KOMPOSIT MATRIKS POLIETILENA DIPERKUAT SERAT PULP TANDAN KOSONG SAWIT TERESTERIFIKAS
METODE Bahan
Plastik polietilena komersil dari BDH Chemical Ltd Poole England, Pulp TKS tanpa pemutihan, Anhidrida asetat, anhidrida laurat, asam sulfat pekat, etanol absolut dan Litium Chlorida Dimetil
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
Modifikasi esterifikasi serbuk Pulp TKS
Modifikasi esterifikasi serbuk Pulp TKS tanpa pemutihan dilakukan sesuai dengan dengan metode Deepaks Gulati(2006) dan Vaca (1998) dengan beberapa modifikasi. Media esterifikasi yang digunakan adalah anhidrida asetat dan anhidrida laurat.
Penyediaan komposit PE/Pulp TKS teresterifikasi dan tanpa esterifikasi
Pulp TKS esterifikasi atau tanpa esterifikasi ditambahkan ke dalam PE dengan komposisi 50%:50% dihomogenisasi dalam labu plastomil selama 30 menit pada temperatur 1350C dengan rpm 60. Spesimen test disiapkan dengan cetak tekan membentuk film tebal 2 mm pada suhu 1350 C selama 5 menit dengan 100 KN. Spesimen uji kuat tarik dibentuk menurut ASTM D 638-72 Type IV.
Karakterisasi dan Penentuan Derajat Substitusi (DS)
Harga derajat substitusi pulp TKS teresterifikasi ditentukan sesuai dengan metode Miladinov dan Hanna dengan beberapa modifikasi. Perubahan struktur kimia diukur dengan menggunakan spektra Perkin Elemer 1600 series FT. IR. Morfologi diselidiki dengan menggunakan SEM Model ASM-SX dan uji kekuatan tarik dan kemuluran specimen untuk setiap sampel dilakukan dengan menggunakan alat uji tarik Tokyo Testing Machine MFG SC-2DE.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Esterifikasi pulp TKS dengan asam asetat dan asam laurat
Tampilan serbuk pulp TKS yang diesterifikasi dengan asam asetat dan asam laurat dari pulp TKS yang tidak diesterifikasi terlihat berbeda. Ini dapat dilihat pada gambar 3.1 dan 3.2 dimana pada serat pulp TKS yang diesterifikasi lebih putih bila dibandingkan dengan pulp TKS tanpa esterifikasi yang terlihat padatan berwarna coklat. Perubahan warna ini, menunjukkan adanya penghilangan lignin dari permukaan serat karena seterifikasi pulp TKS telah diesterifikasi oleh media asam asetat dan asam laurat dan juga disebabkan pengaruh dari pelarut LiCl/DMAc yang menjadikan permukaan pulp TKS hasil esterifikasi lebih putih.
Sedangkan pengaruh katalis asam sulfat dan waktu terhadap derajat substitusi pulp TKS dengan asam asetat dan asam laurat, telah diselidiki dan hasilnya dapat dilihat pada tabel 3.1.
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
Gambar 3.1. (a) pulp TKS tanpa esterifikasi; (b) pulp TKS esterifikasi asam laurat; (c) pulp TKS esterifikasi asam asetat
Dari harga DS menunjukkan tidak terjadi degradasi selulosa dari pulp TKS karena adanya proses pelarutan LiCl/DMAc. Oleh karenanya, esterifikasi pulp TKS dengan asam asetat dan asam laurat dengan anhidrida asetat/laurat dalam LiCl/DMAc telah bereaksi dengan gugus OH glukosa dimana reaksi asetilasi lebih jelas pada asam lemak rantai pendek.
Tabel 3.1. Derajat substitusi pulp TKS asam asetat dan asam laurat dengan jumlah katalis dan waktu.
Bahan Jumlah katalis 4 jam 5
jam 6 jam
DS DS DS
Pulp TKS + asam asetat
Pulp TKS + asam laurat
10 % 20 % 30% 10 % 20 % 30 % 0,14 0,21 0,56 0,03 0,06 0.10 0,23 0,47 1,02 0,07 0,11 0,22 0,55 1,48 2,10 0,32 0,49 0,51 (a) (b) (c)
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
Pengaruh jumlah katalis H2SO4 waktu 6 jam harga derajat substitusi
ditunjukkan pada gambar 3.2.
Gambar 3.2. Jumlah katalis dan Derajat Subtitusi, esterifikasi 6 jam
Analisa Morfologi
Penyelidikan SEM gambar 3.4. memperlihatkan morfologi permukaan dari pulp TKS yang tidak diesterifikasi dan pulp TKS yang diesterifikasi. Terlihat bentuk dan ukuran pulp TKS tanpa esterifikasi bergumpal dan terlihat adanya pengelompokan. Terlihat pulp TKS esterifikasi asam asetat dan asam laurat bertambah besar dan tidak terjadi penggumpalan atau pengelompokan. Adanya pembengkakan yang tinggi pada permukaan pulp TKS teresterifikasi mempunyai pengaruh yang besar terhadap adanya penyebaran anhidrida asetat. Penyebaran anhidrida asetat ini menunjukkan telah terjadi reaksi esterifikasi antara selulosa dari pulp TKS dengan anhidrida asetat. Hasil penyelidikan SEM memperlihatkan pulp TKS dengan anhidrida laurat juga menunjukkan adanya pengaruh telah terjadi penyebaran anhidrida laurat pada serat selulosa.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 1 2 3 Jumlah Katalis (%) DS Asetat Laurat
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
Spektrum Infra merah (FT. IR) komposit PE/pulp TKS teresterifikasi dan tanpa esterifikasi
Gambar 3.4 memperlihatkan spektrum FT.IR dari PE/pulp TKS tidak diesterifikasi. Puncak serapan pada daerah gelombang 3425 cm-1 menunjukkan vibrasi dari jenis yang berbeda group OH yang didukung adanya serapan 1033 cm-1. Pada puncak 2916 cm-1 dapat diketahui merupakan serapan khas dari vibrasi strechig C-H yang didukung oleh serapan 1319 cm-1 dan serapan CH2 pada daerah 898 cm-1. Serapan pada
daerah 1164 cm-1 merupakan serapan khas C-O-C bentuk cincin selulosa.
Adanya penambahan puncak baru pada spektrum sampel menunjukkan adanya interaksi antara PE dengan pulpTKS/asetat disebabkan PE yang bersifat hidropobik dan pulp TKS yang sudah diesterifikasi dengan anhidrida asetat menjadi non polar sehingga dapat membentuk ikatan dengan polietilena gambar 3.5. Munculnya sebuah puncak baru pada 1720 cm-1 merupakan karakteristik vibrasi dari C=O ester (Wang Yeh, 2003), didukung intensitas spektrum yang ditunjukkan pada puncak 1164 cm-1 merupakan karakteristik jembatan C-O-C yang dihasilkan dari ikatan ester pulp TKS/asetat.
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
Gambar 3.6 spektrum FT.IR dari komposit PE/pulp TKS/laurat. Puncak serapan pada 1720 cm-1 merupakan vibrasi dari group C=O ester yang berasal dari PE/pulp TKS/laurat. Munculnya puncak baru pada komposit ini merupakan indikasi terjadinya ikatan permukaan diantara pulp TKS/laurat dengan polietilena. Intensitas spektrum yang ditunjukkan pada puncak 1164 cm-1 merupakan karateristik jembatan C- O-C yang dihasilkan dari ikatan ester pulp TKS/laurat.
Gambar 3.6 FT.IR Komposit PE/Pulp TKS /Laurat/DS 0,51
Kekuatan tarik komposit Polietilena denganPulp TKS esterifikasi dan tanpa esterifikasi
Kekuatan tarik dan kemuluran dari specimen komposit PE/ pulp TKS tidak diesterifikasi, PE/pulp TKS/asetat dan PE/pulp TKS /laurat terlihat pada tabel 3.2. Secara umum, komposit yang diperkuat dengan modifikasi kimia mempunyai kekuatan tarik yang lebih tinggi dibanding dengan komposit yang tidak dimodifikasi.
Diketahui bahwa meningkatnya kuat tarik pada serat yang diesterifikasi dengan anhidra asetat pada pulp TKS 6,75 µm dan esterifikasi dengan anhidra laurat pada pulp TKS 1,50 akibat telah terjadi reaksi asetilasi yang membuat permukaan serat menjadi lebih kasar dan kuat. Hal ini sesuai dengan hasil penyelidikan Jhan A dan Schroder MW (2002) bahwa peningkatan sifat mekanik pada serat berkaitan dengan penguatan dengan serat karena terputusnya hemiselulosa.
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
Tabel. 3.2. Kekuatan tarik dan kemuluran komposit PE/Pulp TKS, PE/ Pulp TKS/asetat dan PE/Pulp TKS /laurat
Komposisi PE /Pulp TKS Sampel Kekuatan tarik (MPa) Kemuluran 0 PE 8 - 50 : 50 PE/pulp TKS 1,50µm 14,23 9,67 50 : 50 PE/ pulp TKS 6,75µm/asetat/DS 2,10 20,41 10,63 50 ; 50 PE/pulpTKS 1,50µm/laurat /DS 0,51 22,05 10,63 KESIMPULAN
Pulp TKS yang diesterifikasi dengan asam asetat dan asam laurat telah diselidiki dengan reaksi asetat anhidrat. Harga DS bertambah dengan adanya pertambahan jumlah katalis dan waktu reaksi yaitu 0,55-2,1 untuk asam asetat dan 0,32-0,51 untuk asam laurat.
Dari hasil spektroskopi FT.IR terjadi esterifikasi pulp TKS dengan asam asetat dan laurat yang ditentukan dengan adanya group C=O ester melalui reaksi kima. Sementara PE/pulp TKS/laurat kekuatan tariknya lebih baik daripada PE/pulp TKS/asetat. Dari FT. IR bertambahnya pita serapan C=O ester menunjukkan adanya grafting diantara pulp TKS teresterifikasi dengan matriks PE.
DAFTAR PUSTAKA
Deepask G, (2006), “Surface Characteristics of Untreated and Modified Hemp Fibers”, Polymer Engineering and Science;46, 3,pg.269.
Feng Li et.al, (2011), Journal of Applied Polymer Science pages 3207– 3216.
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011
Michael P. Wollcotl, (2003), “Formulation and Process Development
of Flat-pressed Wood- Polyethylene Composite”, Forest
Product Journal vol. 53, No. 9.
Nenkova. S, Dobrilova. C. V, Natov. M, (2006), “Modification of Wood Flour with Maleic Anhidride for Manucfacture of Wood –
Polymer Composite”, Polymer & Polymer Composites ,
ProQuest Scienci Journals, pg. 185.
Risnawaty. Lely D., (2007), ‘Adhesion of Pulp Fruit Empty Bunch Esterification as Reinforced Polyethylene Composites’, 1st International Post Graduate and Under Graduate Chemistry Confrence, Student Post Graduate Chemistry,University of Sumatera Utara.
Rowell. R. M., (2006), “Chemical modification of wood”, Chapter 14. In: Handbook of Wood Composites. R.M.Rowell, ed. Taylor and Francis, Boca Raton, FL. Pp. 381-420.
Sailaja, Deepthi, (2011), “Mechanical and Thermal Properties of Composites of LLDPE and Esterified Unbleached Wood Pulp’, Polymer Composites Brokfield. Vol. 32, Iss. 2;pg 199, 11 pgs.
Seung Han, Hyun- Kim, Jungil S, (2004), “Rice- Husk Flour Filled Polypropylene Composite: Mechanical and Morpholocical Study”, Composite Structure 63, 305-312.
Vaca. C, Thiebaud, S. (1998), “Cellulose Esterification with Fatty Acids and Acetic Anhydride in Lithium Chloride/N. N- Dimethylacetamide Medium”, JAOCS, Vol. 75, No. 2.
Wiechage. B, Th. Lampke, H. Utshick , F. Soergel, (2003), “Processsing of Natural- Fibre Reinforced Polymer and the
Resulting Dynamic- Mechanical Properties”, Journal of
Material Processing Technology , 139, 140-146.
Wang. Yeh , Feng, Sum, Chan , Shen Han, (2003), “Effectiveness of Functionalized Polyolefins as Comatibilizers or Polyethylene/Wood Flous Composites”, Polymer engineering and science. Brookfield center. Vol. 43, iss 4 : pg. 933, 12 pgs.
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2011