian Bogor, Bogor
2 Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor Corresponding Author: esti@apps.ipb.ac.id
th Received: 26 th September  2022; Revised: 27 th th May 2023; Accepted: 27 October 2023; Available online: 14 January 2024; Published regularly: January 2024

## Abstract
This research aims to develop a contact angle measuring system which is one of the methods for determining the surface characteristics of wood materials. The analysis data produced by this prototype tool system is in the form of  a  digital  image  in  the  form  of  a  video  and  then  cut  at multiples  of  10  seconds  with GOM  Player  software.  The contact angle of each image piece is then measured using the Image J application and the contact angle value data is taken at the 100th, 200th and 300th seconds with 7 repetitions, then the %RSD value is calculated to determine the level of precision. The results of contact angle data processing statistically show a good level of precision. This can  be  seen  from  the measurement  results of  the  contact  angle  of  the  finishing  liquid  on  mahogany  wood,  namely (46,379 ± 1,728) o with an RSD value of 3,73% at the 100 second shooting time, (45,335 ± 1,930) o with an RSD value of  4,26%  at  the  200  second  shooting  time  and  (44,198  ± 1,170) o with  an  RSD  value  of  2,65%  at  the  300  second shooting  time.  Precision  contact  angle  measurement  is  important  for  the  accuracy  of  determining  material characteristics  such  as  wettability,  hydrophobicity, and  surface  tension as well as its application  in  education and research .
Keywords: contact angle , hydrophobicity, wettability, method development, digital image

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengembangkan  sistem  alat  pengukur  sudut  kontak  yang  merupakan  salah satu metode penentuan karakteristik permukaan material kayu. Data analisis yang dihasilkan oleh sistem alat yang sudah purwa rupa ini, berupa citra digital berbentuk video lalu dipotong pada kelipatan 10 detik dengan perangkat lunak  GOM  Player.  Sudut  kontak  dari  setiap  potongan  gambar  tersebut  kemudian  diukur  dengan  menggunakan aplikasi  Image  J dan  diambil  data nilai sudut  kontak pada detik  ke  100, 200 dan 300  dengan 7  kali ulangan,  lalu nilai %RSD dihitung untuk menentukan tingkat kepresisiannya. Hasil pengolahan data sudut kontak secara statistik menunjukan  tingkat  presisi  yang  baik.  Hal  tersebut  dapat  dilihat  dari hasil  pengukuran  sudut  kontak  cairan finishing  pada  kayu  mahoni  yaitu  (46,379  ±  1,728) o dengan  nilai  RSD  sebesar  3,73%  pada  waktu  pengambilan gambar 100  detik,  (45,335 ±  1,930) o dengan nilai  RSD  sebesar 4,26%  pada  waktu  pengambilan  gambar 200 detik dan  (44,198 ± 1,170) o dengan  nilai  RSD  sebesar  2,65  %  pada  waktu  pengambilan  gambar  300  detik .  Pengukuran sudut  kontak  yang  presisi  menjadi  hal  penting  untuk  akurasi  penentuan  karakteristik  material  yaitu  tingkat keterbasahan, hidrofobisitas, dan tegangan permukaan serta aplikasinya di bidang pendidikan dan penelitian. .
Kata Kunci: sudut kontak, hidrofobisitas, keterbasahan, pengembangan metode, citra digital

## PENDAHULUAN
Pengukuran   sudut   kontak   merupakan   salah   satu   metode   yang   terus   dikembangkan   untuk menentukan   karakteristik   permukaan   material   dan   kemampuan   interaksi   antara    permukaan  yang
Copyright ©2024, JPLP, e ISSN 2654-251X
mempunyai  perbedaan  sifat  mekanis,  fisik,  kimiawi,  dan  biologis.  Dari  hasil  pengukuran  sudut  kontak tersebut  akan  memperoleh  informasi  data  seperti  energi  permukaan,  hidrofilisitas,  kekasaran  dan heterogenitas  permukaan  (Tavana  et  al.,  2004).  Aplikasi  penentuan   karakteristik   permukaan   material ini  sangat  luas  dan  digunakan  di  berbagai  bidang  ilmu  pengetahuan,  baik  aplikasi  di  dunia pendidikan  maupun  di  berbagai  bidang  industri.  Pengukuran  sudut  kontak  yang  presisi  menjadi  hal yang  penting  untuk  mendapatkan  nilai  yang  akurat  terhadap  penentuan  karakteristik  material,  yang selanjutnya  data  tersebut  akan   diaplikasikan   untuk   pengembangan   kualitas   pada   proses   berikutnya di  berbagai  bidang.  Dalam  bidang  industri  kayu,  Sucipto  et  al.,  (2018)  menyatakan  pentingnya pengukuran  sudut  kontak  untuk  mengetahui  tingkat  keterbasahan  dan  tegangan  permukaan  kayu. Keterbasahan  kayu  berpengaruh  pada  tegangan  permukaan  yang  berakibat  pada  pengembangan  struktur kayu untuk melepaskan gugus hidroksi yang bersifat polar. Hal tersebut akan berakibat  mengembangnya cairan  atau  polimer  perekat  yang  diaplikasikan  pada    kayu.    Pemilihan  perekat  cair  sangat  tergantung dari  keakuratan  penentuan  tegangan  permukaan  dari hasil pengukuran sudut kontak.  Selain itu,  menurut Anggriawan  dan  Kurniawan  (2015)  menyatakan  bahwa  pengukuran  sudut  kontak  merupakan  salah  satu metode  yang  tepat  untuk  digunakan  mempelajari  dan  mengembangkan  tentang  pembasahan  atau keterbasahan. Terdapat 3 fenomena yang bisa diamati pada saat kayu dibasahi oleh cairan yaitu tegangan permukaan  antara  kayu  dan  tetesan  cairan,  menyebarnya  tetesan  cairan  pada  kayu  dan  penetrasi  cairan kedalam kayu (Cahyono et al., 2017).
Produsen  alat  ukur  sudut  kontak  selalu    mengembangkan    produknya    dengan    teknologi  tinggi, akan  tetapi  biaya  maupun  harga  alat  ukur  yang  dipasarkan  tentu  saja  juga  sangat  tinggi  sesuai  dengan kualitas  dan  fitur  yang  ditanamkan  dalam  instrumen  tersebut, sebagai  contoh  beberapa  produsen  besar instrumen  alat  ukur  sudut  kontak,  seperti: KRÜSS  gmbh,  Ramé-Hart  Instrument  co.,  Dyne  Technology, dan  LSM  Group .  Pengukuran  sudut  kontak  secara  manual  masih  dijumpai  untuk  penelitian  di  skala laboratorium  pada  institusi  pendidikan.  Oleh  sebab  itu  perlu  adanya  pengembangan  metode  untuk menciptakan  alat  ukur  sederhana,  mudah  digunakan,  biaya  rendah,  dan  dengan  tetap  menjaga  tingkat kepresisian  maupun  keakurasian  alat  ukur  dengan  teknologi  yang  tersedia  pada  saat  ini. Hal ini  sesuai dengan  tujuan  penelitian  yaitu  untuk  membuat  alat  pengukur  sudut  kontak  sederhana  dengan  biaya terjangkau  tetapi  tetap  dapat  tervalidasi  data  hasil  pengukurannya.  Teknologi dibidang  pengolahan  citra digital mendukung  dan  memungkinkan  dikembangkannya  sebuah  sistem  alat  ukur  sudut  kontak  yang terintegrasi  mulai  dari  pengambilan  citra  dari  obyek  yang  diukur,  pengaturan  parameter,  pengolahan citra,  dan  sampai penyajian data dari hasil pengukuran .

## BAHAN DAN METODE

## Bahan dan Alat
Bahan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  kayu mahoni ( Swietenia mahagoni (L.) Jacq ) sebagai  sampel  uji.  Larutan  yang  diujikan  adalah    bahan finishing (vernis)  larut  air.  Perangkat  keras dirancang  dengan  memanfaatkan  material  kayu  sebagai  badan  alat, syringe  dropper sebagai  tempat sekaligus  alat  penetes  material uji,  USB  mikroskop, termohigrometer,  citra  berupa  foto  maupun  video yang diambil dengan menggunakan  bantuan USB mikroskop, perangkat lunak Image J dan Gom Player .

## Prosedur Penelitian
Penelitian  diawali  dengan  perancangan  alat  uji  yang  terdiri  dari  badan  alat,  perekam  gambar,  dan tempat  larutan  yang  akan  diujikan  (gambar  1). Pengujian  alat  dan  pengambilan  data  dilakukan  dengan pengukuran  sudut  kontak  antara  larutan  dan  permukaan  kayu.  Terdapat  beberapa  alat  pengukur  sudut kontak  yang  digunakan  dengan  metode  pengukuran  yang  berbeda-beda.  Pada  penelitian  ini  dikarenakan bahan  yang  digunakan  yaitu  kayu  yang  merupakan  zat  padat,  oleh  karena  itu  salah  satu  metode  yang digunakan  adalah captive  bubble  method .  Dalam  metode  ini  pengukuran  sudut  kontaknya  dengan membentuk  tetesan  sessile  atau  disebut  s essile  drop  method (Gardner,  2006;  Qin  et  al.,  2014).  Metode sessile  drop sering  digunakan  untuk  membuat  pengukuran  langsung  dari  sudut kontak untuk menentukan pembasahan preferensial dari suatu padatan oleh minyak dan air.
Gambar 1. Skema alat pengukuran sudut kontak
Pengukuran  sudut  kontak  diawali  dengan  sampel  kayu  ditempatkan  pada  meja  alat  lalu  diteteskan larutan  menggunakan syringe  dropper .  Hasil  penetesan  direkam  dengan  bantuan  USB  mikroskop yang  langsung  tersambung  pada  layar monitor selama  3  menit.  Selanjutanya  masing-masing  video  hasil perekaman  dipotong  kelipatan  10  detik  dengan  perangkat  lunak GOM  Player .  Sudut  kontak  dari  setiap potongan  gambar  tersebut kemudian  diukur  dengan  menggunakan  aplikasi Image  J dan  diambil  data  nilai sudut  kontak  pada  detik  ke  100,  200  dan  300  dengan  jumlah  ulangan  sebanyak  7  kali,  lalu  ditentukan nilai%RSD    untuk    menentukan    tingkat    kepresisiannya.    Berikut    ini  disajikan    bagan    alir    yang menggambarkan secara garis besar prosedur penelitianya (gambar 2).
Copyright © 2024, JPLP, e ISSN 2654-251X
Gambar 2 . Bagan alir penelitian

## HASIL PENELITIAN Perakitan Alat Pengukur Sudut Kontak
Pada  pengerjaan  awal  dilakukan  perakitan  dengan  menggunakan  bahan  kayu  sebagai  badan  alat untuk menyusun  bentuk alat, USB  microscope sebagai alat perekam data  digital  baik berupa foto maupun video saat cairan uji diteteskan pada media kayu untuk diukur sudut kontaknya, lampu led berbentuk kotak sebagai  sumber  cahaya  untuk  memperjelas  hasil  pengamatan  dengan USB  Microscope serta termohygrometer sebagai  perangkat  tambahan  pada  alat  sebagai  pengukur  suhu  dan  kelembaban  udara lingkungan  sekitar  saat  alat  digunakan  untuk  analisis  sudut  kontak  (gambar  3). Penelitian  yang  berfokus pada  perakitan  alat  pengukuran  sudut  kontak  ini,  sudah  mampu  menghasilkan  sistem  alat  yang  sudah berupa purwa rupa dengan tingkat presisi pengukuran yang baik (gambar 4).
Media  kayu  yang  digunakan  yaitu  kayu  mahoni  dan  cairan  yang  digunakan  adalah  cairan finishing.  Kayu  mahoni  dipilih  karena  sifatnya  yang  tidak  mudah  menyerap  air  sehingga  sangat  cocok untuk  pengambilan  data  sudut  kontak  dengan  durasi  pengamatan  yang  panjang.  Cairan  finishing  dipilih karena  aplikasinya  yang  sangat  luas  dalam  berbagai  jenis  kayu  sebagai  komoditas  utama  hasil  hutan. Menurut  Tsoumis  (1991), sifat  keterbasahan  dipengaruhi  oleh  berbagai  faktor  yang  berhubungan  dengan cairan  uji  (tegangan  permukaan,  suhu,  kekentalan,  densitas)  dan  kayu  (kerapatan,  porositas,  ekstraktif dan  kekasaran  permukaan).  Maka  dari  itu,  cairan  finishing  diukur  densitasnya.  Berdasarkan  nilai densitasnya dapat  pula  digunakan  untuk   mengetahui volume  dari  cairan finishing  yang diteteskan pada
media  kayu.  Nilai  densitasnya  yaitu  sebesar  1,01  g/mL,  maka  dengan  nilai  densitas  ini  dapat  ditentukan volume yang diteteskan berdasarkan bobot cairan yang diteteskan pada media kayu. Nilai bobot cairannya yaitu 0,0085 gram maka volumenya 0,0084 mL atau 8,4 µL.
Gambar  3. Komponen  yang  digunakan  untuk  perakitan  alat  (a)  Lampu  LED  (b)  Thermohygrometer  (c)  USB Microscope (d) Badan alat dari kayu

## Gambar 4.  Purwa rupa alat pengukur sudut kontak

## Hasil Analisis dan Pengolahan Data
Pengambilan  data  digital  berupa  gambar  dilakukan sebanyak tujuh  kali  pada  waktu  100  detik,  200 detik  dan  300  detik.  Jumlah  pengambilan  data  ini  bertujuan  untuk  mengikuti  kaidah  pengolahan  data statistik  untuk  menentukan  nilai  standar  deviasi  relatif  yang  menggambarkan  tingkat  kepresisian  suatu hasil  pengukuran.  Pemilihan  waktu  pengambilan  gambar  didasarkan  pada  kecenderungan  nilai  sudut kontak  yang  lebih  konsisten  setelah  melakukan  pengamatan  pada  citra  digital  berupa  video.  Setelah  itu, citra gambar tetesan cairan dianalisis nilai sudut  kontaknya dengan perangkat lunak Image J (gambar 5).
( a )
( b )
( c )
Gambar 5. Hasil pengambilan gambar dan pengukuran sudut kontak (a) waktu 100 detik (b) waktu 200 detik (c) waktu 300 detik
Tabel 1 Data nilai sudut kontak pada media kayu mahoni dengan cairan finishing
Ulangan Nilai Sudut Kontak (derajat) Pengukuran 100 detik 200 detik 300 detik 1 46,106 46,369 42,984 2 45,830 43,878 42,759 3 47,383 46,367 44,740 4 43,026 41,841 45,639 5 48,291 46,844 45,615 6 47,657 47,174 43,741 7 46,360 44,872 43,907 Rataan 46,379 45,335 44,198 SD 1,728 1,930 1,170 %RSD 3,73 4,26 2,65
Hasil  pengukuran  sudut  kontak  cairan  finishing  pada  kayu  mahoni  yaitu  (46,379  ± 1,728) o dengan nilai RSD sebesar 3,73% pada waktu pengambilan gambar 100 detik, (45,335 ± 1,930) o dengan nilai RSD sebesar 4,26% pada waktu pengambilan gambar 200 detik dan (44,198 ± 1,170) o dengan nilai RSD sebesar 2,65 % pada waktu pengambilan gambar 300 detik (tabel 1). Data hasil pengukuran sudut kontak tersebut menunjukan bahwa sistem alat pengukur sudut kontak yang telah berupa purwa rupa dapat menghasilkan data  dengan  tingkat  kepresisian  yang  sangat  baik  karena  menurut  Eurachem  (2014),  spesifikasi pengukuran dengan tingkat kepresisian yang sangat baik dengan memiliki nilai persentase standar deviasi relatif  (RSD)  kurang  dari  5%.  Keterbasahan  kayu  dipengaruhi  oleh  besarnya  sudut  kontak  antara  cairan dan permukaan kayu. Kubiak et al. (2010) dalam penelitiannya di bidang material industri menyimpulkan bahwa  tingkat  keterbasahan  permukaan  material  dipengaruhi  oleh  tingkat  kehalusan  permukaan  material tersebut.  Hal  ini  dapat  digunakan  dan  diaplikasikan  dalam  praktek  yang  berhubungan  dengan  interaksi permukan  dan  cairan,  misalnya  pelumasan  yang  lebih  baik  untuk  mengurangi  gesekan  dan  keausan material.  Pengaruh  kekasaran  permukaan  juga  diteliti  terhadap  hasil  pengukuran  sudut  kontak.  Korelasi yang baik antara percobaan pengukuran sudut kontak dan prediksi yang dimodelkan telah ditemukan pada setiap material yang diteliti.
Manukyan  (2013)  dalam  desertasinya  meneliti  tingkat  keterbasahan  permukaan  pada  kondisi permukaan  yang  sangat  kasar  untuk  kepentingan  pencetakan,  coating,  cooling,  dan  aplikasi  lainnya. Penelitian  yang  dilakukan  adalah  membandingkan  hasil  pengukuran  sudut  kontak  dengan  menggunakan pengolahan  citra  dan  dengan  metode  goniometer.  Hal  ini  dilakukan  karena  proses  pengukuran  sudut kontak  masih  dilakukan  secara  manual,  sehingga  perlu  dicoba  metode  yang  lain  untuk  mempermudah proses  pengukuran. Menurut  Shi  dan  Gardner  (2001)  menyatakan  bahwa  perubahan  sudut  kontak yang  terjadi  berdasarkan  perubahan  waktu  yang  menunjukan  kemampuan  keterbasahan  suatu material. Menurut Yuan & Lee (2013) keterbasahan kayu dapat diperoleh dengan mengukur sudut kontak antara  cairan  dan  permukaan  kayu.  Sudut  kontak  lebih  kecil  dari  90°  menunjukan  keterbasahan  yang tinggi  dimana  cairan  membasahi  permukaan  dengan  baik.  Sudut  kontak  yang  lebih  besar  dari  90° menunjukkan  keterbasahan  yang  rendah  dimana  cairan  tidak  membasahi  permukaan  dengan  baik. Berdasarkan data hasil pengukuran sudut kontak pada tabel  1, dapat dijelaskan pula bahwa kayu  mahoni memiliki sifat keterbasahan yang tinggi terhadap cairan finishing karena memiliki nilai sudut kontak lebih kecil dari 90°.

## SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
Hasil pengukuran sudut kontak cairan finishing pada kayu mahoni  yaitu  (46,379 ± 1,728) o dengan nilai RSD sebesar  3,73%  pada waktu pengambilan  gambar 100  detik,  (45,335 ± 1,930) o dengan  nilai  RSD  sebesar  4,26%  pada  waktu  pengambilan  gambar  200  detik  dan  (44,198  ± 1,170) o dengan  nilai RSD sebesar 2,65 % pada waktu pengambilan gambar 300 detik.  Hasil  ini menunjukan  bahwa  alat  pengukur  sudut  kontak  yang  sudah  berupa  purwa  rupa  ini  memiliki presisi yang sangat baik dan dapat digunakan untuk kegiatan praktikum maupun  penelitian.

## Saran
Penelitian ini harus melakukan uji profisiensi dengan melakukan pengukuran sudut kontak pada media dan jenis cairan yang sama menggunakan alat tervalidasi.  Selain  itu,  perlu  dilakukan pengujian  pada  jenis  kayu,  cairan,  analis  yang  mengerjakan  dan  lingkungan  yang  berbeda untuk  melengkapai data parameter validasi alat ini.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Peneliti  mengucapkan  terimakasih  kepada  Laboratorium  Teknologi  Peningkatan  Mutu Kayu,  Departemen  Hasil  Hutan  FAHUTANLING  serta  Direktorat  Sumberdaya  Manusia  IPB University atas dukungannya untuk pelaksanaan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Anggriawan  W,  Kurniawan  F.  2015.  Fabrikasi  alat  ukur  sudut  kontak  dual  channel  untuk mengetahui sifat polaritas suatu bahan. Jurnal Sains dan Seni ITS. 4(1): 2337-3520. Cahyono  TD,  Wahyudi  I,  Priadi  T,  Febrianto  F,  Ohorella  S.  2017.  Sudut  kontak  dan keterbasahan  dinamis  kayu  samama  pada  berbagai  pengerjaan  kayu. Jurnal  Teknik  Sipil. 24(3): 209-215
Eurachem. 2014. The Fitness for Purpose of Analytical Methods: A Laboratory Guide to Method Validation and Related Topics, (2nd ed. 2014). ISBN 978-91-87461-59-0.
Gardner, D.J., 2006, Adhesion mechanisms of durable wood adhesive bonds, Characterization of the cellulosic cell wall, 254-265.
Kubiak K.J, Wilson M.C.T., Mathia T.G, & Carval P. 2010. Wettability versus roughness   of engineering surfaces, Wear Journal , vol. 271, pp. 523–528.
Manukyan,   S.   2013.   Fundamental   investigation   of   forced   wetting   on   structured   surfaces. [  Disertasi]. Darmstad : Technische Universitaet Darmstad.
Qin,  Z.,  Gao,  Q.,  Zhang,  S.,  Li,  J.,  2014,  Surface  Free  Energy  and  Dynamic  Wettability  of Differently Machined Poplar Woods, BioResources, 9(2):3088-3103.
Shi, S.Q., Gardner, D.J., 2001, Dynamic adhesive wettability of wood, Wood and Fiber Science, 33(1):58-68.
Sucipto T, Hartono R, Dwianto W. 2018. Determination of wood wettability properties of oil palm trunk, Shorea sp  and  Parasarianthes  falcataria  by  contact  angle  method. IOP  Conference Series: Earth and Enviromental Science , 122, 12141.
Tavana, H., Lam, C.N.C., Grundke, K., Friedel, P., Kwok, D.Y., Hair, M.L., dan Neumann, A.W. 2004.  Contact  angle  measurements  with  liquids  consisting  of  bulky molecules. Journal  of Colloid and Interface Science , 279: 493-502.
Tsoumis G. 1991. Science and technology of wood: Structure, Properties, Utilization. New  York: Van Nostrand Reinhold.
Yuan Y, Lee TR. 2013. Contact angle and wetting properties. Surface Sci Techniques 3-34.