Simbol Keterangan Dimensi
Ao luas penampang awal mm2
F maks beban maksimum kgf
σ kekuatan tarik kgf/mm2
ρ massa jenis lateks karet alam tervulkanisasi gr/cm3
ρ massa jenis toluena gr/cm3
ρNRL massa jenis lateks karet alam gr/cm3
Vo toluena volume molar toluena mol.cm-3
Wd massa awal produk lateks karet alam gram
Wsol massa pelarut yang terjerap dalam produk lateks
karet alam
gram
X toluena parameter interaksi toluena
viii
ABSTRAK
Kulit singkong merupakan limbah industri yang mengandung selulosa dan berpotensi menjadi bahan pengisi dalam produk film lateks karet alam. Kajian tentang pengaruh suhu vulkanisasi dan penyerasi alkanolamida pada pembuatan produk film lateks karet alam telah dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan suhu vulkanisasi dan komposisi penyerasi alkanolamida yang optimum dalam menghasilkan densitas sambung silang dan sifat mekanik seperti kekuatan tarik, pemanjangan saat putus, dan modulus tarik yang terbaik. Pembuatan produk film lateks karet alam dilakukan dengan teknik pencelupan berkoagulan. Lateks karet alam berpengisi tepung kulit singkong dan alkanolamida sebanyak 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 dan 2,5% berat. Pembuatan produk lateks karet alam dimulai dengan proses pra-vulkanisasi pada suhu 70°C dan diikuti dengan proses pra-vulkanisasi pada suhu 100°C dan 120°C selama 20 menit. Dari hasil karakterisasi FTIR diperoleh bahwa alkanolamida sebagai bahan penyerasi memiliki gugus polar yang mampu memodifikasi pengisi tepung kulit singkong dan gugus non polar yang mampu memodifikasi matriks lateks karet alam. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa suhu vulkanisasi yang lebih tinggi akan meningkatkan terjadinya reaksi sambung silang yang ditunjukkan dengan meningkatnya sifat mekanik produk lateks karet alam pada suhu vulkanisasi 120°C dibandingkan dengan 100°C. Alkanolamida merupakan senyawa yang dapat bertindak sebagai agen vulkanisasi dalam produk lateks karet alam yang dibuktikan dengan meningkatnya nilai densitas sambung silang hingga penambahan 1% senyawa alkanolamida. Hasil uji mekanik selanjutnya didukung oleh analisa scanning electron microscopy (SEM) yang menunjukkan adanya permukaan patahan yang mulus dan efek sobekan matriks pada produk lateks karet alam dengan penambahan 1% senyawa alkanolamida. Kata kunci : lateks karet alam, kulit singkong, alkanolamida, suhu vulkanisasi,
ix
ABSTRACT
Cassava peel is a waste by-product that contains cellulose which was potential to be used as fillers in natural rubber latex products. The study on the effect of drying temperature and alkanolamide compositon on the mechanical properties of natural rubber latex products was done in order to obtain the optimum drying temperature and alkanolamide composition in producing crosslink density and mechanical properties such as tensile strength, elongation at break, and tensile modulus. Natural rubber latex was produced by using coagulant dipping method. Natural rubber latex was filled with cassava peel waste powder and alkanolamide with composition 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5% wt. The manufacture of natural rubber latex products was started by pre-vulcanization process at 70°C and followed with vulcanization process at 100°C and 120°C for 20 minutes. The result of FTIR characterization showed that alkanolamide as compatibilizer has polar group which can modified cassava peel waste and non-polar group which can modified the natural rubber latex. The results of mechanical properties showed that higher drying temperature will improved the crosslink reaction which was shown from the mechanical properties at 120°C were higher than the mechanical properties at 100°C. Meanwhile, alkanolamide was a substance that can be used as co-curing agent in natural rubber latex which was proven from the improvement of crosslink density until the addition of 1% alkanolamide. The results of mechanical properties were supported by Scanning Electron Microscopy which showed smooth surface and some matrix tearing on the morphology of natural rubber latex products with the addition of 1% alkanolamide.
Kata kunci : natural rubber latex, cassava peel, alkanolamide, drying temperature, coagulant dipping method
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Dewasa ini, pembuatan produk lateks karet alam dengan penambahan pengisi organik maupun anorganik telah menyita banyak perhatian peneliti karena menunjukkan adanya sifat dan karakteristik yang khusus dan unik pada produk lateks karet alam [1-3]. Lateks karet alam terdiri dari 93-95% cis-1,4-poliisoprena yang diperoleh dari hasil penyadapan batang pohon karet Hevea Brasiliensis. Lateks karet alam merupakan sumber daya alam terbarukan yang memiliki kekuatan (strength) dan pemanjangan (elongation) yang baik [4-5]. Produk-produk yang dihasilkan dari lateks karet alam antara lain seperti sarung tangan, benang karet, balon, kateter, pembalut luka elastis, kondom, tiup stetoskop dan lain-lain [6].
Produk lateks karet alam umumnya mempunyai sifat mekanik yang lebih rendah dibandingkan dengan produk lateks karet alam yang sudah diberi tambahan seperti bahan pengisi [7]. Untuk meningkatkan sifat mekanik dari lateks karet alam perlu dilakukan kajian dengan menambahkan bahan pengisi (filler) ke dalam formulasi lateks karet alam [8]. Penambahan bahan pengisi di dalam lateks karet alam diyakini dapat menguatkan vulkanisat produk karet, sehingga sifat-sifat mekanik seperti kekuatan tarik (tensile strength) menjadi meningkat [9].
Beberapa penelitian tentang pembuatan produk lateks karet alam umumnya menggunakan pengisi mineral anorganik seperti kalsium karbonat [10], sodium
montmorillonite [11], dan kaolin [12]. Adapun pengisi organik seperti pati singkong
[13], pati jagung [14], dan pati kentang [15] juga pernah digunakan sebagai bahan pengisi dalam produk lateks karet alam. Hasil-hasil dari penelitian tersebut menunjukkan bahwa adanya penambahan pengisi organik maupun anorganik dalam produk lateks karet alam dapat meningkatkan kekuatan tarik (tensile strength) dan densitas sambung silang (crosslink density) dari produk vulkanisat [10-15].
Di samping itu, masalah lingkungan merupakan hal yang serius sehingga menuntut pemanfaatan limbah untuk sesuatu yang berguna baik dari segi sudut pandang ekologi dan ekonomi [16]. Pemanfaatan limbah dari hasil pertanian yang
2
melimpah dan dapat diperoleh sepanjang tahun seperti limbah kulit singkong sudah pernah dilakukan, seperti bahan baku pembuatan bioetanol dengan bakteri
Saccharomyes cereviseae [17]. Melihat potensi dari limbah kulit singkong yang
mengandung selulosa yang cukup tinggi, maka kulit singkong cocok digunakan sebagai pengisi organik dalam produk lateks karet alam. Hal ini disebabkan karena selulosa memiliki ikatan hidrogen yang kuat dan tidak mudah larut dalam pelarut
(solvent) yang umum [18]. Akaranta, et al [19] meneliti bahwa penambahan pengisi
tepung kulit singkong termodifikasi menjadi selulosa asetat dalam matriks LDPE
(Low Density Polyethylene) dapat meningkatkan sifat mekanik dan karakteristik
produk komposit LDPE (Low Density Polyethylene) [19].
Adapun kendala yang terdapat dalam penyediaan produk lateks karet alam yaitu kurang serasinya antara pengisi yang hidrofilik dan lateks karet alam yang hidrofobik. Untuk itu, diperlukan modifikasi seperti pertukaran ion pada kation di bagian luar pengisi dengan menggunakan surfaktan organik [20]. Proses ini dilakukan dengan mengikatkan rantai hidrokarbon (surfaktan) pada permukaan lapisan pengisi yang hidrofilik sehingga memungkinkan pengisi bercampur dengan lateks karet alam yang hidrofobik [21].
Surfaktan organik yang pernah digunakan dalam beberapa penelitian
sebelumnya yakni octadecylamine dan octadecyltrimethyl ammonium bromide
(ODTMA) [20] dan polietilen glikol [22]. Keawkumay, et al [20] meneliti bahwa penambahan surfaktan octadecylamine dan octadecyltrimethyl ammonium bromide (ODTMA) dalam produk lateks karet alam berpengisi montmorillonite (MMT) meningkatkan kekuatan antarfasa antara matriks dan pengisi [20]. Gonzalez, et al [22] meneliti bahwa penambahan surfaktan polietilen glikol dalam produk lateks karet alam berpengisi montmorillonite (MMT) meningkatkan kekuatan tarik (tensile
strength) dan meningkatkan kekuatan antarfasa antara matriks dan pengisi [22].
Adapun jenis surfaktan organik lain yang pernah digunakan adalah alkanolamida. Alkanolamida merupakan hasil reaksi antara asam lemak turunan minyak sawit yaitu RBDPS (Refined Bleached Deodorized Palm Stearin) dengan dietanolamina, dimana molekul-molekul alkanolamida tersebut memiliki sifat polar dan non polar, rantai hidrokarbon yang panjang bersifat non polar sedangkan gugus amidanya bersifat sangat polar [23]. Alkanolamida banyak digunakan sebagai bahan
3
foam boosting dan dalam campuran bahan surfaktan lain berguna sebagai cairan
pencuci piring dan juga dalam pembuatan shampoo [24]. Oleh karena itu, alkanolamida memiliki potensi untuk digunakan sebagai bahan penyerasi pada produk lateks karet alam seperti penelitian sebelumnya. Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa penggunaan alkanolamida dapat memodifikasi pengisi silika [23] dan kaolin [25] sehingga produk lateks karet alam yang dihasilkan memiliki sifat mekanik yang lebih baik dibandingkan tanpa adanya modifikasi.
Berdasarkan uraian di atas, maka tepung kulit singkong sesuai digunakan sebagai salah satu pengisi organik karena memiliki sifat yang ramah lingkungan serta berasal dari pemanfaatan limbah buangan kulit singkong. Penggunaan bahan penyerasi alkanolamida juga diharapkan dapat meningkatkan interaksi antarfasa
(interfacial adhesion) antara pengisi tepung kulit singkong dengan matriks lateks
karet alam.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Dalam penelitian ini yang menjadi permasalahan adalah :
1. Pengaruh suhu vulkanisasi terhadap sifat mekanik dan karakteristik produk lateks karet alam berpengisi tepung kulit singkong dengan adanya perbandingan suhu vulkanisasi.
2. Pengaruh penambahan alkanolamida sebagai bahan penyerasi terhadap sifat mekanik dan karakteristik produk lateks karet alam berpengisi tepung kulit singkong dengan adanya perbandingan komposisi alkanolamida.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan suhu vulkanisasi dan komposisi bahan penyerasi alkanolamida yang terbaik terhadap sifat mekanik dan karakteristik produk lateks karet alam berpengisi tepung kulit singkong seperti densitas sambung silang (crosslink density), kekuatan tarik (tensile strength), pemanjangan saat putus
(elongation at break), dan modulus tarik (tensile modulus) serta ditunjukkan oleh
karakteristik Fourier Transform Infra-Red (FTIR) dan didukung oleh analisa
4 1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Salah satu alternatif untuk mengurangi pencemaran lingkungan yang
diakibatkan limbah padat kulit singkong yang dihasilkan oleh industri rumah tangga.
2. Memberikan informasi tambahan bagi dunia industri tentang pemanfaatan lanjutan limbah padat kulit singkong.
3. Memberikan informasi terutama dalam bidang rekayasa teknologi tentang pengaruh komposisi alkanolamida sebagai bahan penyerasi pada produk lateks karet alam sehingga dapat diketahui komposisi penyerasi yang terbaik.
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Organik Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Departemen Kimia, Universitas Sumatera Utara dan Laboratorium Lateks, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan baku yang digunakan pada penelitian ini yaitu :
1. High Ammonia Lateks dengan kandungan 60% karet kering.
2. Bahan kuratif lateks karet alam seperti sulfur, zink oksida (ZnO), zinc
diethyldithiocarbamate (ZDEC), dan antioksidan (AO). Bahan-bahan kuratif
ini diperoleh dari Farten Technique (M) Sdn Bhd, Pulau Penang, Malaysia.
3. Kulit singkong yang telah dikeringkan dan dihancurkan hingga berukuran 100
mesh (150 µm).
4. Alkanolamida yang disintesa dari bahan baku RBDPS (Refined Bleached
Deodorized Palm Stearin) yang diperoleh dari PT. Socfin Indonesia.
Variabel-variabel yang dilakukan dalam penelitian ini adalah : Tabel 1.1 Variabel Tetap Yang Dilakukan Dalam Penelitian
No Variabel Keterangan
1 Kadar tepung kulit singkong 10%
2 Larutan dispersi tepung kulit singkong dan alkanolamida 10 phr
3 Ukuran partikel tepung kulit singkong 100 mesh
4 Suhu pra-vulkanisasi 70 °C
5
Tabel 1.2 Variabel Berubah Yang Dilakukan Dalam Penelitian
No Variabel Keterangan
1 Suhu vulkanisasi 100 °C; 120 °C
2 Kadar alkanolamida 0%; 0,5%; 1%; 1,5%; 2%; 2,5%
Formulasi larutan dispersi tepung kulit singkong dan alkanolamida yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
Tabel 1.3 Formulasi Larutan Dispersi Tepung Kulit Singkong dan Alkanolamida
Bahan Persentase (%)
Tepung kulit singkong 10 10 10 10 10 10
Alkanolamida 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Air 90 89,5 89 88,5 88 87,5
Formulasi lateks karet alam dan bahan kuratif yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
Tabel 1.4 Formulasi Lateks Karet Alam dan Bahan Kuratif
Bahan Kadar (phr)
High Ammonia Lateks 60 % karet kering 100
Larutan Sulfur 50 % 1,8
Larutan ZDEC 50 % 1,8
Larutan ZnO 30 % 0,5
Larutan Antioksidan 50 % 1,2
Larutan KOH 10 % 1,8
Larutan Dispersi Tepung Kulit Singkong dan Alkanolamida 10
Uji-uji yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
1. Uji kekuatan tarik (tensile strength), pemanjangan saat putus (elongation at
break), dan modulus tarik (tensile modulus) dengan standar internasional
ASTM D412.
2. Uji densitas sambung silang (crosslink density) dengan standar internasional ASTM D471.
3. Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM) di Laboratorium Scanning
Electron Microscope (SEM), Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Teknologi Bandung.
4. Karakterisasi Fourier Transform Infra Red (FTIR) di Laboratorium Penelitian, Fakultas Farmasi, Universitas Sumatera Utara.
6
