BAB I. PENDAHULUAH
1.1. Latar Belakang
1.1.1. Pemanfaatan Pulp Tandan Kosong Sawit sebagai penguat komposit matrik polietilena
Indonesia saat ini adalah negara yang mempunyai perkebunan kelapa sawit terluas di dunia. Luas areal lahan sawit di Indonesia tahun 2007 menurut Dirjenbun, Deptan, diperkirakan mencapai 6,6 juta Ha. Perkebunan kelapa sawit di Indonesia diperkirakan akan terus meningkat, karena merupakan penghasil minyak nabati yang sangat potensial. Jumlah pabrik kelapa sawit di Indonesia saat ini mencapai lebih kurang 8124 pabrik dengan kapasitas ton produksi 3075 ton per jam. Seperti telah diketahui perkebunan kelapa sawit menghasilkan limbah padat yang berasal dari tandan kosong sawit (TKS) cukup banyak sepanjang tahun maka dapat menimbulkan pencemaran terhadap lingkungan. Sedangkan pemanfaatan limbah tandan kosong sawit sebagai sumber lignoselulosa (37,76%) sampai saat ini masih terbatas. Apabila dilihat dari sifat fisik, morfologi dan komposisi kimia TKS, sebenarnya TKS merupakan bahan baku alternatif yang potensial untuk produk – produk yang berbasis serat. Salah satu produksi yang telah dihasilkan dari limbah padat tandan kosong sawit adalah pulp tandan kosong sawit tetapi kwalitas pulp tandan kosong sawit kurang baik karena menggunakan proses antraquinon (Darnoko, dkk, 1995), selain itu pulp TKS sukar diputihkan karena mengandung minyak. Karena itu alternatif lain adalah pemanfaatan pulp
dari tandan kosong sawit sebagai penguat komposit polimer polietilena. Komposit polietilena yang diberi penguatan dengan pulp TKS merupakan komposit yang berwawasan lingkungan yang (dikenal dengan eko-komposit) karena menggunakan serat lignoselulosa yang berasal dari limbah TKS di pabrik.
Banyak penelitian telah dikerjakan dengan menggunakan penguat serat selulosa untuk bahan komposit polimer yang bukan poliolefin. Diantaranya Michael (2004) melakukan penyelidikan sifat mekanik dan adhesi dari resin phenol formaldehid dan resin poliuretan pada komposit berpenguat selulosa. Backman (2003) melakukan penyelidikan impregnasi kayu dengan polioxyethilenaglicol metakrilat (PEGMA). Kemudian Omidvar (2004) menyelidiki serat kayu sebagai penguat komposit. Walaupun sejumlah penelitian telah dilakukan dengan menggunakan serat selulosa sebagai penguat komposit polimer namun penyelidikan adhesi penguat serbuk pulp TKS teresterifikasi dengan menggunakan sistem pelarut Litium Chlorida Dimetil Acetamida (LiCl/DMAc) sebagai penguat komposit matriks polietilena belum ada terutama yang memberi perhatian kepada peningkatan adhesi. Beberapa penyelidikan yang telah menggunakan serat selulosa sebagai penguat komposit polimer diantaranya selulosa serat rami (Keller, 2003 dan Deepak & Sain, 2006), selulosa dari tepung beras (Han Seung dkk, 2004 dan Mwaikambo, 2003), selulosa serat kayu (Bledzki & Farouk Omar, 2004 dan Michael, 2003), serta serat pisang dan serat lidah buaya (Mishra, 1999 dan 2000). Selain itu pemanfaatan serat TKS sebagai penguat komposit polimer memberikan banyak keuntungan karena harganya yang murah serta pemerosesan yang mudah dan juga penggunaan komposit polimer
Dalam hal lain pemakaian polietilena sebagai matriks komposit polimer dalam penelitian ini karena poliolefin komersil seperti polietilena merupakan salah satu polimer termoplastik komoditas yang diproduksi dalam jumlah besar serta banyak digunakan sebagai bahan kemasan berbentuk film dan kantong plastik. Selain itu polietilena merupakan material yang cocok untuk polimer yang diperkuat serat alam seperti selulosa karena harganya murah, bebas masalah ekologi (dapat didaur ulang) dan stabilitas temperaturnya baik (Rowell 2006, Wiechage B, 2003 dan Wirjosentono, 1999).
1.1.2. Komposit berpenguat serat selulosa (eko-komposit) tidak mempunyai efek terhadap lingkungan
Dalam pengolahan komposit matrik polimer effek lingkungan dan kekuatan dari komposit menjadi sangat penting. Menurut Asheroft dkk (2000), kontribusi dan informasi yang paling penting dalam pengolahan komposit matrik polimer adalah dampaknya terhadap lingkungan dan dapat memprediksi kekuatan komposit polimer. Pendapat ini juga dikemukakan oleh Wang Yeh (2003) sampai dewasa ini hal yang menarik untuk dikomersilkan dari komposit polimer adalah apabila komposit polimer yang dihasilkan kuat, kaku dan tidak menimbulkan kerusakan lingkungan. Oleh karena itu komposit polimer dengan selulosa
merupakan komposit alam karena mengandung pengisi organik dan sumbernya dari sumber yang dapat diperbaharui telah menimbulkan daya tarik yang besar karena tidak mempunyai efek terhadap lingkungan. Pemakaian serat selulosa dan pulp selulosa di dalam komposit polimer adalah bagian yang sangat menarik sebab serat selulosa dapat menjadi penguat atau pengisi yang baik pada sintesa komposit polimer untuk menambah kekuatan komposit sementara harga materialnya rendah (Khan, 1992; Woodham, 1984; Felix, 1991; Kazayawoko, 1997; Ray, dan Kokta, 1989, Wolcoot, 2005). Selain itu, komposit serat lignoselulosa dan matriks termoplastik menjadi perhatian dalam dunia akademis serta begitu juga dalam industri karena telah banyak memberikan keuntungan untuk membuat material baru (Li, & Wolcoot, 2004, Wang.dan Feng, 2003, Nunez dkk, 2002, Balasunja, dkk, 2001 dan Wu & Yu, 2000). Caulfed (2005) menyatakan pengembangan komposit termoplastik seperti poliolefin dengan menggunakan serat alam selulosa mempunyai banyak keuntungan yaitu; harganya rendah, banyak digunakan, tidak menggores, dapat diperbaharui, luntur dan mempunyai berat jenis rendah. Sedangkan menurut Smith dan Wollcott (2006) ada 4 (empat) faktor yang menjadi keunggulan dari pengembangan komposit poliolefin dan serat selulosa yaitu; kualitas/ harganya rendah, dampak kimianya tidak merusak lingkungan, pemanfaatannya efektif dan sangat cocok untuk bahan bangunan. Dalam hal lain, komposit poliolefin dengan penguat serat selulosa juga mempunyai kekurangan. Menurut Mahlberg (2001) sifat hidrofobik yang tinggi terutama pada termoplastik seperti poliolefin menjadi permasalahan
dalam hal kompatibilitas dan adhesi dengan serat selulosa. Perbedaan ini mengakibatkan komposit tidak kuat karena sifat mekaniknya sangat rendah.
1.1.3. Adhesi Pulp TKS dengan matriks polietilena
Sifat mekanik komposit selalu dihubungkan dengan adhesi antara matriks dan penguatnya. Bertambahnya sifat mekanik pada komposit pada serat yang telah dimodifikasi secara kimia menunjukkan perubahan interaksi dan adhesi diantara matriks dan serat yang dimodifikasi. Beberapa peneliti telah melaporkan bahwa meningkatnya sifat mekanik ini karena adhesinya meningkat disebabkan serat yang dimodifikasi lebih termoplastis sehingga permukaannya berinteraksi dan terikat dengan matriks yang termoplastik (Mahlberg, 2001).
Hambatan utama penggunaan Pulp TKS sebagai penguat komposit matriks polietilena adalah kekuatan tariknya rendah. Sifat kekuatan tarik komposit polietilena dengan pulp TKS telah diteliti (Risnawaty, 2006). Diperoleh adhesi antara pulp TKS di dalam matriks polietilena rendah karena sifatnya berbeda sehingga kompatibilitasnya juga rendah (Risnawaty, 2007). Menurut Rowell (2005) dan Schut (1997) kompatibilitas yang rendah disebabkan adhesi antara serat selulosa dengan matrik polimer tidak kuat, karena sifat kepolarannya berbeda. Selain itu adhesi yang terjadi antara gugus hidrofilik dari serat selulosa yang polar dan gugus hidrofobik dari matriks polimer yang non polar masih menjadi isu dan permasalahan untuk proses dan pengolahan kedua material tersebut (Laurent, 1998, Chang & Simonsen, 2006). Lignoselulosa yang hidrofilik
tidak dapat menempel dengan baik dengan matriks polimer yang hidrofobik (Karmaker, 1991).
1.1.4. Esterifikasi PulpTKS
Apabila polyolefin seperti polietilena digunakan sebagai matriks termoplastik dan serat selulosa atau pulp selulosa digunakan sebagai penguat dalam komposit polimer maka perubahan kompatibilitas dapat dilakukan (Zavin, 1984; Zadorecki & Michell 1989; Maldas & Kokta 1993 dan Gauthier dkk, 1998). Serat selulosa atau pulp selulosa dapat dimodifikasi dengan metode fisik dan metode kimia. Banyak cara-cara modifikasi untuk komposit poliolefin serat kayu yang telah dilakukan. Salah satunya ialah cara modifikasi esterifikasi dapat digunakan untuk meningkatkan adhesi antara matriks polimer dengan pulp selulosa. Dalam penyelidikan Mishra (1999) dengan menggunakan esterifikasi pada selulosa terjadi kenaikan kompatibilitas. Begitu juga dengan Seymour (1975) dan Li dkk (1998) menggunakan cara esterifikasi untuk memperbaiki kestabilan dimensi dan sifat anti nyala bahan baku. Modifikasi esterifikasi turunan selulosa dijumpai memiliki kompatibilitas yang lebih baik dengan matriks polimer setelah diolah dengan anhidrida maleat, dari pada tanpa modifikasi esterifikasi pada serat selulosa (Mishra dkk, 2000). Penyelidikan Sain (2006), melaporkan sifat mekanik dari komposit polimer poliester dengan penguat serat selulosa yang meningkat setelah selulosa diesterifikasi dengan anhidrida asetat. Pada esterifikasi selulosa kayu telah digunakan sejumlah bahan kimia seperti anhidrida asetat melalui asetilasi (Kumar & Kohli, 1985; Matsumura & Saka 1997 dan Carlos, 2005). Berdasarkan beberapa kajian yang telah
dilakukan yang berhubungan dengan modifikasi esterifikasi selulosa dan peningkatan adhesi dapat dikembangkan pada pulp selulosa yang berasal dari tandan kosong sawit yang mempunyai kandungan selulosa yang cukup tinggi. Oleh karena itu perlu adanya terobosan-terobosan penelitian terhadap pemanfaatan pulp selulosa TKS tanpa menimbulkan masalah terhadap lingkungan. Untuk menghasilkan komposit polimer matriks polietilena dengan penguat serbuk pulp TKS yang mempunyai adhesi yang kuat dapat dilakukan dengan proses modifikasi esterifikasi pada pulp selulosa. Pulp selulosa dapat diubah menjadi ester selulosa organik melalui esterifikasi asam karboksilat. Asam kaboksilat merupakan bahan pengester yang tidak menyebabkan degradasi selulosa. Namun reaktifitasnya yang sangat rendah terhadap gugus hidroksil selulosa dapat menghambat reaksi esterifikasi. Telah dilakukan penelitian, bahwa teknik esterifikasi selulosa menggunakan asam karboksilat dan didukung reaktan anhidrida asetat anhidrat yang murah menghasilkan ester selulosa (Vaca, 1998 dan Carlos, 2005). Dalam penyelidikan ini, modifikasi esterifikasi pulp selulosa tandan kosong sawit menggunakan anhidrida asetat dan anhidrida laurat dengan menggunakan LiCl/DMAc sebagai pelarut pulp TKS. Hal ini didasarkan pada penyelidikan Johnson (1985), Vaca (1998), Tosh & Saikia (2000) dan Tomas Heinze (2005).