Mechanical Strength of Polystyrene-Starch Polyblend Using Jatropha Oil Epoxide Plasticizers

SIFAT MEKANIS POLIPADUAN POLISTIRENA-PATI

MENGGUNAKAN ZAT PEMLASTIS EPOKSIDA

MINYAK JARAK PAGAR

NURHAFIDZ FELANI

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

ABSTRAK

NURHAFIDZ FELANI. Sifat Mekanis Polipaduan Polistirena-Pati Menggunakan

Zat Pemlastis Epoksida Minyak Jarak Pagar. Dibimbing oleh TETTY KEMALA

dan AHMAD SJAHRIZA.

Polipaduan merupakan pencampuran secara fisik dua polimer atau lebih

yang berbeda sifat dengan salah satu tujuannya mendapatkan polimer yang dapat

terdegradasi dan memiliki sifat mekanik yang baik. Pati merupakan polimer yang

mudah terdegradasi di alam, sedangkan polistirena merupakan polimer sintetik

yang sangat sukar terdegradasi. Polipaduan polistirena-pati akan menghasilkan

polimer yang mudah terdegradasi, namun sifat mekanik polipaduan turun. Untuk

peningkatan sifat mekanik polipaduan diperlukan suatu zat yang dapat

memlastisasi polipaduan, yaitu epoksida minyak jarak. Pencampuran polipaduan

polistirena-pati dilakukan dengan beragam komposisi dan zat pemlastis epoksida

minyak jarak pagar ditambahkan dengan konsentrasi 0,0; 2,5; 5,0; 7,5; dan 10,0%.

Bobot jenis polipaduan semakin turun seiring dengan penambahan zat pemlastis

epoksida minyak jarak pagar. Penurunan bobot jenis ini menunjukkan bahwa

epoksida minyak jarak pagar dapat digunakan sebagai pemlastis. Hasil analisis

sifat mekanik memperlihatkan bahwa penambahan epoksida minyak jarak pagar

dapat meningkatkan perpanjangan (

elongasi

) dan menurunkan kekuatan tarik

bahan, sedangkan hasil analisis termal dengan

differential scanning calorymetry

(DSC) menunjukkan suhu transisi kaca polipaduan yang semula 95,37 ºC turun

menjadi 91,79 ºC.

ABSTRACT

NURHAFIDZ FELANI. Mechanical Strength of Polystyrene-Starch Polyblend

Using Jatropha Oil Epoxide Plasticizers. Supervised by TETTY KEMALA and

AHMAD SJAHRIZA.

SIFAT MEKANIS POLIPADUAN POLISTIRENA-PATI

MENGGUNAKAN ZAT PEMLASTIS EPOKSIDA

MINYAK JARAK PAGAR

NURHAFIDZ FELANI

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains pada

Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

Judul

: Sifat Mekanis Polipaduan Polistirena-Pati Menggunakan Zat Pemlastis

Epoksida Minyak Jarak Pagar

Nama

: Nurhafidz Felani

NRP

: G44053654

Menyetujui

Pembimbing I,

Pembimbing II,

Tetty Kemala, S.Si, M.Si

Drs. Ahmad Sjahriza

NIP. 19710407 199903 2 001

NIP. 19620406 198903 1 002

Mengetahui:

Ketua Departemen,

Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS

NIP. 19501227 197603 2 002

iv

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang senantiasa

memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan

karya ilmiah ini sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada

Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut

Pertanian Bogor. Shalawat dan salam disampaikan kepada Nabi Muhammad

SAW beserta keluarga, sahabat, dan pengikutnya yang tetap berada di jalan-Nya

hingga akhir zaman.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Tetty Kemala dan Bapak

Achmad Sjahriza selaku pembimbing atas segala saran, kritik, dorongan, dan

bimbingannya selama penelitian dan dalam penyusunan karya ilmiah ini. Penulis

juga mengucapkan terima kasih kepada staf laboran kimia anorganik, kimia

organik, kimia analitik, dan kimia fisik atas fasilitas, bantuan, serta masukan yang

diberikan.

Ucapan terima kasih tak terhingga kepada Ayah, Ibu, Ade, dan juga Ikam

atas nasihat, semangat, bantuan materi, dan doanya. Selain itu penulis

mengucapkan terima kasih kepada teman-teman seperjuangan penelitian, yaitu

Yogie, Fajar, Maya, Ghina, Rita, Nana, Uvie, mba Jehan, dan kak Ivan atas saran,

kritik dan semangat selama penelitian dan semua pihak yang tidak dapat penulis

ucapkan satu persatu yang telah membantu dalam penyelesaian karya ilmiah ini.

Semoga tulisan ini bermanfaat dan dapat menambah wawasan ilmu

pengetahuan bagi penulis khususnya dan pembaca umumnya

Bogor, Januari 2010

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Tangerang pada tanggal 1 Agustus 1987 dari ayah M.

Jaelani HT, S. Ag dan ibu Nurlenih. Penulis merupakan anak pertama dari tiga

bersaudara.

Tahun 2005 penulis lulus dari SMU Budi Mulia Ciledug dan pada tahun

yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa

Baru (SPMB). Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia,

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR LAMPIRAN ... viii

PENDAHULUAN ... 1

TINJAUAN PUSTAKA

Polistirena ... 1

Pati ... 1

Poliasamlaktat ... 2

Polipaduan ... 2

Pemlastis ... 2

Uji Tarik ... 3

Analisis Termal ... 3

BAHAN DAN RUANG LINGKUP KERJA

Bahan dan Alat ... 4

Ruang Lingkup Kerja ... 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

Polipaduan ... 5

Zat Pemlastis ... 6

Analisis Bobot jenis ... 6

Analisis Uji Tarik ... 7

Analisis Termal dengan DSC ... 8

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan ... 9

Saran ... 9

DAFTAR PUSTAKA ... 9

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1

Reaksi polimerisasi stirena ... 1

2

Struktur amilosa ... 2

3

Struktur amilopektin ... 2

4

Struktur poliasamlaktat ... 2

5

Efek pemlastis pada polimer ... 3

6

Kurva DSC ... 3

7

Film polipaduan polistirena-pati ... 5

8

Reaksi epoksidasi minyak jarak pagar ... 6

9

Bobot jenis polipaduan pada berbagai komposisi zat pemlastis ... 7

10 Kekuatan tarik polipaduan ... 8

11 Perpanjangan polipaduan ... 8

12 Kurva suhu transisi kaca pada polipaduan tanpa pemlastis ... 8

13 Kurva suhu transisi kaca pada polipaduan dengan pemlastis ... 8

DAFTAR TABEL

Halaman

1

Komposisi polipaduan ... 4

2

Efek zat pemlastis alami terhadap bobot jenis polipaduan ... 7

3

Data kekuatan tarik dan perpanjangan dengan berbagai konsentrasi

epoksida minyak jarak pagar ... 7

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1

Diagram alir penelitian ... 12

2

Rumus penentuan bilangan oksirana ... 13

3

Data bilangan oksirana epoksida minyak jarak pagar ... 14

4

Data pengukuran bobot jenis ... 15

PENDAHULUAN

Bahan plastik yang paling banyak beredar di pasaran saat ini merupakan polimer sintetik, salah satunya adalah polistirena. Bahan plastik yang dibuat dari polistirena memiliki kualitas yang baik, murah, dan mudah dibuat, tetapi sulit terdegradasi di lingkungan (Singh dan Sharma 2007). Akibatnya limbah dari bahan-bahan plastik terus bertambah setiap saat dan merusak lingkungan. Permasalahan ini mendorong banyaknya penelitian tentang bahan plastik yang dapat terdegradasi atau biasa disebut dengan plastik biodegradabel.

Salah satu cara pembuatan plastik biodegradabel adalah dengan mencampurkan polistirena dengan polimer lain yang bersifat degradabel seperti pati. Bhatnagar dan Hanna (1996), Sutiani (1997), dan Nurhidayati (2007) melakukan penelitian dengan mencampurkan polistirena-pati dan memberikan hasil bahwa polipaduan polistirena-pati menghasilkan campuran yang dapat terdegradasi di lingkungan, tetapi sifat-sifat mekanik produk yang dihasilkan kurang memuaskan, yaitu film yang dihasilkan sangat rapuh. Selain itu, polipaduan polistirena-pati yang dihasilkan tidak kompatibel. Hal ini disebabkan pati bersifat polar, sedangkan polistirena cenderung bersifat non-polar.

Siregar (2009) melakukan pencampuran polistirena-pati dengan menambahkan suatu bahan kompatibel, yaitu poliasamlaktat. Poliasamlaktat mengandung gugus karboksil yang dapat berinteraksi dengan polistirena dan gugus hidroksil yang berinteraksi dengan pati. Penelitian yang dilakukan Siregar (2009) memberikan hasil bahwa poliasamlaktat dapat meningkatkan kompatibilitas dari campuran polistirena-pati, namun polipaduan yang dihasilkan memiliki sifat mekanik yang rapuh. Oleh karena itu, perlu adanya penambahan zat yang dapat mengurangi sifat rapuh dari polipaduan polistirena-pati, yaitu yang dapat memlastisasi polipaduan.

Kemala (1998) menyatakan bahwa polipaduan polistirena-pati dapat terplastisasi dengan senyawa dibutilftalat (DBP). DBP dapat membuat polipaduan polistirena-pati menjadi keras dan liat, tetapi senyawa DBP merupakan senyawa toksik sehingga berbahaya bagi lingkungan. Masalah ini dapat diatasi dengan mengembangkan zat pemlastis alami yang mudah terurai, tidak bersifat toksik, dan dapat meningkatkan sifat mekanik dari polimer. Senyawa yang dapat digunakan sebagai zat pemlastis alami di antaranya ester asam adipat, ester asam azelat, sitrat,

epoksida, glikol, asam glutarat, dan oleat (Wypych 2004)

Berdasarkan hal tersebut, penelitian ini mengembangkan polipaduan polisitirena-pati dengan penambahan zat pemlastis alami, yaitu epoksida minyak jarak pagar. Penggunaan zat pemlastis alami ini diharapkan dapat meningkatkan sifat-sifat mekanik polipaduan polistirena-pati yang dihasilkan menjadi keras dan liat tanpa bersifat toksik. Pencirian yang dilakukan dalam penelitian ini adalah uji tarik, penentuan bobot jenis dengan metode piknometri, dan analisis termal dengan Differential Scanning Calorimetry (DSC).

TINJAUAN PUSTAKA

Polistirena

Polistirena adalah polimer yang tersusun dari monomer stirena, sebuah hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Polistirena pertama kali dibuat pada 1839 oleh Eduard Simon, seorang apoteker Jerman. Polistirena dapat meningkatkan kekuatan regang pada bahan lain yang ditambahkannya. Selain itu, keunggulan lain Polistirena antara lain kuat, tahan lama, mudah dibentuk, dan murah. Keunggulan ini membuat Polistirena sering digunakan sebagai bahan plastik, pemaketan cakram kompak, dan banyak objek lainnya (Qian 1991). Gambar 1 menunjukkan reaksi polimerisasi polistirena.

Gambar 1 Reaksi polimerisasi stirena.

Polistirena bersifat termoplastik, secara visual terlihat jernih dan transparan (Davis 2004). Polistirena dapat melunak pada suhu sekitar 100 ºC. Sifat-sifat kimia polistirena adalah tahan terhadap alkali, garam, alkohol, glikol, dan air. Polistirena dapat larut dalam hidrokarbon aromatik, organohalogen, ester, eter, dan yang lainnya. Suhu transisi kaca polistirena 90-100 ºC dan suhu lelehnya 240 ºC.

Pati

memiliki kelembaban sekit terikat kuat sebagai hidrat se berat pati. Kandungan air di dihilangkan secara sem menggunakan pemanasan ha suhu 80 ºC selama 24 jam Pati terdiri atas dua kompon dan amilopektin.

Amilosa merupakan poli yang dibentuk dari kesatuan ikatan -1,4-glikosida. Ami air pada suhu 80 ºC. Dala amilosa membentuk heliks adanya ikatan konfigurasi glukosa. Bentuk cincin ini de atom karbon menyeba membentuk kompleks denga macam molekul kecil yang dalam lingkarannya. Am kristalin karena memiliki ket yang lebih tinggi dibandingk Gambar 2 menunjukkan struk

Gambar 2 Struktur a

Amilopektin merupakan bercabang yang dibentuk glukosa dengan ikatan -1,4 1,6-glikosida (Davis 2004). amorf akibat adanya percaba larut dalam air. Kandungan pati jauh lebih besar diban yaitu 70-85%. Struktur am dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3 Struktur am

Poliasamlaktat (P Poliasamlaktat merupa termoplastik yang didapat terbarui seperti pati Poliasamlaktat tersusun atas laktat. Struktur poliasamla pada Gambar 4. Poliasam beberapa kegunaan, yaitu pengemasan, pembuatan industri medis (bahan

kitar 10-17% dan sekitar 8-11% dari di dalam pati dapat empurna dengan hampa udara pada m (Bikiaris 1996). onen, yaitu amilosa

olimer rantai linear uan glukosa dengan milosa larut dalam lam larutan, rantai ks (spiral) karena i pada setiap unit ni dengan enam unit babkan amilosa dengan

bermacam-g dapat masuk ke Amilosa Bersifat keteraturan molekul

ngkan amilopektin. ruktur amilosa

r amilosa.

an polimer rantai uk dari kesatuan 1,4glikosida dan

Amilosa bersifat abangan dan tidak n amilopektin pada bandingkan amilosa, amilopektin dapat

milopektin.

t (PLA)

upakan poliester t dari bahan baku dan selulosa. tas monomer asam laktat ditunjukkan amlaktat memiliki u untuk keperluan n kosmetik, dan penyalut obat,

implantasi tulang, dan untuk bena (Narayanan et al. 2004). Po bersifat biodegradable dan bio yaitu dapat terdegradasi dalam menimbulkan efek yang Poliasamlaktat mempunyai suhu 50-64 ºC dan suhu leleh sekitar Poliasamlaktat tidak larut dalam larut dalam pelarut organik seper dan diklorometana (Bastioli 2005)

CH ₃

O HC C O

Gambar 4 Struktur poliasam

Polipaduan Pencampuran polimer terbagi jenis, yaitu kopolimer dan Pencampuran ini bertujua mendapatkan polimer dengan kombinasi dari polimer induknya adalah pencampuran dua atau le secara kimia yang membentuk ik antarkomponen. Polipaduan polimer yang terbentuk dari p secara fisik diantara dua atau le yang memiliki struktur berbeda membentuk ikatan-ikatan antarkomponen (Rabek 1980).

Pembuatan polipaduan dapa dengan dua cara, yaitu metode p pelarutan. Metode pelelehan dilaku mencampurkan dua atau lebih pol langsung yang diaduk secara m suhu tertentu. Metode pelaruta dengan mencampurkan dua atau l pada medium pelarut yang se 2004).

Suatu polipaduan yang membentuk senyawa yang hom transparan. Kehomogenan ditentukan dari nilai kompatibi menggambarkan kekuatan intera rantai-rantai polimer sehingga campuran yang homogen atau homogen. Nilai kompatibilitas dapat diamati dari suhu transis polipaduan mempunyai suhu t tunggal dan suhu tersebut berada kedua polimer induknya, maka tersebut kompatibel (Long 2009).

Pemlastis Pemlastis merupakan molekul ditambahkan ke dalam polimer da yang sedikit untuk memlastisa dengan tujuan membantu dalam

2

enang operasi) oliasamlaktat biokompatibel, tubuh tanpa g berbahaya. uhu transisi kaca

ar 130-215 ºC. am air, tetapi rti kloroform 005).

n

amlaktat.

gi menjadi dua n polipaduan. ujuan untuk karakteristik ya. Kopolimer u lebih polimer uk ikatan kovalen n merupakan pencampuran u lebih polimer eda dan tidak n kovalen

pat dilakukan pelelehan dan akukan dengan polimer secara mekanik pada rutan dilakukan u lebih polimer sesuai (Davis

baik harus homogen dan polipaduan tibilitas yang nteraksi antara gga membentuk tau mendekati as polipaduan isi kaca. Bila transisi kaca rada di antara ka polipaduan

).

3

dan untuk memodifikasi produk akhir. Pemlastis akan mengurangi kekakuan, kekerasan, dan kerapuhan sehingga akan didapatkan polimer yang lebih elastis. Pemlastis polimer yang sering digunakan adalah ester ftalat, ester fosfat, senyawa epoksi, ester asam lemak, senyawa turunan glikol, sulfonamida, hidrokarbon, dan turunan hidrokarbon (Wypych 2004).

Pemlastis akan menurunkan suhu transisi kaca, merendahkan modulus elastisitas dan menurunkan viskositas leleh sehingga menyebabkan perubahan sifat dari keras dan rapuh menjadi lunak, liat, dan kuat (Sperling 2006). Sifat dari bahan pemlastis yang ideal untuk polimer yaitu pemlastis harus selektif dalam memodifikasi atau membantu pemrosesannya. Selain itu harus bersifat permanen terhadap polimer dan inert, memberikan sifat khusus yang sesuai dengan aplikasi bahan yang dihasilkan, dan juga memberikan kinerja yang baik untuk aplikasi (Sears 1982). Gambar 5 menunjukkan cara kerja pemlastis pada polimer.

Gambar 5 Efek pemlastis pada polimer.

Uji Tarik

Uji tarik adalah uji untuk mengetahui kemampuan suatu pemlastis dapat memlastisasi polimer. Uji ini dilakukan dengan cara mengukur secara kontinyu gaya yang diterapkan untuk menarik contoh hingga putus dengan laju penarik tetap. Data yang

diperoleh berupa kekuatan tarik dan perpanjangan bahan (Billmeyer 1984). Kekuatan tarik adalah kekuatan maksimum bahan untuk menahan tegangan yang diberikan dengan laju penarikan tetap hingga contoh putus. Perpanjangan adalah pertambahan panjang contoh yang diakibatkan oleh tegangan yang diberikan (Seymour 1992).

Analisis Termal

Istilah analisis termal sering digunakan untuk mendeskripsikan teknik analisis percobaan yang meneliti sifat contoh berdasarkan fungsi dari suhu. DSC merupakan salah satu bagian dari analisis termal dengan mengukur perubahan sifat fisik dari suatu materi sebagai fungsi terhadap suhu sewaktu materi diberi perlakuan pada kondisi suhu yang terkontrol. Prinsip keja DSC ialah membandingkan suhu contoh dan suhu wadah pembanding pada sirkuit pemanas. Setelah itu energi panas diberikan kepada masing-masing wadah dalam jumlah yang terkontrol, sehingga dapat diasumsikan suhu pada keduanya sama. Ketika contoh mulai mengalami transisi termal, tenaga di kedua pemanas menyeimbangkan suhunya masing-masing dan perbedaan proporsi tenaganya direkam pada pencatat. Area di bawah kurva hasil merupakan hasil dari transisi kalor (Billmeyer 1984).

Kurva hasil analisis DSC dari suatu bahan polimer akan memberikan informasi suhu transisi kaca (Tg) adalah suhu pada saat polimer berubah dari keras menjadi liat. Suhu kristalisasi (Tc) adalah suhu pada saat polimer berbentuk Kristal. Suhu leleh (Tl) adalah suhu pada saat polimer berbentuk cairan (Hatakeyama dan Quinn 1999). Gambar 6 menunjukkan kurva yang didapatkan dari pengukuran DSC

4

a a I D D

D x W W W W W W

D − +

− − − − = _{[ ]} ) ( ) ( 3 0 2 1

0 1

BAHAN DAN RUANG LINGKUP

KERJA

Bahan dan Alat

Pada penelitian ini polimer yang dipakai polistirena Sigma Aldrich (Mw 192.000), poliasamlaktat Toyota (Mw 60.000), pati singkong Bratachem, pelarut diklorometana Bratachem, dan zat pemlastis yang digunakan adalah epoksida minyak jarak pagar dengan nilai bilangan oksirana 3,93%.

Alat-alat yang digunakan untuk membuat polipaduan adalah pengaduk magnet, piknometer, alat uji tarik Torsee PA-104-30, dan DSC7 Perkin Elmer.

Ruang Lingkup Kerja

Tahap percobaan yang dilakukan secara umum adalah persiapan contoh, pembuatan epoksida minyak jarak pagar, pembuatan polipaduan polistirena-pati dengan variasi komposisi, penambahan bahan kompatibel poliasamlaktat 20% dari bobot polipaduan (Siregar 2009) dan zat pemlastis alami dengan berbagai konsentrasi. Tahap terakhir adalah melakukan karakterisasi bobot jenis, uji kekuatan tarik, dan analisis termal dengan DSC. Diagram alir penelitian secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 1.

Persiapan Contoh

Sebelumnya pati dikeringkan dan ditentukan kadar airnya menggunakan metode oven pada suhu 80 ºC selama 24 jam sampai kadar airnya tetap (Bikiaris 1996). Polistirena, pati, poliasamlaktat, dan epoksida minyak jarak pagar ditimbang sesuai dengan komposisi yang diinginkan.

Pembuatan Epoksida Minyak Jarak Pagar Minyak jarak pagar sebanyak 100 gram, 50 ml toluena, 5 gram Amberlite (yang telah diaktivasi), dan 15.00 g (0.25 mol) asam asetat glasial dimasukkan ke dalam labu leher tiga. Hidrogen peroksida (H2O2) 30% sebanyak 83.70 g (0.74 mol) ditambahkan secara bertetes-tetes dengan corong pisah. Larutan dipanaskan selama 6 jam sambil diaduk dengan pengaduk magnet.

Produk berupa minyak terepoksidasi selanjutnya ditambahkan etil asetat. Amberlit diperoleh kembali melalui penyaringan. Minyak selanjutnya dicuci dengan air panas secara berulang sampai dicapai pH netral. Fase minyak dikeringkan dengan menggunakan natrium sulfat anhidrat dan disaring, pelarut dihilangkan dengan penguap

putar. Suhu reaksi yang digunakan 80 ± 0.5°C. Parameter yang dianalisis ialah bilangan oksirana (Lampiran 2),

Pembuatan Polipaduan

Pembuatan polipaduan dilakukan dengan pelarutan polistirena dan pati pada berbagai komposisi dengan pelarut diklorometana menggunakan pengaduk magnet selama ±24 jam. Poliasamlaktat dengan proporsi 20% dari bobot total polipaduan ditambahkan ke larutan pati. Setelah itu, larutan dicampur dan diaduk beberapa saat. Epoksida minyak jarak pagar yang berfungsi sebagai pemlastis ditambahkan dengan kosentrasi berbeda. Komposisi polipaduan dapat dilihat pada Tabel 1. Polipaduan diaduk kembali selama 24 jam. Polipaduan yang terbentuk didiamkan selama 10 menit agar terbebas dari gelembung udara dan dicetak di atas pelat kaca dengan ukuran tertentu. Film dilepaskan dari pelat kaca dan dikeringkan.

Tabel 1 Komposisi polipaduan

Komposisi

Polipaduan (%) Pemlastis (%b/b) Polistirena Pati

80,00 20,00 0.00 78,75 18,75 2,50 77,50 17,50 5,00 76,25 16,25 7,50 75,00 15,00 10,00

Penentuan Bobot jenis

Piknometer kosong ditimbang beratnya, kemudian timbang berat piknometer yang telah ditambah aquades dan setelah itu ke dalam piknometer kosong dimasukkan contoh, kemudian beratnya ditimbang. Aquades ditambahkan ke dalam piknometer yang telah berisi contoh dan ditimbang beratnya. Untuk setiap penimbangan beratnya dicatat. Bobot jenis contoh ditentukan dengan menggunakan Persamaan 1.

…1

Keterangan :

D = bobot jenis contoh W0 = berat piknometer kosong W1 = berat piknometer + contoh

W2 = berat piknometer + contoh + aquades W3 = berat piknometer + aquades

Da = bobot jenis uda percobaan

Uji Tarik

Film yang telah dik menjadi dumbbell dengan uk cm dan lebar 1 cm. Kem dijepitkan pada alat uji t dengan kecepatan konsta maksimum 5 kgf. Data dicetak diatas kertas. Unt besarnya kekuatan tarik d dapat menggunakan Pers Persamaan 3.

A

F

_maks

=

τ

Keterangan :

τ

= kekuatan tarik (kgf/m Fmaks = tegangan maksimum A = luas penampang lint

10

%

x

Lo

L

E

=

∆

Keterangan :

%E = perpanjangan (%) L = pertambahan panjang L = panjang specimen m

Analisis Termal dengan DS Contoh yang telah ditimbang antara 2,0 - 2,5 m pada tempat contoh alat D diatur dan dioperasikan pada control atmosfer wadah co pembanding menggunakan dengan kecepatan pemanasan Kurva yang dihasilkan diceta

HASIL DAN PEMB

Polipaduan Proses pencampuran polistirena menghasilkan mempunyai kompatibilitas karena perbedaan kepolaran dengan pati. Siregar (2009) suatu bahan yang dapa kompatibilitas dari pol poliasamlaktat. Polipaduan metode pelarutan, yaitu sem (polistirena, pati, dan dilarutkan ke dalam diklor semua bahan larut zat pe

udara pada suhu

dikeringkan dibuat n ukuran panjang 22 emudian dumbbell tarik dan ditarik stan dan beban yang dihasilkan ntuk perhitungan dan perpanjangan ersamaan 2 dan

…2

gf/mm2₎ um (kgf) intang (mm2)

%

100

…3

ang specimen (mm) mula-mula (mm)

SC

h berbentuk film mg dan diletakkan DSC. Kondisi alat da suhu 50-350 ºC, contoh dan wadah an gas nitrogen an 20 ºC per menit. tak di atas kertas.

BAHASAN

an

pati ke dalam campuran yang as yang rendah n antara polistirena 09) mencampurkan pat meningkatkan polipaduan, yaitu n dibuat dengan emua bahan dasar poliasamlaktat) lorometana, setelah pemlastis epoksida

minyak jarak pagar ditambahka campuran.

Pati banyak terdapat dalam seperti jagung, terigu, gandum, be umbi-umbian (kentang dan tapiok masing jenis pati dari berba tersebut memiliki sifat yang (Kalambur dan Rizvi 2006). memiliki kandungan amilosa sek dengan asam lemak 2-4%, seda tapioka memiliki kadar amilosa rendah sekitar 16,5-22% dengan dibawah 3%. Pati yang sering untuk pembuatan polipaduan tapioka karena kadar amilosa (Charles 2005).

Pati memiliki kadar air yang 8-11%. Kadar air pati yang digun 3,34%. Jika pati yang akan memiliki kadar air yang tin pencampuran akan terganggu. dikarenakan H2O yang terkandung dapat berikatan secara fis polistirena, sehingga film yang ter rapuh. Gambar 7 menunjukkan secara visual film yang dihasilkan

(a) (b)

(d) (e)

Gambar 7 Film polipaduan polis (a) 0,0% pemlastis pemlastis; (c) 5,0% 7,5% pemlastis; pemlastis.

Variasi komposisi yang dila mempengaruhi sifat dari polipadua dalam penelitian ini tidak karakterisasi lebih lanjut unt seberapa besar pengaruh varias terhadap polipaduan yang dihasil disebabkan tujuan dari penelitia melihat seberapa besar pengaruh

5

hkan ke dalam

am biji-bijian beras atau dari ioka). Masing-rbagai sumber

ang berbeda Pati jagung ekitar 22-88% edangkan pati osa yang relatif n asam lemak ring digunakan n adalah pati sanya rendah

g besar, yaitu gunakan sebesar kan digunakan tinggi, proses ggu. Hal ini ndung dalam pati fisik dengan terbentuk lebih n penampakan an.

(c)

listirena-pati : tis; (b) 2,5% 0% pemlastis; (d) 10,0%

6

zat pemlastis epoksida minyak jarak pagar terhadap polipaduan. Semakin besar konsentrasi pati di dalam polipaduan akan membuat polipaduan cenderung mengikuti sifat pati yang rapuh, sedangkan semakin sedikit pati yang dicampurkan membuat polipaduan lebih bersifat seperti polistirena, keras dan sulit terdegradasi.

Film yang dihasilkan memiliki warna putih transparan, permukaan yang halus, dan tidak terdapat bercak. Film dikatakan homogen jika tidak terlihat lagi perbedaan antara komponen-komponen penyusunnya, baik dalam bentuk, ukuran, maupun warna, karena komponen-komponen penyusunnya telah tercampur secara merata. Berdasarkan pengamatan secara fisik tersebut film bersifat homogen.

Zat Pemlastis

Wypych (2004) menjelaskan mekanisme kerja zat pemlastis dengan teori volume bebas. Teori ini menyatakan bahwa zat pemlastis akan membuat ruang-ruang kosong pada polimer semakin besar, dengan demikian volume bebas polimer menjadi semakin besar. Volume bebas yang besar ini membuat pergerakan molekul menjadi lebih leluasa, dengan kata lain derajat ketidakteraturan polimer meningkat. Dampak dari penambahan zat pemlastis ini akan membuat polimer yang bersifat kaku dan keras menjadi lebih lebih liat. Senyawa yang banyak digunakan untuk zat pemlastis selama ini berasal dari bahan sintetik yang berbahaya bagi lingkungan. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengembangan lebih jauh tentang zat pemlastis alami yang ramah lingkungan.

Minyak jarak pagar merupakan salah satu alternatif zat pemlastis alami yang beberapa tahun belakangan banyak diminati. Sebelum digunakan sebagai zat pemlastis, minyak jarak pagar dirubah menjadi suatu senyawa epoksida. Minyak jarak pagar direaksikan dengan hidrogen peroksida (H2O2) dan asam asetat glasial (CH3COOH) untuk membuka ikatan rangkap yang ada membentuk cincin epoksida (Campanela dan Baltanas 2005). Reaksi pembentukan epoksida minyak jarak pagar ditunjukkan Gambar 8.

Banyaknya cincin epoksida yang terbentuk dapat dihitung dengan nilai bilangan oksirana (Lampiran 2). Semakin besar bilangan oksirana yang didapat, maka semakin banyak cincin epoksida yang terbentuk. Petrovic et al. (2001) menyatakan suatu senyawa epoksidasi yang baik memiliki bilangan oksirana 4,00%.

Bilangan oksirana epoksida minyak jarak pagar yang digunakan pada penelitian ini sebesar 3,93% (data lengkap nilai bilangan oksirana epoksida minyak jarak pagar dapat dilihat pada Lampiran 3). Besarnya bilangan oksirana sangat dipengaruhi oleh besarnya konsetrasi lemak tak jenuh yang ada pada minyak tersebut. Hal ini berkaitan dengan ketersediaan ikatan rangkap yang dapat digunakan untuk membentuk senyawa epoksida. Semakin tinggi konsentrasi asam lemak tak jenuh pada minyak maka akan semakin tinggi nilai bilangan oksirana yang diperoleh.

Gambar 8 Reaksi epoksidasi minyak jarak pagar.

Analisis Bobot jenis

diperoleh dapat dlihat pad Penambahan zat pemlastis jarak pagar akan menurunka polimer. Efek zat pemlastis jenis polipaduan dapat dilihat

Tabel 2 Efek zat pemlastis jenis polipaduan

Komposisi B Zat pemlastis (%)

0,0 2,5 5,0 7,5

10,0

Berdasarkan data y menunjukkan bahwa s konsentrasi zat pemlastis e jarak pagar yang ditambahka akan semakin berkurang. Ha zat pemlastis yang dita menembus jaringan ke menyebabkan jarak antarran besar dan volume yang menjadi besar, dengan kata molekul polimer berkurang, jenis polipaduan akan turun. komposisi zat pemlastis e jarak pagar dengan penuru polipaduan dapat dilihat pada

Gambar 9 Bobot jenis berbagai ko pemlastis.

Besarnya bobot jenis pol dari sifat mekanik polimer te polimer memiliki kekuatan dan kekakuan yang besar m polimer tersebut juga bes polipaduan yang turun sete epoksida minyak jarak pa bahwa kekuatan tarik, kekakuan polimer menjadi polimer yang dihasilkan l analisis ini memberikan bukt

pada Lampiran 4. s epoksida minyak nurunkan bobot jenis tis terhadap bobot hat pada Tabel 2.

tis terhadap bobot

Bobot jenis (g/cm3)

1,1379 1,1221 1,0125 0,9467

0,9073

yang diperoleh semakin besar epoksida minyak bahkan, bobot jenis Hal ini disebabkan ditambahkan akan kerja polimer, antai akan semakin ng ditempati akan ta lain keteraturan g, sehingga bobot un. Hubungan antara epoksida minyak runan bobot jenis da Gambar 9.

polipaduan pada komposisi zat

polimer ditentukan r tersebut, jika suatu n tarik, kekerasan, r maka bobot jenis besar. Bobot jenis etelah penambahan pagar menandakan , kekerasan, dan di turun, sehingga n lebih liat. Hasil bukti awal bahwa

epoksida minyak jarak pa memlastisasi polipaduan polistirena

Analisis Uji Tarik Uji tarik pada film bertujuan u besarnya tegangan maksimum at tarik yang dapat ditahan polim melihat besarnya perpanjang Kekuatan tarik adalah kekuatan bahan untuk menahan tega diberikan. Perpanjangan adalah panjang tertentu pada bahan akiba yang diberikan. Uji kekuatan tari menunjukkan seberapa besar pe pemlastis epoksida minyak j terhadap polipaduan. Berdasa semakin banyak konsentrasi pem ditambahkan maka kekuatan tari menurun, sedangkan perpanjangan bertambah. Data kekuatan perpanjangan bahan pada berbag zat pemlastis epoksida minyak dapat dilihat pada Tabel 3 ( menunjukkan data lengkap hasil tarik).

Tabel 3 Data kekuatan tarik dan p dengan berbagai kons pemlastis epoksida m pagar Zat pemlastis (%) Kekuatan tarik (kgf/mm2₎

Perpanjangan (mm)

0,00 0,326 0,00

0,25 0,144 5,00

0,50 0,130 5,50

0,75 0,118 6,00

1,00 0,119 6.00

Tabel 3 menunjukkan bahw besar konsentrasi zat pemlast minyak jarak pagar yang ditamba berbagai variasi komposisi akan kekuatan tarik polipaduan dan m perpanjangan bahan. Data perpanj menunjukkan bahwa polimer m liat. Hal ini disebabkan zat pem molekul kecil yang dapat menem kerja polimer, sehingga jarak semakin renggang dan m pergerakan antarmolekul. Data ke menggambarkan informasi keke bahan polimer. Polimer yang s dan rapuh menjadi keras dan liat. tampak nyata pada Gambar 10 dan menunjukkan hubungan antara z epoksida minyak jarak pagar denga tarik dan perpanjangan.

7

pagar dapat rena-pati.

untuk melihat atau kekuatan imer dan juga ngan bahan. an maksimum gangan yang h pertambahan kibat tegangan tarik ini dapat pengaruh zat jarak pagar sarkan teori, pemlastis yang arik film akan an bahan akan tarik dan bagai komposisi k jarak pagar (Lampiran 5 sil analisis uji

n perpanjangan onsentrasi zat minyak jarak

Perpanjangan (%) 0,00 0,23 0,25 0,27 0,27

Kekerasan dan keka disebabkan bagian kristali tersebut lebih banyak diba amorf. Daerah kristalin poli keteraturan molekul dalam sedangkan daerah amorf ada polimer dengan keteratur rendah dan jarak antarmole Penambahan zat pemlas polipaduan akan mengurang sehingga bagian amorf bertambah yang menyebab lebih liat.

Gambar 10 Kekuatan tari

Gambar 11 Perpanjangan

Analisis Termal den Differential Scanning C digunakan untuk menentuk kaca (Tg) dari polimer. Anal untuk mendeteksi efek terma perubahan kimia maupun dari bahan yang dipanask pemanasan konstan. Data yan analisis ini berupa suhu tra leleh, dan juga suhu dekomp bersifat kompatibel jika suh yang dihasilkan tunggal da berada di antara suhu trans induk. Polistirena memiliki T memiliki Tg 223 ºC, da memiliki Tg 50-64 ºC (Mark Polipaduan yang diuji menggunakan DSC pada pene polipaduan tanpa pemlastis (0,

ekakuan polimer alin dari polimer bandingkan bagian olimer menandakan m polimer tinggi, adalah daerah pada turan molekulnya olekul lebih besar. lastis ke dalam ngi bagian kristalin orf dari polimer abkan polipaduan

arik polipaduan.

an polipaduan.

engan DSC Calorymetry biasa ukan suhu transisi nalisis ini bertujuan rmal yang menyertai perubahan fisika skan dengan laju ang dihasilkan dari transisi kaca, suhu posisi. Polipaduan suhu transisi kaca dan suhu tersebut nsisi kaca polimer i Tg 90-100 ºC, pati dan poliasamlaktat rk 1999).

ji analisis termal enelitian ini adalah (0,0%) dan dengan

penambahan pemlastis (5,0). Pada ini yang ditentukan hanya suhu t karena suhu leleh dan suhu dekom dihasilkan kurang jelas, sehi menentukannya secara tepat. K untuk penambahan zat peml menunjukkan suhu transisi kaca s ºC dan penambahan zat pem menunjukkan penurunan suhu t menajdi 91,79 ºC, untuk meliha pengaruh penambahan epoksida m pagar dapat dilihat pada Gam Gambar 13.

Gambar 12 Kurva suhu transis polipaduan tanpa pem

Gambar 13 Kurva suhu transis polipaduan dengan pe

Kedua kurva tersebut m polipaduan yang dihasilkan me transisi kaca tunggal dan suhu ters di antara suhu polimer induk, menandakan bahwa polipadu kompatibel. Penambahan zat epoksida minyak jarak pagar pada akan menyebabkan antaraksi a polimer menurun karena ruang bertambah besar, sehingga deraja rantai polimer meningkat dan sistem polimer meningkat. Kena

8

ada penelitian transisi kaca, komposisi yang ehingga sulit Kurva DSC mlastis 0,0% sebesar 95,37 pemlasis 5,0% hu transisi kaca hat lebih jelas da minyak jarak mbar 12 dan

isi kaca pada pemlastis.

isi kaca pada pemlastis.

9

ketidakteraturan ini akan membuat polimer mudah berubah dari keadaan kaku menjadi lebih liat sehingga suhu transisi kacanya turun.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Analisis bobot jenis menggunakan metode piknometri menunjukkan penurunan bobot jenis polimer setelah penambahan zat pemlastis epoksida minyak jarak pagar. Sifat mekanik polipaduan meningkat dengan penambahan epoksida minyak jarak pagar, menyebabkan kekuatan tarik bahan menurun sedangkan perpanjangan bahan meningkat. Hal ini diperkuat dengan menurunnya suhu transisi kaca polimer yang semula 95,37 ºC menjadi 91,79 ºC.

Saran

Polipaduan polistirena-pati yang dibuat harus dengan komposisi yang tetap, perlu adanya variasi zat pemlastis alami yang digunakan, dan kandungan pati yang digunakan dipisahkan terlebih dahulu antara amilosa dan amilopektin.

DAFTAR PUSTAKA

Bastioli C. 2005. Handbook of Biodegradable Polymers. Shawbury: Rapra Technology.

Bhatnagar S, Hanna MA. 1996. Starch-based plastic foams from various starch sources. Cereal Chem. 75: 601-604.

Bikiaris D, Prinos, Panayiotou C. 1996. Effect of EAA and Starch on the Termooxidative Degradation of LDPE. Polymer Degradation and Stability 59: 1-9.

Billmeyer FW. 1984. Textbook of Polymer Science. Ed ke-3. New York: J wiley.

Campanela A, Baltanas MA. 2005. Degradation of the oxirane ring of epoxidazed vegetable oils in liquid-liquid system: II Reactivity with Solvated Acetic and Peracetic Acid. Latin America Applied Research 35: 211-216.

Charles AL et al. 2005. Influence of amylopectin Structure and Amylose Content on the Gelling Properties of Five Cultivars of Cassava Starch. Agricultural and Food Chemistry 53: 2717-2725.

Davis FJ. 2004. Polymer Chemistry. New York: Oxford University.

Hatakeyama T, Quinn FX. 1999. Thermal Analysis: Fundamental and Applications to Polymer Sciences. Ed ke-2. Chichester : J Wiley.

Kalambur S, Rizvi SSH. 2006. An overview a starch-based plastic blends from reactive extrusion. Plastic Films & Sheeting 22: 39-58.

Kemala T. 1998. Pengaruh Zat Pemlastis dibutil ftalat pada Polyblend Polistirena-Pati. [tesis]. Bandung: Program Pasca Sarjana, Institut Teknologi Bandung.

Long Y. 2009. Biodegradable Polymer Blends and Composites from Renewable Resources. New Jersey: J Wiley.

Mark JE. 1999. Polymer Data Handbook. New York: Oxford University.

Narayanan N, Roychoudhury PK, Srivastava A. 2004. L (+) lactic acid fermentation and its product polymerization. Electronic Journal of Biotechnology 7 (2): 167-179.

Nurhidayati. 2007. Sintesis Polyblend antara Polistiren dengan Pati Tapioka dan Karakterisasinya. [skripsi]. Bandung: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung

Qian JW, Rudin A. 1991. Melt Spinning of Shear Modified Plasticized Polistirena. Journal of Applied Polymer Science 42 :973-977.

Rabek JF. 1980. Experimental Methods of Polymer Chemistry. New York: J Wiley.

Sears JK, Darby JR. 1982. The Technology of Plasticizer. New York: J Wiley.

Singh B, Sharma N. 2007. Optimized synthesis and characterization of polystyrene graft copolymers and preliminary assessment of their biodegradability and application in water pollution alleviation technologies. Polymer Degradation and Stability 92: 876-885.

Seymour RB. 1992. Polymer Chemistry an Introduction. Ed ke-3. New York: Mercel Dekker.

10

Sperling LH. 2006. Introduction to Physical Polymer Chemistry. Ed ke-4. New Jersey: J Wileys.

Sutiani A. 1997. Biodegradasi Poliblend Polistirena-Pati. [Tesis]. Bandung: Departemen Kimia FMIPA ITB.

12

13

Lampiran 2 Rumus penentuan bilangan oksirana

Sampel sebanyak 0.3-0.5 gram (± 0.0001 gram) ditimbang, lalu dimasukkan

ke dalam labu erlenmeyer 50 ml, kemudian dilarutkan dalam 10 ml asam asetat

glasial. Setelah itu ditambahkan indikator kristal ungu sebanyak 5 tetes

(maksimum 0.1 ml), lalu dititrasi dengan larutan HBr 0.1 N sampai berwarna

hijau kebiruan selama 30 detik. Bilangan oksirana dihitung dengan:

Bilangan Oksirana (% b/b) =

contoh(g) Bobot

1,60 x N x V

Keterangan :

14

Lampiran 3 Data bilangan oksirana epoksida minyak jarak pagar

Ulangan

Bobot MJP

(g)

Volume HBr

(ml)

Bilanga Oksirana

(%)

1

0.3636

8.90

3.92

2

0.3432

8.40

3.92

3

0.3408

8.40

3.94

15

Lampiran 4 Data pengukuran bobot jenis

Suhu pada saat percobaan 27

ºC

W

0

= 14,1663 gram

D

l

= 1,0000 g/cm

3

D

a

= 0,00125 g/cm

3

Komposisi

W

1

(g)

W

2

(g)

W

3

(g)

D

(g/cm

3

)

(%)

0,0

14,1902

19,4001

19,3972

1,1379

2,5

14,1819

19,3989

19,3975

1,1221

5,0

14,1825

19,3974

19,3970

1,0125

7,5

14,1947

19,3956

19,3969

0,9467

10,0

14,1839

19,3954

19,3976

0,9073

Contoh perhitungan :

3 1 2 0 3 0 1

/

1379

,

1

00125

,

0

]

00125

,

0

000

,

1

[

)

1902

,

14

4001

,

19

(

)

1663

,

14

3972

,

19

(

1663

,

14

1902

,

14

]

[

)

(

)

(

cm

g

D

D

D

D

D

W

W

W

W

W

W

D

_{I a a}

16

Lampiran 5 Data uji tarik

Kode Tebal Elongasi Elongasi Tegangan kekuatan tarik Rerata (%) (mm) (mm) (%) (kgf) (kgf/mm2) (kgf/mm2)

P1 (0,0%) 0,6 0,0 0,00 1,95 0,325

0,326 0,6 0,0 0,00 1,95 0,325

0,6 0,0 0,00 1,96 0,327 P2 (2,5%) 0,6 5,0 0,23 0,88 0,147

0,144 0,6 5,0 0,23 0,87 0,145

0,5 5,0 0,23 0,70 0,140 P3 (5,0%) 0.6 5,5 0,25 0,78 0,130

0,130 0,6 5,5 0,25 0,78 0,130

0,6 5,5 0,25 0,78 0,130 P4 (7,5%) 0,6 6,0 0,27 0,71 0,118

0,118 0,6 6,0 0,27 0,71 0,118

0,6 6,0 0,27 0,71 0,118 P5 (10,0%) 0,5 6,0 0,27 0,60 0,120

0,119 0,6 6,0 0,27 0,71 0,118