Irfan Mustafa
Jurusan Kimia Fakultas MIPA, Universitas Syiah Kuala Email : [email protected]
Abstrak
Penelitian tentang pencampuran (poliblen) antara polipropilena, karet alam SIR 20, serbuk cangkang sawit dengan benzoil peroksida dan asam akrilat telah dilakukan.
Penambahan asam akrilat sebagai jembatan penghubung dapat meningkatkan kompatibilitas poliblen. Proses pencampuran dilakukan dengan metode refluks menggunakan pelarut xylena pada temperatur 140oC selama 3 jam. Hasil uji mekanis optimum diperoleh pada penambahan asam akrilat 5% yaitu kekuatan tarik 0,87 Kgf/mm2, kemuluran 9,67% dan uji waktu getas 195 menit. Pengujian mikroskopis elektron payaran terlihat permukaan yang terdistribusi secara merata (kompatibel), sedangkan analisa spektroskopi infra merah menunjukkan adanya interaksi ikatan antara campuran, baik secara homopolimerisasi maupun ikatan silang
Kata Kunci : Poliblen, kompatibilitas, refluks, ikatan silang, homopolimerisasi
1. Pendahuluan
Polipropilena merupakan salah satu bahan baku utama termoplastik yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Banyaknya penggunaan dan pemakaian plastik dalam kehidupan, telah menimbulkan dampak negatif terhadap lingkungan hidup dengan adanya sampah plastik. Sifat-sifat plastik antara lain: tidak dapat membusuk atau terurai secara alami dan tidak dapat menyerap air,se- hingga sampah plastik dapat dipakai kembali walaupun mengalami sedikit perubahan sifat fisika dan kimia (Al-Malaika,1983).
Salah satu alasan penting lainnya yang melatar belakangi penelitian ini adalah kenyataan bahwa di Indonesia terdapat banyak perkebunan kelapa sawit yang produksinya setiap tahun terus meningkat. Limbah padat yang dihasilkan dari perkebunan kelapa sawit belum termanfaatkan secara maksimal. Beberapa penelitian telah menggunakan serbuk tandan kosong sawit, pelepah dan batang sawit sebagai bahan pengisi termoplastik polipropilena sampai kadar 35% (Wirjosentono,1996). Serbuk kelapa sawit telah digunakan sebagai bahan pengisi dalam matriks karet alam (Ismail dan Hasliza,1999). Ismail dan Jaffri (1999) telah menggunakan serbuk tandan kosong sawit sebagai bahan pengisi poliblen, polioleofin yang dapat terdegradasi oleh mikroba dan cuaca.
Pencampuran antara bahan pengisi serbuk cangkang sawit dengan polipropilena memerlukan teknik pengolahan tersendiri dan tidak dapat dilakukan secara konvensional. Salah satu teknik pengolahan reaktif yang secara defenisi diartikan sebagai pengolahan bahan polimer, bersama bahan aditif dan melibatkan reaksi kimia selain proses pencampuran fisis.
Teknik pengolahan reaktif ini dapat digunakan dalam berbagai bidang teknologi polimer mulai dari pencampuran, pembuatan poliblen, pengolahan dan modifikasi. Diharapkan hasil akhir dari modifikasi tersebut adalah kenaikan kompatibilitas polimer dengan bahan pengisi.
Pencampuran termoplastik polipropilena yang diperkuat serbuk cangkang sawit cenderung tidak berlangsung secara homogen. Hal ini disebabkan sifat bahan polimer komponennya yang mempunyai kepolaran yang berbeda sehingga menghasilkan poliblen dengan pencampuran rendah. Apabila keduanya dicampur akan menbentuk suatu sistem polar-nonpolar yang tidak menimbulkan interaksi antara kedua bahan polimer tersebut. Pengolahan kedua sistem polimer, ISBN 978-979-95845-9-5 SEMINAR NASIONAL KIMIA
Surabaya, 28 Juli 2009
Diselenggarakan oleh Jurusan Kimia FMIPA-ITS
AF-89 perlu penambahan lain yang berfungsi sebagai jembatan penghubung diantara campuran agar meningkatkan kompatibilitasnya (Wirjosentono, 1999). Rendahnya kompatibilitas antara polimer dan bahan pengisi disebabkan lemahnya adhesi matriks polimer hidrokarbon pada permukaan bahan pengisi sehingga hanya berinteraksi secara fisik.
Kepolaran yang berbeda memerlukan suatu gugus polar pada fase permukaan yang dapat terbentuk bila senyawa peroksida ditambahkan pada matriks polimer (Sain, 1994).
Penelitian Yulismar (2001) memperlihatkan bahwa dalam proses pencampuran antara polipropilena dengan adanya pulp tandan kosong sawit, karet alam, benzoil peroksida dan asam akrilat menggunakan labu plastomil menghasilkan kompatibilitas yang homogen. Derajat ikatan silang dari campuran karet alam dan polipropilena tersebut meningkat sehingga kekuatan tarik dan ketahanan terhadap pelarut juga meningkat.
Proses pencampuran antara polipropilena-karet alam SIR 20-serbuk cangkang sawit dengan jembatan penghubung asam akrilat, penambahan karet alam SIR 20 terutama untuk meningkatkan kekerasan dan merupakan cara penting untuk meningkatkan kualitas polipropilena. Karet merupakan salah satu polimer alam yang mempunyai kekuatan tarik tinggi, elastisitas dan kekuatan tumbuk yang baik, serta memiliki sifat elastis dan kuat tarik yang tinggi sehingga dapat digunakan sebagai pemelastis dalam poliblen dengan tingkat kompatibilitas yang lebih baik.
2. Eksperimen
Penelitian utama dilaksanakan di laboratorium kimia fisika dan Laboratorium Penelitian Jurusan Kimia FMIPA Unsyiah Banda Aceh. Untuk karakterisasi dilaksanakan di Laboratorium Polimer USU dan Laboratorium Kimia Organik UGM.
Pembuatan poliblen
Blending polipropilena, karet alam SIR 20, serbuk cangkang sawit, yang dilarutkan dalam xilena dan ditambahkan benzoil peroksida, dan asam akrilat disesuaikan dengan komposisi (tabel 1).
Tabel 1. Komposisi poliblen polipropilena/ karet alam SIR-20/cangkang sawit/benzoil peoksida/asam akrilat
Komposisi (%)
No PP KA SIR 20 CKG SWT BPO As. Akr
1 51 34 15 0.5 1
2 51 34 15 0.5 3
3 51 34 15 0.5 5
4 48 32 20 0.5 1
5 48 32 20 0.5 3
6 48 32 20 0.5 5
7 42 28 30 0.5 1
8 42 28 30 0.5 3
9 42 28 30 0.5 5
Polipropilena terlebih dahulu dimasukkan kedalam alat refluks , karet alam SIR 20 dan serbuk cangkang sawit dengan pelarut xylena. Kemudian ditambahkan benzoil peroksida dan asam akrilat, refluks hingga homogen. Proses blending dilakukan pada temperatur 140oC selama 3 jam sehingga diperoleh poliblen polipropilena/karet alam SIR 20/serbuk cangkang sawit/benzoil peroksida/asam akrilat.
Poliblen cair yang terbentuk, kemudian dituang pada cawan petri, dibiarkan sampai semua pelarut menguap dan dimasukkan kedalam open pada suhu 40oC sehingga didapat poliblen kering. Campuran dicetak tekan panas pada suhu 175oC akan didapat film campuran polimer lalu dicetak menjadi specimen.
Pembuatan Film Specimen Poliblen
Dua gram poliblen diletakkan di antara lempengan baja yang berukuran 15x15 cm yang terlebih dahulu dilapisi dengan lembaran aluminium. Lempengan kemudian diletakkan di antara pemanas mesin pencetak tekan yang di panaskan pada suhu 175oC selama 3 menit tanpa
AF-90 tekanan. Pemanasan dilanjutkan selama 3 menit pada suhu 175oC dengan tekanan 90 kN, kemudian kedua lempengan baja segera diambil dan didinginkan dengan air pendingin.
Perlakuan ini dilakukan untuk semua komposisi campuran (wirjosentono, B, 1996) Karakterisasi poliblen
a. Pengujian sifat mekanik
Spesimen yang digunakan untuk uji kekuatan tarik berdasarkan ASTM-D638, dilakukan dengan alat uji tarik terhadap tiap spesimen dengan ketebalan 1 mm dan ukuran spesimen. Alat dikondisikan pada beban 100 kgf dengan kecepatan penarikan 10 mm/menit Data pengukuran tegangan dan regangan diubah menjadi kuat tarik.
b. Pengujian stabilitas termal (waktu getas)
Specimen yang telah dipotong dengan ukuran 20x30 mm dipanaskan didalam oven dengan suhu konstan 140oC. Lalu diuji kegetasan specimen dengan melipat specimen 180o dan dicatat waktu getas masing-masing specimen.
c. Pengujian lanjutan
Analisa ini menggunakan mikroskopis elektron payaran (SEM) dan spektroskopi infra merah fourier transform (FT-IR)
3. Hasil dan Pembahasan
Secara tekhnologi, campuran polimer yang dihasilkan dengan metode campuran lelehan (Melt mixing) lebih baik daripada pencampuran dalam larutan. Buruknya interaksi antara bagian-bagian molekul (adhesi), menyebabkan tingginya tegangan antarmuka lelehan yang mengakibatkan sulitnya mendispersikan komponen penyusun sebagaimana mestinya selama pencampuran, sehingga berakibat dininya kegagalan mekanik dan kerapuhan campuran polimer. Cara untuk mengatasi masalah ini dinamakan kompatibilisasi (Al-Malaika, S., 1997).
Kompatibilitas merupakan beberapa proses yang mempertinggi sifat-sifat campuran untuk membuatnya lebih berguna. Polimer yang lebih kompatibel secara termodinamik memberikan pencampuran yang lebih baik. Hal ini disebabkan oleh ukuran yang dihasilkan selama pencampuran lebih kecil dan volume antara fase juga lebih kecil [8].
Karakterisasi Sifat Mekanis
Pengujian sifat mekanis bahan polimer dilakukan untuk mendapatkan data pencampuran suatu bahan. Berdasarkan data uji tarik ini akan diperoleh kurva tegangan regangan (stress-strain). Informasi yang diperoleh dari kurva tegangan regangan itu adalah kekuatan tarik saat putus dan perpanjangan pada saat putus dari bahan [9]. Pengujian sifat mekanis penting untuk melihat tingkat kompatibilitas suatu campuran polimer dan menentukan campuran polimer yang akan dipilih sesuai dengan sifat mekanis yang diinginkan.
Tabel 2. Hasil uji tarik pencampuran polipropilena/karet alam/cangkang sawit/benzoil peroksida/asam akrilat dengan kekuatan tarik (kgf/mm2) dan kemuluran (%)
Komposisi (%)
AF-91 Berdasarkan Tabel 2. dapat dilihat bahwa pencampuran dengan penambahan asam akrilat ternyata dapat meningkatkan sifat mekanis poliblen. Data uji tark menunjukkan terjadinya peningkatan kekuatan tarik pada komposisi 9 dengan nilai 0,87 Kgf/mm2 dan kemuluran 9,67%.
Secara mekanisme reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : ROOR
H (PP) 2RO
+ CH2=CHCOOH
(PP Rad) ROH ROCH2-CH-COOH
+CH2=CHCOOH + CH2=CHCOOH
ROCH2-CH-COOH
CH2-CH-COOH
CH2CHCOOH
(Ikatan silang antara PP dgn as.akrilat) (Homopolimerisasi asam akrilat) Gambar 1. Reaksi Pembentukan Radikal antara BPO dengan Asam Akrilat pada Polipropilena.
Telah dilaporkan bahwa kompatibilitas campuran polimer dapat diukur dari besarnya kekuatan tarik dan kemuluran bahan polimer setelah pencampuran Kompatibilitas bahan polimer dengan polimer lain dipengaruhi oleh komposisi masing-masing komponen dalam campuran. Hal ini disebabkan oleh interaksi yang terjadi antara matrik polipropilena/karet alam dan selulosa (cangkang) menjadi lebih baik dengan adanya asam akrilat sebagai jembatan penghubung antara gugus non polar pada polipropilena / karet alam dan polar dari selulosa.
Demikian pula dengan adanya bahan karet dalam poliblen menyebabkan peningkatan kemuluran, karena sifat karet sebagai bahan elastomer dan tahan goresan, sehingga memberikan kekuatan tarik optimal.
Uji Degradasi Termal (Waktu Getas)
Uji degradasi termal dilakukan dengan pengamatan waktu getas dari spesimen poliblen. Pengukuran dilakukan saat terjadi degradasi terhadap spesimen poliblen dengan berbagai komposisi setelah pemanasan pada suhu 140oC.
Tabel 2. Hasil pengukuran waktu getas Poliblen polipropilena ( T = 140oC) Komposisi (%)
No PP KA SIR 20 CKG
SWT BPO As. Akr
Waktu getas (menit
1 51 34 15 0.5 1 30
2 51 34 15 0.5 3 90
3 51 34 15 0.5 5 165
4 48 32 20 0.5 1 60
5 48 32 20 0.5 3 105
6 48 32 20 0.5 5 165
7/ A 42 28 30 0.5 1 75
8/ B 42 28 30 0.5 3 150
9/ C 42 28 30 0.5 5 195
Data pengukuran waktu getas ( tabel 2 ) memperlihatkan pengaruh asam akrilat terhadap waktu degradasi termal (getas) bahan polimer. Dicontohkan poliblen dengan komposisi no.1 menunjukkan waktu getas paling rendah, hal ini dimungkinkan dengan masih adanya epoksi karet alam yang memiliki struktur ikatan tidak jenuh, akibatnya memicu proses degradasi. Penambahan asam akrilat mampu mengatasi masalah tersebut dengan menjadikan
AF-92 rantai polipropilena atau karet memiliki cangkokan polar. Adanya gugusan ini, diharapkan dapat berinteraksi dengan senyawa yang bersifat polar. Dengan demikian jelaslah bahwa tingkat kompatibilitas sangat berpengaruh terhadap daya termal polimer, dimana peningkatan waktu getas berbanding lurus dengan kenaikan kekuatan mekanis bahan.
Disisi lain, derajat kompatibilitas juga digambarkan sebagai kekuatan interaksi yang terjadi antara rantai-rantai polimer, sehingga membentuk campuran yang homogen.
Kompatibilitas yang baik dapat diartikan bahwa serat sudah terdistribusi secara merata, berdasarkan analisa penyinaran Mikroskopis elektron payaran (SEM). (gambar 2).
(a) (b) (c)
Gambar 2. Foto SEM poliblen berdasarkan kandungan asam akrilat : a) Poliblen Tipe A (1g) b) Tipe B (3g) c) Tipe C (5g)
Analisis SEM membantu untuk mengetahui bentuk dan perubahan permukaan dari suatu bahan. Pada prinsipnya bila terjadi perubahan pada suatu bahan misalnya patahan, lekukan dan perubahan strukturnya dari permukaan maka bahan cenderung mengalami perubahan energi. Energi yang berubah tersebut dapat dipancarkan, dipantulkan dan diserap serta diubah bentuknya menjadi fungsi gelombang elektromagnetik lainnya yang dapat ditangkap dan dibaca pada foto.
Pencampuran polipropilena, karet alam SIR 20, cangkang sawit, benzoil peroksida, asam akrilat menghasilkan kompatibilitas yang lebih tinggi dengan permukaan campuran yang lebih merata (Gambar 2. Tipe C dibandingkan A dan B ) Kenaikan kompatibilitas pencampuran tersebut menunjukkan adanya peranan asam akrilat sebagai jembatan penghubung antara matriks polipropilena dengan serbuk pengisi cangkang sawit. Adanya benzoil peroksida berperan menginisiasi reaksi ikatan rangkap asam akrilat dengan rantai karet alam atau polipropilena sedangkan gugus karboksilat dari asam akrilat akan berinteraksi dengan gugus hidroksil dari rantai selulosa cangkang sawit.
Analisis Gugus Fungsi dengan FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)
Analisis dengan spektroskopi infra merah dilakukan untuk mengidentifikasi adanya perubahan gugus fungsi yang terdapat pada poliblen polipropilena. Perbandingan posisi absorpsi dalam spektrum infra merah suatu sampel dengan daerah absorpsi karakteristik, menunnjukkan identifikasi pada keberadaan ikatan dan gugus fungsi dalam polimer.
a. Analisis FT-IR Polipropilena komersial
Spektrum FT-IR polipropilena komersial (Gambar 3) menunjukkan serapan pada 2723,3 cm-1 merupakan khas polipropilena (CH) tersier, data ini didukung uluran CH2 pada 1400 cm-1 dan 1300-1100 cm-1 juga merupakan serapan CH. Sidik jari (finger print) pada 800-700 cm-1 menunjukkan adanya CH3 dan 840 cm-1 adalah (CH2)n memanjang.
AF-93 Gambar 3. Spektrum FT-IR Polipropilena
b. Analisis FT-IR Poliblen polipropilena/KA SIR-20/Cangkang sawit/Asam akrilat
Spektrum pada Gambar 4 menunjukkan telah terjadi interaksi antara polipropilena, karet alam dan cangkang sawit, hal ini ditunjukkan dengan munculnya puncak serapan pada daerah bilangan gelombang 2962,5 cm-1 – 2869,9 cm-1 khas untuk C-H dari polipropilena dan karet alam, yang didukung oleh munculnya serapan bilangan gelombang pada daerah 1377,1 cm-1 dan 1458,1 cm-1 khas untuk cangkang sawit.
Gambar 4. Spektrum FT-IR Poliblen Polipropilena, karet alam SIR-20, cangkang sawit, benzoil peroksida dan asam akrilat (5 g)
Puncak serapan pada daerah bilangan gelombang 3421,5 cm-1 adalah khas untuk gugus OH dari cangkang sawit yang didukung oleh munculnya puncak serapan pada daerah bilangan gelombang 1045,3 cm-1. adanya puncak pada serapan bilangan gelombang 1716,5 cm-1 merupakan pita serapan gugus karbonil C=O dari asam akrilat. Akan tetapi munculnya bilangan gelombang pada 1616,2 cm-1 menunjukkan adanya ikatan C=C yang serapannya menurun. Hal ini menunjukkan bahwa ikatan C=C dari asam akrilat telah mengalami pengurangan sehingga ikatan antara poliblen lebih baik secara homopolimerisasi maupun secara ikatan silang.
AF-94 4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Uji kompatibilitas dengan analisa mikroskopis diperoleh poliblen polipropilena dapat terdistribusi secara merata dan kompatibel karena adanya asam akrilat sebagai jembatan penghubung antara polipropilena dengan cangkang sawit.
2. Hasil pengujian mekanik dari poliblen didapatkan optimum pada komposisi Polipropilena 42%, Karet alam SIR-20 28%, Cangkang sawit 30%, Benzoil peroksida 0,5% dan Asam akrilat 5%.
3. Hasil analisa FT-IR yang diperoleh, menunjukkan adanya interaksi kimia diantara bahan-bahan penyusun poliblen.
Penghargaan
Peneliti mengucapkan terima kasih dan penghargaan setinggi-tingginya kepada Bapak Prof.Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, Bapak Dr.Ir. Purboyo, M.Sc, Bapak Dr.Harry Agusnar M.Phill serta ibu Dr. Ir Marlina M.Si yang telah banyak membantu selama penelitian ini dilaksanakan
Daftar Pustaka
Al-Malaika, S. and G. Scot, 1983, “Degradasi and Stabilisation of Polyoleofins”, App. Sci.Publ, Ltd.
London.
Al-Malaika, S., 1997, “Reactive Modifiers For Polymers”, Blackie Academic and Proffesional, London.
Billmeyer, W.F., 1984, “Textbook of Polymer Science”, 3ed, John Wiley and Sons, New York.
Brown,S.B.,1992,”strategis for Compatibilization of Imiscible Polymer Blends”, Proceeding of 34th, IUPAC International Symposium on Macromolekuler, Prague, 13-18 July.
Ismail, H. and R. M. Jafri, 1999, “Physico-Mechanical Properties of Oil Palm Wood Flour Filled Natural Rubber”, Polymer testing, 18(5),381-388.
Ismail, H. and N. Hasliza 1999,”Effect of Bounding Agent on the Mechanical properties of the Composite made of Natural Rubber and Oil Palm Empty Fruit Bunches”, J.Polymer-Plastic Technology and Engineering, 38(1),137-148.
Sain MM, Kokta BV, 1994, “Polyoleofin-Wood filler composite I, performance of m-Phenylene Bismalinide-Modified wood fiber in PP Composite”, J.Appl.Polymer Sci Citation-54 No.10 P.1545-1559.
Wirjosentono, B, (1996), “Compatibilitation of Pulp Filler in Polyethylene matrix”, The Proceeding of International Work Shop on Green Polymer, bandung- Bogor.
Yulismar, (2001), “Peranan Karet Alam SIR-20 Terhadap Kompatibilitas Polipropilena dengan Bahan Pengisi Pulp Tandan Kosong Sawit”, Tesis S2 Universitas Sumatera Utara Medan.
AF-95