Tapioka 1) Pati Sagu 2) Tapioka Pati Sagu
E. Karakteristik Plastik Komposit
E.1. Sifat mekanik plastik komposit
Sifat mekanik yang baik sangat diperlukan pada aplikasi praktis. Sifat mekanik antara lain meliputi kekuatan tarik dan perpanjangan putus. Karakterisasi sifat mekanik yang dilakukan pada penelitian ini bertujuan untuk membandingkan pengaruh pencampuran terhadap bahan yang berbeda-beda antara polimer sintetis (LLDPE dan atau HDPE) dan polimer alam (pati sagu dan atau tapioka). Prosedur pengujian ini mengacu kepada metode kerja ASTM D-638 yang berisi tentang pengujian sifat mekanik dari sampel. Tipe spesimen yang dipakai yaitu tipe IV dimana digunakan untuk membandingkan antara material dengan perbedaan kekakuan yang tidak diketahui sifat dasarnya dengan ketebalan < 4 mm (0,16 inch) seperti ditunjukkan pada Gambar 12. Hasil analisis sifat mekanik dapat dilihat pada Tabel 11 dan data lengkap yang menunjukkan hasil analisis keseluruhan sifat mekanik dapat dilihat pada Lampiran 5.
46
Gambar 12. Dumbell untuk pengujian sifat mekanik tipe IV
Kekuatan tarik adalah tegangan yang dibutuhkan untuk menahan tegangan yang diberikan, sedangkan elongasi adalah salah satu jenis deformasi (perubahan ukuran yang terjadi pada saat material diberi gaya). Perbedaan yang mendasar pada polietilen yaitu sifat hidrofobiknya dan polaritas yang rendah, sedangkan pada pati yang mempunyai sifat hidrofilik dan polaritas yang tinggi. Kedua hal yang bertentangan tersebut yang menyebabkan permasalahan bahwa dengan adanya pati yang bercampur dengan plastik akan mempengaruhi kekuatan mekanik dari plastik komposit tersebut karena molekul-molekul pati termoplastis tersebut masuk ke dalam struktur rantai polietilen yang teratur sehingga interaksi tarik menarik antar molekul yang besar, lalu menghadirkan molekul amorf yang dapat menyebabkan susunan molekul polietilen terganggu dan menjadi tidak teratur.
Tabel 11. Hasil analisis sifat mekanik plastik komposit
Jenis Plastik Tensile Stress at Yield
(kg/cm2)* Elongation at Yield (%)* Compt.- LLDPE Sagu 125,35 11,14 Tapioka 144,61 11,11 Compt.- HDPE Sagu 275,94 4,84 Tapioka 286,35 5,38 HDPE Murni 297,19 6,10 LLDPE Murni 1) 200 500
* Data rata-rata tiga kali pengukuran
1) Beck (1980)
Analisis kekuatan tarik merupakan salah satu uji yang mengidentifikasi kekuatan yang paling penting pada suatu bahan. Kekuatan tarik mempunyai definisi tegangan regangan maksimum sampel sebelum putus.
Berdasarkan hasil analisis yang telah dilakukan menunjukkan bahwa nilai kekuatan tarik yang didapatkan berbeda-beda antara satu jenis plastik komposit dengan jenis plastik komposit yang lain. Hal tersebut terjadi karena adanya perbedaan karakteristik bahan baku yang digunakan. Kekuatan tarik polimer berhubungan dengan kristalinitas molekul polimer. Dalam plastik komposit, polietilen merupakan komponen mayor atau komponen continuous sehingga sifat fisik campuran didominasi oleh sifat fisik polietilen. Pada Tabel 11 dapat dilihat hasil
47
analisis kekuatan tarik dimana nilai kuat tarik pada tapioka, baik itu merupakan
compt.-LLDPE tapioka maupun compt.-HDPE tapioka, mempunyai nilai yang lebih besar dibandingkan nilai pada pati sagu (compt.-LLDPE sagu dan compt.-HDPE sagu). Hal tersebut seharusnya tidak terjadi karena kandungan amilosa pada pati sagu lebih tinggi bila dibandingkan dengan kandungan amilosa yang dimiliki tapioka. Hal tersebut sesuai dengan pernyataan Thomas dan Atwell (1999) bahwa kandungan amilosa yang tinggi memiliki kecenderungan untuk membentuk film yang kuat dibandingkan amilopektin. Tetapi apabila dilihat dari segi ukuran granula pati sagu yaitu 9,40–91,5 µm, tentunya nilainya jauh lebih besar dibandingkan ukuran granula pada tapioka yaitu 5-25 µm. Ukuran granula pati berpengaruh besar terhadap sifat mekanis dari suatu plastik komposit. Hal ini didukung dengan adanya pernyataan dari Nikazar et al. (2005) bahwa penggunaan pati yang memiliki diameter granula yang lebih kecil berpengaruh positif terhadap kuat tarik plastik. Nilai karakteristik kadar lemak dan kadar protein juga mendukung dimana semakin rendah kandungan komponen minor tersebut maka akan meningkatkan nilai kekuatan tarik pada plastik komposit tersebut. Tabel 11 juga menunjukkan bahwa nilai kuat tarik pada compt.- HDPE tapioka (286,35 kg/cm2) yang paling mendekati nilai kuat tarik polimer sintetis murninya yaitu HDPE (297,19 kg/cm2) dimana memperlihatkan pengaruh yang positif.
Pengukuran kekuatan tarik disertai dengan pengukuran perpanjangan putus dimana didefinisikan sebagai perubahan panjang maksimum yang dialami plastik pada saat ditarik sampai putus. Perpanjangan putus menentukan keelastisitasan suatu plastik. Semakin tinggi nilai perpanjangan putus, maka plastik tersebut semakin elastis sehingga bahan tersebut dapat ditarik lebih mulur. Plastik yang mempunyai perpanjangan putus rendah akan bersifat rapuh (Billmeyer, 1984).
48
a) b)
Gambar 13. Perbedaan jenis plastik komposit terhadap a) kuat mekanik dan b) elongasi plastik
Pada Gambar 13 dapat dilihat hasil analisis sifat mekanik menunjukkan bahwa semua macam plastik komposit LLDPE mempunyai persentase elongasi yang rendah dibandingkan polimer sintetisnya. Rendahnya nilai elongasi dipengaruhi oleh besarnya ukuran granula pati yang menyebabkan kurang baiknya ikatan dengan struktur molekul compt.-LLDPE. Belum maksimalnya ikatan interfacial antara LLDPE dengan pati merupakan hal lain yang mempengaruhi. Polimer sintetis dan pati berbeda dalam tingkat kepolaran dan hidrofilitas yang menyebabkan reaksi antara gugus hidroksil pati dan ikatan hidrogen atau kovalen polimer sintetis masih belum terbentuk sempurna (Ong dan Charoenkongthum, 2002). Penyebab lain yaitu karena peran compatibilizer yang masih kurang dan belum optimal baik dari segi formulanya ataupun perlu adanya bahan compatibilizer yang lebih cocok dengan karakterisasi kedua bahan baku polimer tersebut.
Berbeda halnya dengan plastik komposit HDPE dimana hasilnya menunjukkan nilai elongasi yang tidak berbeda nyata dengan nilai elongasi HDPE murni sehingga dapat dipastikan bahwa sifat mekanik plastik komposit HDPE mempunyai nilai yang baik pada kuat tarik dan elongasinya walaupun nilai elongasinya menurun sedikit karena adanya pencampuran pati termoplastis yang mempunyai nilai elongasi yang rendah sekali. Nikazar et al. (2005) menambahkan bahwa penambahan pati ke dalam polimer plastik akan menurunkan nilai kuat tarik dan elongasinya.
Plastik komposit dalam penentuan sifat mekanik ini telah membuktikan pendistribusian pencampuran yang baik antara polimer sintetis dengan polimer alam dengan penggunaan maleat anhidrida sebagai compatibilizer walaupun belum membentuk ikatan interfacial yang kokoh dan baik antara polimer sintetis dengan
0 50 100 150 200 250 300 350 Kg /c 2m 0 2 4 6 8 10 12 %
49
polimer alam. Jenis plastik komposit LLDPE dapat dikategorikan sebagai plastik yang bersifat lebih elastis dan rapuh, sedangkan plastik komposit HDPE mempunyai karakteristik mekanik yang kuat dan mudah patah. Kedua macam sifat plastik ini akan menentukan kepada aplikasi produk plastik yang diinginkan sebagai bahan kemasan atau keperluan lainnya sebagai plastik sekali pakai.