CAMPURAN LIMBAH PADAT ORGANIK DAN ANORGANIK
PULP SEBAGAI BAHAN PENGISI MIKROKOMPOSIT
TERMOPLASTIK POLIOLEFIN
DISERTASI
Oleh
MAULIDA
068103004/KM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2010
CAMPURAN LIMBAH PADAT ORGANIK DAN ANORGANIK
PULP SEBAGAI BAHAN PENGISI MIKROKOMPOSIT
TERMOPLASTIK POLIOLEFIN
DISERTASI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Oleh
MAULIDA
068103004/KM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Judul Disertasi : Campuran Limbah Padat Organik Dan Anorganik Pulp Sebagai Bahan Pengisi Mikrokomposit Termoplastik Poliolefin
Nama : M a u l i d a
Nomor Induk Mahasiswa : 068103004
Program Studi : Program Doktor Ilmu Kimia
Menyetujui :
Mengetahui :
Ketua Program Doktor Ilmu Kimia, Dekan Fakultas MIPA,
(Prof.Basuki Wirjosentono,MS., Ph.D.) (Prof.Dr.Eddy Marlianto, M.Sc.)
Tanggal lulus : 1 Maret 2010
PROMOTOR
Prof. Basuki Wirjosentono, MS., Ph.D.
Guru Besar Kimia Bidang kimia Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc.
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Analitik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Prof. Dr. Hanafi Ismail
Guru Besar Bidang Polimer
TIM PENGUJI
Ketua : Prof. Basuki Wirjosentono, MS., Ph.D.
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Anggota :
Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc.
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Analitik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Prof. Dr. Hanafi Ismail
Guru Besar Bidang Polimer
Pusat Kejuruteraan Bahan dan Sumber Mineral
Universiti Sains Malaysia
Prof. Dr. Ir. Sumono, M. S.
Guru Besar Pertaniaan Bidang Teknologi Tanah dan Air
Fakultas Pertanian
Universitas Sumatera Utara
Prof. Dr. Harry Agusnar, M. Phil
Guru Besar Kimia Bidang Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Prof. Dr. Yunazar Manjang
Guru Besar Kimia Bidang Kimia Organik Bahan Alam
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Andalas Padang
PERNYATAAN ORISINALITAS
Disertasi ini adalah hasil karya penulis sendiri, dan semua sumber baik yang
dikutip maupun dirujuk telah penulis nyatakan dengan benar.
Nama : Maulida
NIM : 068103004
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademik Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda
tangan di bawah ini :
Nama : Maulida
NIM : 068103004
Program Studi : Doktor Ilmu Kimia
Jenis Karya : Disertasi
demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (Non-Exclusive Royalty Free Right) atas disertasi saya yang berjudul :
CAMPURAN LIMBAH PADAT ORGANIK DAN ANORGANIK PULP SEBAGAI BAHAN PENGISI MIKROKOMPOSIT TERMOPLASTIK
POLIOLIFEN
beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti
Non-Ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan,
mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk database, merawat dan
mempublikasikan disertasi saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap
mencantumkan nama saya sebagai penulis dan pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di : Medan
Pada Tanggal : Maret 2010
Yang menyatakan
(Maulida)
UCAPAN TERIMA KASIH
Syukur alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah
memberikan rahmat dan karuniaNya sehingga penulis telah dapat menyelesaikan
penelitian dan penulisan disertasi ini. dengan judul ”PEMANFAATAN
LIMBAH PADAT CAMPURAN ORGANIK DAN ANORGANIK INDUSTRI PULP SEBAGAI BAHAN PENGISI MIKROKOMPOSIT TERMOPLASTIK POLIOLEFIN”.
Dalam kesempatan ini, perkenankanlah penulis yang selalu mengenang
budi baik sesama, menyampaikan rasa hormat dan terima kasih sebesar-besarnya
serta penghargaan setinggi-tingginya kepada yang terhormat :
1. Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Chairuddin P. Lubis, DTM&H, Sp.
A(K), yang telah memberikan kesempatan kepada saya untuk mengikuti
program pendidikan Doktor dalam bidang Ilmu Kimia pada Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Sumatera Utara dan
berkenan memberikan bantuan pendidikan.
2. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam USU, Prof. Dr. Eddy
Marlianto, M.Sc., atas bantuan dan proses administrasi yang baik di Fakultas
MIPA USU
3. Ketua Program Doktor Ilmu Kimia dan sekaligus sebagai Promotor, Prof.
Basuki Wirjosentono, MS., Ph.D., Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc. M. Phil.,
selaku Sekretaris Program Studi S3 Ilmu Kimia, yang dengan kesabaran
memberikan membimbing dan pemikiran, serta memacu saya dalam
menyelesaikan disertasi ini.
4. Sektretaris Program Doktor Ilmu Kimia Prof. Dr. Harry Agusnar, M.Sc. M.
Phil., yang telah memberikan dorongan dan bantuan kepada penulis.
5. Prof. Dr. Seri Bima Sembiring, M.Sc dan Prof Hanafi Ismail selaku
Co-Promotor yang telah memberikan masukan, arahan, dukungan serta bimbingan
kepada penulis dalam penyusunan dan penulisan disertasi ini. Terima kasih
juga disampaikan kepada Prof. Dr. Hemat R. Brahmana, MSc, selaku
6. Tim penguji, Prof. Basuki Wirjosentono, MS., Ph.D., Prof. Dr. Seri Bima
Sembiring, M.Sc., Prof. Dr. Hanafi Ismail, Prof. Dr. Ir. Sumono, MS., Prof.
Dr. Harry Agusnar, MSc., M.Phil., Prof. Dr. Yunazar Manjang, diucapkan
terima kasih atas kesediaanya mengiklaskan waktu untuk memberikan
penilaian maupun saran-saran untuk perbaikan disertasi ini.
7. Direktur Sekolah Pasca Sarjana Universitas Sumatera Utara,
8. Pusat Pengajian Kejuruteraan Bahan dan Sumber Mineral Kampus
Kejuruteraan Universiti Sains Malaysia, para teknisi laboratorium khususnya
Mr. Sagaran, Cek Muhammad, Cek Rashid dan sebagainya yang tidak dapat
penulis sebutkan satu per satu.
9. PKBL Region I Medan dan PKBL Pusat PT. Pertamina (Persero), yang telah
banyak memberi bantuan materil kepada penulis.
10.Rekan-rekan di Program Doktor Ilmu Kimia USU, untuk kerja sama yang
saling menguatkan selama menuntut ilmu di Program Doktor Ilmu Kimia
USU
Akhir kata, terima kasih kepada Mama dan alm. papa tercinta yang telah
mencurahkan kasih sayang, doa, serta perjuangan dan pengorbanannya selama ini
demi putra-putrinya. Suami, dr. Anton Rahmat Sembiring, anak-anakku Dianti Lita
Lestari dan Davina Athirah, kakak-kakak alm Mallahiah, Roslinawaty dan Elly
Afrida, abang Aminuddin, alm Sangkot Marissi Lubis, Mara Bangun Harahap,
Adam Brayun Nasution, adik-adik Ronny Sayful, Rini, Ahmad Hamdani, Desi
serta para keponakan yang telah memotivasi penulis untuk menyelesaikan
penulisan disertasi ini.
Kepada Allah SWT penulis bermohon semoga kebaikan dan bantuan serta
dorongan yang telah diberikan kepada penulis mendapat berkah dan ilmu yang
telah diberikan semoga berguna, Amin ya Robbal’alamin.
Medan, Maret 2010
Hormat Penulis
(Maulida)
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
I. DATA PRIBADI
Nama : Maulida
NIP : 19700611 199702 2 001 Tempat dan Tanggal Lahir : Medan, 11 Juni 1970 Golongan/Jabatan Fungsional : IV b / Lektor Kepala Perguruan Tinggi : Universitas Sumatera Utara
Alamat : Fakultas Teknik, Jl. Almamater Kampus USU Medan 20155
II. RIWAYAT PENDIDIKAN PERGURUAN TINGGI
Tahun Lulus
Jenjang Perguruan Tinggi Jurusan/
Bidang Studi
2002 S2 Universiti Sains Malaysia Teknologi Polimer 1994 S1 Universitas Sumatera Utara Teknik Kimia
1988 SLTA SMA Negeri 11 Medan Fisika
1985 SLTP SMP Negeri 16 Medan -
1982 SD SD INPRES No. 069482 Medan -
III. PELATIHAN PROFESIONAL
Tahun Pelatihan Penyelenggara
2009 Pelatihan Pemanfaatan Hasil Penelitian, Pengabdian Kepada Masyarakat Dan Kreativitas Mahasiswa Berpotensi Paten
DIKTI bekerjasama dengan Universitas Medan Area
IV. PENGALAMAN JABATAN
Jabatan Institusi Tahun ... s.d. ...
Staf Akademik Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik USU 1997 – sekarang
Staf Akademik Magister Teknik Kimia
Sekolah Pasca Sarjana USU
2005 – sekarang
Staf Ahli Dekan Fakultas Teknik USU 2008
V. PENGALAMAN MENGAJAR
Mata Kuliah Jenjang Institusi/Jurusan Tahun
Teknologi Polimer S1 Teknik Kimia USU 2004 s/d 2009 Teknologi Polimer S2 Magister Teknik Kimia
USU
2005
Teknologi Komposit S1 Teknik Kimia USU 2005 s/d 2009 Analisis Matematika T.
Kimia I
S1 Teknik Kimia USU 1998 s/d 2008
Analisis Matematika T. Kimia II
S1 Teknik Kimia USU 1998 s/d 2008
Kimia Analisa I D4 Teknik Kimia USU 2009
Industri Proses Kimia II D4 Teknik Kimia USU 2009 Teknologi Polimer S2 Magister Teknik Kimia
USU
2009
Analisis Proses Teknik Kimia
S2 Magister Teknik Kimia USU
2009
Teknologi Komposit S1 Teknik Kimia USU 2009
VI. KARYA TULIS ILMIAH YANG BERKAITAN DENGAN DISERTASI
Tahun Judul Penerbit Jurnal
2009 Mechanical Properties of Paper Sludge Reinforced Polypropylene Composites
International Seminar on Chemistry and Polymer, USU, Medan
VII. PENGALAMAN PENELITIAN
Tahun Judul Penelitian Jabatan Sumber Dana
2007 Pembuatan Komposit Termoplastik Berdasarkan Serat Kelapa Sawit Dengan Kaedah Prapreg
Ketua Hibah Fundamental
DP2M Dikti
2007 Modifikasi Bahan Elastomer
TermoplastikPropilena dengan Karet Alam (PP/NR) dengan Proses Vulkanisasi Dinamik
Anggota Hibah Fundamental
DP2M Dikti
2008 Pembuatan Komposit Termoplastik Berdasarkan Serat Kelapa Sawit Dengan Kaedah Prapreg
Ketua Hibah Fundamental
DP2M Dikti
2008 Modifikasi Bahan Elastomer
TermoplastikPropilena dengan Karet Alam (PP/NR) dengan Proses Vulkanisasi Dinamik
Anggota Hibah Fundamental
DP2M Dikti
2009 Pemanfaatan Serat Ijuk (Arangapinnata) Sebagai Bahan Pengisi Mikrokomposit Termoplastik Polipropilena
Ketua Hibah Strategis
Dikti
2009 Penyediaan Komposit PP/NR Diperkuat Berbagai Pengisi Alami
Anggota Hibah Bersaing DP2M Dikti 2010 Penyediaan Komposit PP/NR Diperkuat
Berbagai Pengisi Alami
Anggota Hibah Bersaing DP2M Dikti
VIII. PENGHARGAAN/PIAGAM
Tahun Bentuk Penghargaan Pemberi
2007 Tanda Kehormatan Republik Indonesia Satyalancana Karya Satya X Tahun
Presiden Republik Indonesia, DR. H. Susilo
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi limbah padat pulp (LPP) sebagai bahan pengisi di dalam mikrokomposit polipropilena (PP). Mikrokomposit PP/LPP dibuat dengan menambahkan partikel pengisi LPP yang berasal dari buangan proses pembuatan pulp PT. Toba Pulp Lestari (Tbk) dengan komposisi yang bervariasi mulai dari 0, 10, 20 dan 30 % berat dan ukuran partikel yang juga berbeda-beda yaitu 1,46; 14,23 dan 169 µm dengan matriks polimer PP komposisi 100, 90, 80 dan 70 % berat. Karena ketidakserasaian antara pengisi LPP dengan matriks PP maka ditambahkan polipropilena maleat anhidrida (PPMA) sebanyak 3 % dari berat PP dan juga ditambahkan minyak jarak pagar (MJP) sebanyak 7 % berat PP. Penambahan PPMA dan MJP bertujuan untuk menyerasikan antara pengisi LPP dengan PP dan juga untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik. Mikrokomposit PP/LPP dibuat di dalam alat pencampur Haake Polydrive pada temperatur 180 oC dan putaran 50 rpm selama 7 menit. Pengaruh kandungan dan ukuran partikel LPP serta penambahan PPMA dan MJP terhadap sifat-sifat mekanik, morfologi permukaan, sifat termal, spektum FTIR dan degradasi mikrokomposit telah dilakukan. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa dengan semakin meningkatnya kandungan pengisi LPP (30 % berat) telah meningkatkan kestabilan torka, modulus Young sekitar 22,31 %, penyerapan air, kestabilan termal dan kristalinitas mikrokomposit sedangkan kekuatan tarik 26,39 %, kekuatan benturan 48,25 % dan pemanjangan pada saat putus 672,98 % didapati berkurang terhadap kontrol PP. Mikrokomposit PP/LPP dengan ukuran partikel pengisi 1,46 µm mempunyai sifat kekuatan tarik (26,39 %), pemanjangan pada saat putus (672,98 %), modulus Young (22,31 %) dan kekuatan benturan yang lebih tinggi (48,25 %) dibandingkan dengan mikrokomposit PP/LPP dengan ukuran partikel pengisi 14,23 µm dan 169 µm. Analisis termogravimetri (TGA) menunjukkan bahwa peningkatan jumlah kandungan partikel pengisi LPP semakin meningkatkan ketahanan stabilitas termal mikrokomposit PP/LPP terhadap peningkatan temperatur sampai 700 oC, sedangkan hasil analisis kalorimetri differensial (DSC) menunjukkan peningkatan temperatur peleburan (Tl) dan menurunkan derajat kristalinitas (Xk) mikrokomposit PP/LPP. Hasil analisis termal diperoleh bahwa mikrokomposit dengan ukuran partikel pengisi 1,46 µm menunjukkan stabilitas termal dan derajat kristalinitas yang lebih tinggi dibandingkan mikrokomposit PP/LPP dengan ukuran partikel pengisi 14,23 µm dan 169 µm. Analisis permukaan patahan menggunakan mikroskop elektron payaran (SEM) menunjukkan bahwa partikel LPP dengan ukuran 1,46 µm menghasilkan interaksi yang lebih baik dengan matriks polimer PP dibandingkan dengan ukuran partikel 14,23 µm dan 169 µm. Penambahan bahan penyerasi PPMA dan MJP digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik komposit. Penambahan MJP ternyata menurunkan sifat-sifat mekanik dibandingkan dengan mikrokomposit PP/LPP tanpa penambahan PPMA apalagi dengan penambahan PPMA. Hal ini disebabkan karena minyak jarak pagar tersebut hanya bersifat sebagai lubricant atau pelumas yang berfungsi untuk memudahkan proses pencampuran antara matriks PP dengan pengisi limbah padat pulp. Pada jumlah kandungan partikel pengisi yang sama komposit PP/LPP dengan penambahan PPMA menunjukkan kekuatan tarik, modulus Young,
stabilitas termal dan derajat kristalinitas yang lebih tinggi tetapi pemanjangan pada saat putus yang lebih rendah dibandingkan dengan bahan komposit tanpa penambahan PPMA. Uji morfologi permukaan putus, uji tarik dengan SEM untuk komposit PP/LPP dengan penambahan PPMA telah meningkatan interaksi antar miuka pengisi - matrik. Kemudian analisis spektrum FTIR juga menunjukkan adanya interaksi diantara PPMA dengan bahan pengisi LPP yang ditunjukkan dengan perubahan gugus fungsi .Dari uji degradasi di dalam tanah selama dua, empat dan enam bulan menunjukkan penurunan sifat-sifat mekanik untuk semua mikrokomposit PP/LPP tanpa dan dengan penambahan PPMA dan MJP. Biodegradasi mikrokomposit dengan penambahan MJP lebih baik diikuti dengan komposit PP/LPP tanpa penambahan PPMA dan MJP kemudian komposit dengan penambahan PPMA dan terakhir PP murni. Penurunan sifat-sifat mekanik ini disebabkan karena degradasi dari komposit tersebut akibat pengaruh lingkungan dimana komposit PP/LPP ditanam seperti mikroorganisme di dalam tanah, panas, atau bahan kimia yang ada di dalam tanah seperti asam, alkali dan garam.
ABSTRACT
This research is aimed to investigate pulp solid waste (PSW) potency as filler in polipropylene mikrocomposites. PP/LPP microcomposites are made by adding PSW particle come from waste pulp process PT. Toba Pulp Lestari (Tbk) with composition start from 0, 10, 20 and 30 % weight and also different particle size as 1,46; 14,23 and 169 µm with composition PP matrix 100, 90, 80 and 70 % weight. Caused not compatable between PSW filler with PP matrix then was added maleic anhydride polipropylene (MAPP) as much as 3 % weight PP and also added jatrova oil (JO) as much as 7 % weight PP. Adding MAPP and JO aimed to compatabilize between PSW filler with PP matrix and also to improve mechanical properties. PSW/PP microcomposites are processed by Haake Polydrive Mixer at 180 oC and 50 rpm for 7 minute. The effect of PSW loading and particle size, and also effect of MAPP and JO on mechanical properties, surface morphology, thermal properties, FTIR spectrum and microcomposites degradation were investigated. The result of mechanical test showed that increasing of PSW (30 % weight)loading has increased the value of stabilization torque, Young’s modulus about 22.31 %, water absorption, thermal stability and crystalinity microcomposite,whereas tensile strength, impact strength 23.69 %, elongation at break 672.98 % and impact strength 48.25 % reduced about to PP control. The PP/PSW microcomposite with particle size of 1.46 µm have higher tensile strength (23.69 %), elongation at break (672.98 %), Young’s modulus (22.31 %) and impact strength (48.25 %) than PP/PSW microcomposite with particle size of 14.23 µm and 169 µm. Analysis of thermogravimetry (TGA) exhibited that increasing of PSW loading increased thermal stability resistance PP/PSW microcomposite with increasing temperature until 600 oC, while Diffrential Scanning Calorimetry (DSC) showed the increasing melting temperature (Tl) and degree of crystallinity (Xk) microcomposite decreased.
Thermal analysis result is indicates that microcomposite with particle size of 1.46 µm show higher thermal stability and degree of crystallinity than microcomposite with particle size of 14.23 µm and 169 µm. Scanning Epectron Microscopy (SEM) of tensile fracture surface indicated that PSW with particle size of 1.46 µmbetter interaction with PP polymer matrix compared PSW with particle size of 14.23 µm dan 169 µm. The addition of compatabilizer agent MAPP and coupling agent JO were used to improve mechanical properties microcomposite. The addition JO has decreased mechanical properties compared with PP/PSW microcomposite without the addition of MAPP and with the addition of MAPP. Caused JO only lubricant property function for easy blending process between PP matrix with PSW filler. At similar loading of PSW, PP/PSW microcompostes with MAPP showed higher tensile stength, Young’s modulus, thermal stability and degree of crystallinity but lower elongation at break than compored microcomposites without MAPP. Morphlogy test on tensile surface fractured with SEM for PP/PSW microcomposites with MAPP compatabilizing agent addition has increased interface interaction filler – matrix. Then FTIR spectrum analysis, revealed interaction between MAPP compatabilizer has increased interface interaction filler – matrix. Thus, FTIR spectrum analysis show the interaction between
compatabilizer MAPP and PSW filler that indicates with the change of functional group. From biodegradation test on the soil barrier for six months indicated decreased mechanical properties for all PP/PSW mocricomposites without and with MAPP and JO. Microcomposites biodegradation with JO addition is better than compared PP/PSW microcomposit without and with the addition MAPP and the last is PP. The decreased of mechanical properties caused biodegradation of
microcomposites result the effect of environment whereas PP/PSW
microcomposites on soil barrier like microorganism on soil barrier, heat, or chemical agents on soil barrier likeacids, salt andalkaly.
DAFTAR ISI
Halaman
UCAPAN TERIMA KASIH... i
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... iv
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xix
DAFTAR SINGKATAN ... xx
BAB I : PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Balakang ... 1
1.2 Permasalahan ... 4
1.3 Tujuan Penelitian ... 5
1.4 Hipotesis Penelitian ... 5
1.5 Manfaat Penelitian ... 6
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA ... 7
2.1 Komposit Polimer ... 7
2.1.1 Pembagian Komposit ... 7
2.1.2 Fasa matriks Pada Komposit ... 8
2.1.3 Fasa Penguat Dalam Komposit ... 10
2.1.4 Antara Muka (Interface) Pengisi – Matriks ... 10
2.2 Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Sifat Mekanik Komposit ... 13
2.3 Ciri-ciri Pengisi ... 15
2.4 Poliolefin ... 17
2.4.1 Polipropilena (PP) ... 18
2.4.2 Komposit Polipropilena ... 18
2.5 Pengisi Limbah Padat Campuran Organik dan Anorganik .. 20
2.5.1 Sistem Hibrid ... 20
2.5.2 Limbah Padat Campuran Organik dan Anorganik... 21
2.5.3 Komposit Limbah Padat Campuran Organik dan Anorganik ... 22
2.6 Bahan Penyerasi ... 23
2.6.1 Minyak Jarak Pagar ... 24
2.6.2 Polipropilena Maleat Anhidrida ... 25
2.7 Analisa Panas ... 26
2.7.1 Analisis Kalori Differensial (DSC) ... 28
2.7.2 Analisis Termal Gravimetri (TGA) ... 28
2.8 Spektroskopi Infra Merah (FTIR) ... 28
2.9 Morfologi Bahan Komposit ... 29
BAB III : METODELOGI PENELITIAN ... 31
3.1 Bahan-bahan ... 31
3.1.1 Poliolefin Jenis Polipropilena ... 31
3.1.2 Pengisi ... 32
3.1.2.1 Penyediaan Limbah Padat ... 32
3.1.3 Bahan Penyerasi ... 33
3.1.3.1 Minyak Jarak Pagar... 33
3.1.3.2 Polipropilena Maleat Anhidrida... 34
3.2 Peralatan... 34
3.3 Pembuatan Mikrokomposit Polipropilena Dengan Pengisi Limbah Padat Pulp ... 34
3.3.1 Cetak Tekan (Compression Moulding) ... 36
3.4 Pengujian Karakterisasi Bahan ... 37
3.4.1 Pengaruh Terhadap Torka ... 37
3.4.2 Uji Tarik (Tensile Test) ... 38
3.4.3 Uji Benturan (Impact Test) ... 38
3.4.4 Uji Ketahanan Terhadap Air (Water Resistance) ... 39
3.4.5 Pengamatan Morfologi ... 39
3.4.6 Uji Sinar Infra Merah Fourier (FTIR)... 39
3.4.7 Uji Sifat-Sifat Panas ... 40
3.4.7.1. Differential Scanning Calorimetry (DSC)... 40
3.4.7.2. Thermogravimetric Analysis (TGA) ... 41
3.4.8. Uji Degradasi ... 41
3.4.9. Skema Kerja ... 41
BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN ... 43
4.1 Pengaruh Penambahan Pengisi dan Ukuran Partikel pada Mikrokomposit Polipropilena Terisi Limbah Padat Pulp .... 43
4.1.1 Karakteristik Nilai Torka ... 43
4.1.2 Sifat kekuatan Tarik ... 46
4.1.3 Sifat Pemanjangan pada Saat Putus ... 48
4.1.4 Sifat Modulus Young ... 49
4.1.5 Sifat Benturan ... 50
4.1.6 Sifat Penyerapan Air ... 51
4.1.7 Analisa Morfologi ... 53
4.1.8 Sifat-Sifat Panas ... 58
4.1.8.1 Analisa Termal Termogravimetri (TGA) ... 58
4.1.8.2 Analisa Kalorimetri Differensial (DSC) ... 60
4.2 Pengaruh Penambahan Bahan Penyerasi PPMA dan MJP pada Mikrokomposit Polipropilena yang Berisi Limbah Padat Pulp ... 62
4.2.1. Karakterisasi Nilai Torka ... 63
4.2.2. Sifat Kekuatan Tarik ... 64
4.2.3. Sifat Pemanjangan Pada Titik Putus ... 67
4.2.4. Sifat Modulus Young ... 68
4.2.5. Sifat Benturan ... 69
4.2.6. Sifat Penyerapan Air ... 71
4.2.8. Sifat-Sifat Panas ... 74
4.2.8.1. AnalisaTermogravimetri (TGA) ... 74
4.2.8.2. Analisa Differensial Scanning Calorymetry (DSC) ... 76
4.2.9. Analisa Spektra FTIR... 78
4.3 Degradasi Mikrokomposit Polipropilena Berisi Limbah Padat Pulp ... 82
4.3.1 Sifat Kekuatan Tarik ... 83
4.3.2 Sifat Pemanjangan pada Saat Putus ... 84
4.3.3 Sifat Modulus Young ... 85
4.3.4 Sifat Benturan ... 86
4.3.5 Analisa Morfologi ... 87
4.3.6 Analisa Sifat-Sifat Panas... 90
4.3.6.1. Analisa Termogravimetri (TGA) ... 90
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN ... 92
5.1 Kesimpulan ... 92
5.2 Saran ... 93
DAFTAR PUSTAKA ... 95
LAMPIRAN ... 103
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
3.1 Spesifikasi Polipropilena Titan Pro (6334) ... 31
3.2. Sifat-Sifat Fisik Limbah Padat Pulp ... 32
3.3. Komposisi Kimia Limbah Padat Pulp... 32
3.4. Sifat Fisik Minyak Jarak Pagar ... 33
3.5. Komposisi Mikrokomposit Terisi Limbah Padat Pulp ... 35
3.6. Proses Pencampuran Mikrokomposit Polipropilena Terisi Limbah Padat Pulp ... 36
3.7. Keadaan Pemprosesan Hot Press ... 37
4.1. Persentase Berat Mikrokomposit PP/LPP yang Hilang Tanpa Penambahan PPMA dan MJP dengan Kandungan dan Ukuran Partikel yang Berbeda ... 60
4.2. Parameter Termal DSC Mikrokomposit PP/LPP dengan Kandungan Pengisi dan Ukuran Partikel Limbah padat Pulp yang Berbeda ... 62
4.3. Persentase Berat Mikrokomposit PP/LPP yang Hilang Tanpa dan Dengan Penambahan PPMA dan MJP ... 76
4.4. Parameter Termal DSC Mikrokomposit PP/LPP Tanpa dan dengan Penambahan PPMA dan MJP dengan Kandungan Pengisi Limbah Padat Pulp Sebanyak 10 % Berat dan Ukuran Partikel 1,46 µm ... 78
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
2.1. Pembagian komposit ... 8
2.2. Mekanisme Penyerapan dan Pembahasan... 11
2.3. Mekanisme Penyerapan ... 12
2.4. Mekanisme Daya Tarik Elektrostatik... 12
2.5. Mekanisme Ikatan Kimia ... 13
2.6. Mekanisme Pengikatan Mekanik ... 13
2.7. Skema Struktur Partikel, Agregat dan Aglomerat... 16
2.8. Pengkelasan Pengisi ... 17
2.9. Struktur Molekul Polipropilena ... 18
2.10. Struktur Molekul Selulosa ... 22
2.11. Struktur Kimia Minyak Jarak Pagar ... 25
2.12. Buah Jarak Pagar (Jatropha curcas L) ... 25
3.1. Alat Pencampur Haake Polydrive Model R600/610 ... 35
3.2. Alat Hot Press ... 37
3.3. Sampel yang Berbentuk Dumbell ... 38
3.4. Skema Kerja Pembuatan Mikrokomposit PP/LPP... 42
4.1. Pengaruh waktu terhadap nilai torka pada proses pencampuran PP dan limbah padat pulp pada mikrokomposit PP/LPP... 44
4.2. Kestabilan Torka Terhadap Kandungan Pengisi pada Mikrokomposit PP yang Terisi Limbah Padat Pulp dengan Ukuran Partikel yang Berbeda ... 45
4.3. Pengaruh Penambahan Kandungan Pengisi dan Ukuran Partikel Limbah Padat Pulp Terhadap Sifat Kekuatan Tarik Mikrokomposit PP/LPP ... 47
4.4. Skema Pelekatan Interface Antara Rantai Termoplastik Polipropilena dengan Pengisi Limbah Padat Pulp Berdasarkan Ukuran Partikel ... 47
Nomor Judul Halaman
4.5. Pengaruh Penambahan Kandungan Pengisi dan Ukuran Partikel Limbah Padat Pulp Terhadap Sifat Pemanjangan
pada Titik Putus Mikrokomposit PP/LPP ... 49
4.6. Pengaruh Penambahan Kandungan Pengisi dan Ukuran
Partikel Limbah Padat Pulp Terhadap Sifat Modulus Young Mikrokomposit PP/LPP ... 50
4.7. Pengaruh Penambahan Kandungan Pengisi dan Ukuran Partikel Limbah Padat Pulp Terhadap Sifat Kekuatan Hentaman Mikrokomposit PP/LPP ... 51
4.8. Pengaruh Penambahan Kandungan Pengisi Terhadap Persentasi Penyerapan Air Limbah Padat Pulp pada Mikrokomposit PP/LPP ... 52
4.9. Pengaruh Penambahan Kandungan Pengisi Limbah Padat Pulp Terhadap Keseimbangan Penyerapan Air pada Mikrokomposit PP/LPP ... 53
4.10. Morfologi Pengisi Limbah Padat Pulp dengan Perbesaran 151 kali ... 54
4.11. Morfologi Permukaan Putus PP dengan Perbesaran 300 kali 54
4.12. Morfologi Permukaan Putus Mikrokomposit PP/LPP dengan Kandungan Pengisi 10% dan Ukuran Partikel 14,23 µm denganPerbesaran 100 kali ... 55
4.13. Morfologi permukaan putus mikrokomposit PP/LPP dengan kandungan pengisi 30 % dan ukuran partikel 14,23 µm dengan perbesaran 100 kali ... 56
4.14. Morfologi Permukaan Putus Mikrokomposit PP/LPP dengan Kandungan Pengisi 30 % dan Ukuran Partikel 1,46 µm dengan Perbesaran 300 kali ... 57
4.15. Morfologi Permukaan Putus Mikrokomposit PP/LPP dengan Kandungan Pengisi 30 % dan Ukuran partikel 14,23 µm dengan Perbesaran 300 kali ... 57
Nomor Judul Halaman
4.17. Pengaruh Aliran Panas Terhadap Temperatur pada Penambahan Kandungan Pengisi LPP dan Ukuran Partikel 1,46 µm Pengisi Terhadap Sifat Kalorimetri Differensial Mikrokomposit PP/LPP ... 61
4.18. Pengaruh Waktu Pencampuran Terhadap Nilai Torka pada Mikrokomposit PP/LPP tanpa Menggunakan PPMA dan MJP, Menggunakan PPMA, MJP dan dengan PPMA dan dan MJP ... 63
4.19. Pengaruh Penambahan Kandungan Partikel Pengisi LPP Terhadap Kestabilan Nilai Torka pada Mikrokomposit PP/LPP Tanpa Menggunakan PPMA dan MJP, Menggunakan PPMA, MJP dan dengan Menggunakan PPMA dan MJP... 64
4.20. Pengaruh Penambahan Kandungan Pengisi Limbah Padat Pulp Terhadap Kekuatan Tarik pada Mikrokomposit
PP/LPP Tanpa Menggunakan PPMA dan MJP dan dengan Menggunakan PPMA dan MJP ... 66
4.21. Mekanisme diantara Permukaan Pengisi Partikel Limbah Padat Pulp dengan Penambahan PPMA dan MJP ... 66
4.22. Pengaruh Penambahan Kandungan Pengisi Limbah Padat Pulp Terhadap Pemanjangan pada Titik Putus
pada Mikrokomposit PP/LPP Tanpa Menggunakan PPMA dan MJP dan dengan Menggunakan PPMA dan MJP ... 68
4.23. Pengaruh Penambahan Kandungan Pengisi Limbah Padat Pulp Terhadap Modulus Young pada Mikrokomposit PP/LPP Tanpa Menggunakan PPMA dan MJP dan yang Menggunakan PPMA dan MJP ... 69
4.24. Pengaruh Penambahan Kandungan Pengisi Limbah Padat Pulp Terhadap Kekuatan Hentaman pada
Mikrokomposit PP/LPP Tanpa dan dengan Menggunakan PPMA dan MJP ... 70
4.25. Pengaruh Penambahan Kandungan Pengisi Terhadap Sifat Penyerapan Air Mikrokomposit PP/LPP Tanpa
Menggunakan PPMA dan MJP dan dengan Menggunakan PPMA dan MJP ... 71
Nomor Judul Halaman
4.26. Pengaruh Penambahan Kandungan Pengisi Limbah Padat Pulp Terhadap Keseimbangan Penyerapan Air pada
Mikrokomposit PP/LPP Tanpa PPMA dan MJP dan dengan PPMA dan MJP ... 72
4.27. Morfologi Permukaan Putus Komposit PP/LPP yang Berisi 10 % Berat Partikel Limbah Padat Pulp dengan
Penambahan Bahan Penyerasi PPMA dengan Perbesaran 300 kali ... 73
4.28. Morfologi Permukaan Putus Komposit PP/LPP yang Berisi 10 % Bberat Partikel Limbah Padat Pulp dengan
Penambahan Bahan Penggandeng MJP dengan Perbesaran 300 kali ... 74
4.29. Pengaruh Penambahan Temperatur terhadap Perubahan Berat dengan Penambahan Bahan Penyerasi PPMA dan MJP terhadap Sifat Termogravimetri Mikrokomposit PP/LPP dengan 10 % Berat dan Ukuran Partikel LPP 1,46 µm ... 75
4.30. Pengaruh Penambahan Temperatur Terhadap Aliran Panas pada Analisa Kalorimetri Differensial Mikrokomposit PP/LPP (10% Berat) Tanpa dan Dengan Penambahan PPMA dan MJP... 76
4.31. Hasil Spektra Mikrokomposit PP yang Berisi LPP... 78
4.32. Spektra FTIR Mikrokomposit PP/LPP Yang Berisi Limbah Padat Pulp Dengan Penambahan MJP ... 79
4.33. Spektra FTIR Mikrokomposit PP/LPP yang Berisi Limbah Padat Pulp dengan Penambahan PPMA... 81
4.34. Spektra FTIR Mikrokomposit PP/LPP yang Berisi Limbah Padat Pulp dengan Penambahan PPMA dan MJP ... 81
4.35. Mekanisme Reaksi di antara Permukaan Pengisi Pertikel Limbah Padat Pulp dengan PPMA dan MJP ... 82
4.36. Pengaruh Waktu Penanaman Sampel di dalam Tanah Terhadap Modulus Young pada Mikrokomposit PP yang Berisi LPP Tanpa dan dengan Penambahan PPMA dan MJP ... 83
4.37. Pengaruh Waktu Penanaman Sampel di dalam Tanah Terhadap Pemanjangan pada saat putus pada
Nomor Judul Halaman
4.38. Pengaruh Waktu Penanaman Sampel di dalam Tanah Terhadap Modulus Young pada Mikrokomposit PP yang Berisi LPP Tanpa dan dengan Penambahan PPMA dan
MJP ... 86
4.39. Pengaruh Waktu Penanaman Mikrokomposit PP/LPP di dalam Tanah Terhadap Kekuatan Benturan pada Mikrokomposit PP yang Berisi LPP Tanpa dan dengan Penambahan PPMA dan MJP ... 87
4.40. Morfologi permukaan setelah ditanam di dalam tanah selam 6 bulan dan dengan perbesaran 1000 kali ... 88
4.41. Morfologi permukaan mikrokomposit PP/LPP setelah ditanam selama 6 bulan dan dengan perbesaran 1000 kali .. 88
4.42. Morfologi permukaan komposit PP/LPP dengan penambahan MJP setelah ditanam di dalam tanah selama 6 bulan dan dengan perbesaran 1000 kali ... 89
4.43. Morfologi permukaan komposit PP/LPP dengan penambahan PPMA setelah ditanam di dalam tanah selama 6 bulan dan dengan perbesaran 1000 kali ... 89
4.44. Pengaruh penambahan temperatur terhadap perubahan berat mikrokomposit PP/LPP terhadap sifat termogravimetri dengan 10% berat pengisi dan ukuran partikel 1,45 µm ... 90
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
1 Hasil dari Proses Pembuatan Mikrokomposit PP/LPP dengan
Alat Internal Mixing Haake Polydrive Model R600/610 ... 103
2 Hasil Analisa X-Ray Flouroscene Spektometer Rigaku RIX 3000 ... 104
3 Hasil Analisa Minyak Jarak Pagar dari Pusat Penelitian Surfaktan dan Bioenergi IPB ... 105
4 Alat Jet Mill Hosakawa Alpine LG Type 100 AFG ... 106
5 Hasil Analisa Spektra FTIR ... 107
DAFTAR SINGKATAN
Singkatan Nama
ASTM American Standart Testing Materials
DSC Diffrential Scanning Calorimetry
FTIR Fourier Transform Infra Red
LPP Limbah Padat Pulp
PP Polipropilena
PPMA Polipropilena Maleat Anhidrida
MJP Minyak Jarak Pagar
SEM Scanning Electron Microscopy
TGA Thermal Gravimetry Analysis
Tl Temperatur peleburan TPE Termoplastik Elastomer
ABSTRAK
stabilitas termal dan derajat kristalinitas yang lebih tinggi tetapi pemanjangan pada saat putus yang lebih rendah dibandingkan dengan bahan komposit tanpa penambahan PPMA. Uji morfologi permukaan putus, uji tarik dengan SEM untuk komposit PP/LPP dengan penambahan PPMA telah meningkatan interaksi antar miuka pengisi - matrik. Kemudian analisis spektrum FTIR juga menunjukkan adanya interaksi diantara PPMA dengan bahan pengisi LPP yang ditunjukkan dengan perubahan gugus fungsi .Dari uji degradasi di dalam tanah selama dua, empat dan enam bulan menunjukkan penurunan sifat-sifat mekanik untuk semua mikrokomposit PP/LPP tanpa dan dengan penambahan PPMA dan MJP. Biodegradasi mikrokomposit dengan penambahan MJP lebih baik diikuti dengan komposit PP/LPP tanpa penambahan PPMA dan MJP kemudian komposit dengan penambahan PPMA dan terakhir PP murni. Penurunan sifat-sifat mekanik ini disebabkan karena degradasi dari komposit tersebut akibat pengaruh lingkungan dimana komposit PP/LPP ditanam seperti mikroorganisme di dalam tanah, panas, atau bahan kimia yang ada di dalam tanah seperti asam, alkali dan garam.
Kata kunci : mikrokomposit, limbah padat pulp, polipropilena, bahan penyerasi, dan degradasi.
ABSTRACT
This research is aimed to investigate pulp solid waste (PSW) potency as filler in polipropylene mikrocomposites. PP/LPP microcomposites are made by adding PSW particle come from waste pulp process PT. Toba Pulp Lestari (Tbk) with composition start from 0, 10, 20 and 30 % weight and also different particle size as 1,46; 14,23 and 169 µm with composition PP matrix 100, 90, 80 and 70 % weight. Caused not compatable between PSW filler with PP matrix then was added maleic anhydride polipropylene (MAPP) as much as 3 % weight PP and also added jatrova oil (JO) as much as 7 % weight PP. Adding MAPP and JO aimed to compatabilize between PSW filler with PP matrix and also to improve mechanical properties. PSW/PP microcomposites are processed by Haake Polydrive Mixer at 180 oC and 50 rpm for 7 minute. The effect of PSW loading and particle size, and also effect of MAPP and JO on mechanical properties, surface morphology, thermal properties, FTIR spectrum and microcomposites degradation were investigated. The result of mechanical test showed that increasing of PSW (30 % weight)loading has increased the value of stabilization torque, Young’s modulus about 22.31 %, water absorption, thermal stability and crystalinity microcomposite,whereas tensile strength, impact strength 23.69 %, elongation at break 672.98 % and impact strength 48.25 % reduced about to PP control. The PP/PSW microcomposite with particle size of 1.46 µm have higher tensile strength (23.69 %), elongation at break (672.98 %), Young’s modulus (22.31 %) and impact strength (48.25 %) than PP/PSW microcomposite with particle size of 14.23 µm and 169 µm. Analysis of thermogravimetry (TGA) exhibited that increasing of PSW loading increased thermal stability resistance PP/PSW microcomposite with increasing temperature until 600 oC, while Diffrential Scanning Calorimetry (DSC) showed the increasing melting temperature (Tl) and degree of crystallinity (Xk) microcomposite decreased.
compatabilizer MAPP and PSW filler that indicates with the change of functional group. From biodegradation test on the soil barrier for six months indicated decreased mechanical properties for all PP/PSW mocricomposites without and with MAPP and JO. Microcomposites biodegradation with JO addition is better than compared PP/PSW microcomposit without and with the addition MAPP and the last is PP. The decreased of mechanical properties caused biodegradation of
microcomposites result the effect of environment whereas PP/PSW
microcomposites on soil barrier like microorganism on soil barrier, heat, or chemical agents on soil barrier likeacids, salt andalkaly.
Keywords: microcomposite, pulp solid waste, polypropylene, compatabilizer agent, and degradation.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Penambahan bahan pengisi atau campuran dua atau lebih polimer telah
menjadi fenomena penting pada tahun-tahun terakhir untuk mendapatkan suatu
bahan dengan sifat-sifat tertentu seperti sifat mekanik, fisika dan panas, yang tidak
dapat ditemukan pada masing-masing komponen penyusunnya dengan proses
pembuatan yang lebih mudah dan biaya yang relatif murah (Khalid, dkk., 2008)
yang memenuhi Standar Nasional Indonesia (SNI) No. 19-1811-1990.
Umumnya bahan pengisi ditambahkan ke bahan polimer seperti
termoplastik, termoset, karet ataupun elastomer ditujukan untuk meningkatkan
sifat-sifat tertentu dan untuk mengurangi biaya produksi ataupun keduanya
sekaligus. Komposit polimer sangat berkembang saat ini dibandingkan dengan
komposit logam ataupun keramik. Komposit polimer yang sering digunakan ialah
termoplastik hal ini disebabkan karena polimer termoset lebih mahal sehingga
kurang ekonomis untuk digunakan. Termoplastik yang umum digunakan yaitu
poliolefin seperti polipropilena, polietilen dan sebagainya. Poliolefin banyak
digunakan karena harganya murah, tidak mudah tergores, fleksibel, dampak
kimianya tidak merusak lingkungan dan dapat didaur ulang (Caulfed, 2005 dan Li
& Wallcot, 2006). Pengisi alamiah banyak digunakan untuk menggantikan pengisi
sintetis karena memiliki banyak kelebihan diantaranya yaitu, bahan yang tiada
habisnya, biaya murah, dapat diperbarui (renewable), dapat terdegradasi secara
biologi (biodegradable), polimer biologi yang kompak (biocompatible), mudah
diperoleh, mudah dilakukan pengolahan kimia dan tidak membahayakan
kesehatan (Granja, dkk., 2001 dan Khalid, dkk., 2008).
Menurut Fuad, dkk (1994) penggunaan sekam padi dan abu sekam padi
sebagai bahan pengisi alami meningkatkan sifat-sifat mekanik komposit
polietilena karena sekam padi mengandung sellulosa, hemisellulosa dan lignin
sedangkan abu sekam padi mengandung bahan anorganik seperti CaO, MgO,
Limbah padat pulp sebagai bahan pengisi di dalam matriks termoplastik
semakin mendapat perhatian para peneliti seperti Jang, dkk (2000), Jang, dkk
(2001) dan Son, dkk (2001). Limbah padat pulp merupakan limbah buangan dari
industri pembuatan pulp PT. Toba Pulp Lestari (Tbk), Porsea Sumatera Utara
tersedia sangat banyak berkisar 70 ton/hari sehingga meninbulkan masalah
terhadap lingkungan (Liaw, dkk 1998 dan Boni, dkk 2004). Secara umum, limbah
padat pulp memerlukan tempat pembuangan dan hanya sebagian kecil yang
dibakar atau digunakan untuk pertaniaan. Limbah padat pulp mengandung dua
komposisi yaitu bahan organik (41 % terdiri daripada sellulosa, hemisellulosa dan
lignin) dan bahan anorganik (59 % kaolin, kalsium dan karbonat) yang memang
ditambahkan pada proses pembuatan pulp untuk mengurangi biaya. Sebagai bahan
pengisi di dalam matriks termopalstik, limbah padat pulp mempunyai banyak
kelebihan dan semakin berkembang, disamping biaya yang murah dan komposisi
nya yang terdiri dari senyawa organik dan anorganik dan yang paling penting
masalah lingkungan dapat diatasi secara nyata dan mengubah bahan buanagan
menjadi bahan yang memiliki nilai dapat direalisasikan (Boni, dkk 2004 dan
Salmah, dkk 2005).
Proses pencampuran poliolefin khususnya polipropilena dengan limbah
padat pulp cenderung tidak berlangsung secara homogen karena sifat kedua bahan
yang memiliki kepolaran yang berbeda sesuai dengan kajian Salmah, dkk. (2005),
Ismail dkk. (2001) dan juga Ismail dkk. (2003). Untuk meningkatkan keserasian
campuran polimer diperlukan bahan penyerasi (compatibilizing agent) yang dapat
meningkatkan interaksi/adhesi antara bahan pengisi dengan matriks polimer.
Teknik modifikasi struktur bahan polimer juga telah digunakan untuk
meningkatkan keserasian campuran polimer, dengan cara memperkecil perbedaan
polaritas atau memperbesar interaksi/adhesi fisika – kimia pada permukaan serbuk
pengisi dengan bantuan bahan penyerasi (compatabilizer agent) (Felix &
Gatenholm, 1991).
Myers dkk. (1991), meneliti pengaruh maleat anhidrida dan modifikasi
komposisi kepada sifat-sifat komposit polipropilena/serbuk kayu. Kelapa sawit,
abu sekam padi, serbuk kayu karet, dan kertas buangan telah pula digunakan
sebagai pengisi di dalam komposit karet, termoplastik, termoplastik-karet
demikian juga dengan Mohd. Ishak dkk. (1998), Rozman dkk. (1998), Ismail dkk.
(1999), Siriwardena dkk. (2003) dan Salmah dkk. (2005), mereka juga meneliti
penggunaan maleat anhidrida terhadap matriks termoplastik. Dari
penelitian-penelitian tersebut didapati bahwa penggunaan bahan penyerasi maleat anhidrida
telah meningkatkan sifat kekuatan tarik komposit yang dihasilkan.
Menurut Khalid dkk. (2008) penggunaan bahan pengisi alamiah seperti
serat tandan kosong kelapa sawit dengan ukuran 500 µm pada matriks
termoplastik polipropilena memiliki sifat-sifat mekanik yang lebih tinggi dan
lebih ekonomis dibandingkan komposit lain. Akan tetapi serat alamiah ini juga
memiliki beberapa kelemahan yaitu interaksi antar muka dan penyerapan air yang
kurang memuaskan karena serat tandan kosong kelapa sawit memiliki sifat
hidrofilik. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan bahan penyerasi
(compatabilizer agent), polipropilena maleat anhidrida.
Secara umum, kemampuan penguatan suatu pengisi dipengaruhi oleh tiga
ciri utama yaitu ukuran atau luas permukaan, bentuk atau struktur permukaan
serta aktivitas atau sifat-sifat kimia permukaan. Pengisi biasanya mempunyai
ukuran partikel yang kecil, permukaan yang aktif secara kimia (Hanafi, 2000, Xu,
dkk., 2008 dan Khalid, dkk., 2008). Semakin kecil ukuran dari partikel pengisi
maka luas permukaan akan semakin besar dan daya interaksi/adhesi antara kedua
bahan akan semakin besar pula sehingga sifat-sifat mekanik akan semakin bagus
(Hanafi, 2000, Khalid dkk., 2008, Oksman dkk., 2006, Nebahat dkk., 2006 dan
Xu dkk., 2007). Oksman dkk. (2006), Nebahat dkk. (2006) dan Xu dkk. (2007)
telah membuktikan bahwa ukuran partikel sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat
komposit yang dihasilkan. Mereka membandingkan ukuran partikel pengisi,
terbukti bahwa dengan ukuran partikel yang lebih kecil seperti nano, komposit
yang dihasilkan memiliki sifat-sifat yang sangat baik seperti sifat mekanik dan
sifat ketahanan panas dengan kandungan pengisi yang rendah.
Xanthos (1983) mengkaji pengaruh keadaan pemprosesan kepada
sifat-sifat pembentukan komposit polipropilena yang terisi 30% dan 40% serbuk kayu
dan membandingkannya dengan polipropilena yang terisi talk dan kalsium
karbonat dan Woodhams dkk. (1984) juga mengkaji penggunaan polipropilena
ulang. Penggunaan polipropilena dan serat-serat alamiah tersebut meningkatkan
modulus tarik, kekerasan tetapi kekuatan tarik berkurang dengan bertambahanya
kandungan pengisi
Qiao dkk. (2003a dan 2003b), telah mengkaji penggunaan berbagai bahan
penyerasi pada pengisi sludge kertas di dalam komposit polipropilena. Menurut
mereka bahwa penambahan berbagai jenis bahan penyerasi akan meningkatkan
sifat-sifat mekanikal komposit yang dihasilkan. Bahan penyerasi yang digunakan
pada penelitian ini adalah turunan dari minyak jarak pagar (Jatropha curcas L.,
Euphorbiaceae). Penggunaan minyak jarak pagar dikarenakan harganya murah
dan banyak tersedia.
Berdasarkan uraian di atas, maka perlu untuk melakukan penelitian
tentang pemanfaatan limbah padat pulp yang berasal dari PT. Toba Pulp Lestari
(Tbk) Porsea Sumatera Utara sebagai bahan pengisi dengan ukuran mikrometer
pada proses pembuatan komposit dengan matriks polimer polipropilena dan bahan
penyerasi maleat anhidrida polipropilena atau minyak jarak pagar.
1.2 Permasalahan
Mikrokomposit polipropilena (PP) yang berisi limbah padat pulp (LPP)
dibuat dengan menambahkan partikel pengisi LPP yang berasal dari buangan
proses pembuatan pulp PT. Toba Pulp Lestari (Tbk) dengan komposisi dan ukuran
partikel yang berbeda-beda dengan matriks polimer PP yang juga berbeda-beda.
Matriks polipropilena dan pengisi limbah padat pulp memiliki sifat kepolaran
yang berbeda yang dapat menghalangi terjadinya interaksi/adhesi antara keduanya
sehingga melemahkan sifat-sifat komposit yang dihasilkan. Untuk meningkatkan
interaksi/adhesi diantara matriks dan pengisi dan meningkatkan sifat-sifat
mikrokomposit yang dihasilkan dapat dilakukan dengan memperkecil ukuran
partikel limbah padat pulp dan menambahkan bahan penyerasi (compatabilizer
agent) polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar. Tujuan penambahan polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar adalah
untuk meningkatkan keserasian mikrokomposit yang dihasilkan. Penambahan
bahan-bahan tersebut diharapkan dapat meningkatkan sifat-sifat mekanikal dan
termal mikrokomposit yang dihasilkan. Mikrokomposit yang dihasilkan juga akan
diteliti sejauh mana dapat terdegradasi. Permasalahan yang akan dibahas pada
penelitian ini adalah bagaimana pengaruh jumlah kandungan pengisi, ukuran
partikel limbah padat pulp dan penambahan bahan penyerasi polipropilena maleat
anhidrida dan/atau minyak jarak pagar pada mikrokomposit polipropilena yang
dihasilkan terhadap sifat-sifat mekanik, sifat termal, morfologi permukaan putus,
spektrum FTIR dan sifat degradasi.
1.3 Tujuan Penelitian
Dengan berorientasi pada permasalahan di atas maka tujuan penelitian ini
adalah sebagai berikut :
• Untuk mengetahui sifat-sifat mikrokomposit yang dihasilkan karena penambahan jumlah kandungan pengisi limbah padat pulp
• Untuk mengetahui pengaruh ukuran partikel limbah padat pulp terhadap sifat-sifat mikrokomposit yang dihasilkan
• Untuk mengetahui pengaruh penambahan bahan penyerasi polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar terhadap sifat-sifat
mikrokomposit yang dihasilkan
• Untuk mengetahui mekanisme interaksi akibat penambahan bahan penyerasi polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar terhadap
sifat-sifat mikrokomposit yang dihasilkan
• Untuk mengetahui sifat degradasi mikrokomposit polipropilena yang berisi limbah padat pulp dengan atau tanpa penambahan bahan penyerasi
polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar.
1.4 Manfaat Penelitian
Dengan adanya penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat bagi
dunia industri maupun dunia pendidikan, sebagai berikut :
• Hasil utama disertasi ini adalah mikrokomposit termoplastik polipropilena yang diperkuat dengan limbah padat campuran organik dan anorganik industri
pulp yang dapat digunakan untuk bahan teknik yang ramah terhadap
• Memberikan nilai tambah terhadap limbah padat buangan industri pulp yang selama ini hanya digunakan sebagai land fill dan sebagian kecil untuk
pertanian
• Merupakan suatu teknik yang baru dalam pembuatan komposit dengan ukuran mikro sehingga dapat menjadi salah satu rujukan bagi peneliti-peneliti
selanjutnya
• Dapat membantu industri pulp dalam menangani limbahnya khususnya limbah padat yang pertambahannya sangat cepat sekali
1.5 Penyelesaian Masalah
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan mikrokomposit termoplastik
polipropilena dengan limbah padat campuran organik dan anorganik industri pulp
sebagai bahan pengisi. Limbah padat pulp ini berasal dari PT. Toba Pulp Lestari
Tbk. Limbah padat industri pulp sangat berpotensi digunakan sebagai bahan
pengisi pada karena terdiri dari serat organik (sellulosa, hemisellulosa dan/atau
lignin) dan serat anorganik seperti kaolin, kalsium karbonat, talk dan sebagainya.
Ukuran pengisi pada mikrokomposit sangat menentukan hasil dari mikrokomposit
tersebut. Hal ini disebabkan karena semakin kecil ukuran partikel pengisi maka
luas antar muka akan semakin besar sehingga interaksi semakin kuat dan
komposit yang dihasilkan juga akan semakin baik. Dengan membuat limbah
padat pulp berukuran mikrometer maka akan dapat meningkatkan sifat torka,
sifat-sifat mekanik, sifat termal, morfologi permukaan, spektrum FTIR dan
degaradasi mikrokomposit polipropilena yang terisi limbah padat pulp tersebut.
Keserasian antara limbah padat pulp dengan polipropilena sangat rendah,
hal ini disebabkan sifat kepolaran yang berbeda antara limbah padat pulp dengan
polipropilena. Dengan penambahan polipropilena maleat anhidrida dan/atau
minyak jarak pagar akan dapat meningkatkan keserasian pada mikrokompoisit
polipropilena dengan limbah padat pulp yang dapat dilihat pada sifat-sifat
mekanik, sifat termal, morfologi permukaan, spektrum FTIR dan degaradasi
mikrokomposit yang dihasilkan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Komposit Polimer
Komposit merupakan bahan padatan yang dihasilkan dari dua gabungan
atau lebih bahan yang berlainan untuk memdapatkan ciri-ciri yang lebih baik yang
tidak dapat diperoleh dari setiap komponennya. Komposit yang dihasilkan bukan
saja memiliki sifat mekanik yang lebih baik baik tetapi juga sifat kimia, sifat
panas dan berbagai sifat yang lain. Sebenarnya komposit sudah digunakan
sebelum abad ke – 12. Pada saat ini berbagai jenis barang yang digunakan baik
untuk keperluaan harian maupun untuk teknik dibuat dari komposit.
Sebenarnya terdapat berbagai macam jenis komposit seperti komposit
logam, keramik, komposit plastik dan sebagainya yang diperkuat dengan berbagai
macam jenis serat. Jadi, komposit yang dihasilkan tergantung pada bahan matriks
yang digunakan apakah logam, keramik, termoplastik atau termoset dan juga jenis
pengisi organik ataupun anorganik yang digunakan.
2.1.1 Pembagian Komposit
Seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.1, komposit dapat dibagi lima
(5) berdasarkan konstituennya yaitu (Schwartz, 1992) :
a. Komposit serat yang terdiri dari serat dengan atau tanpa matriks
b. Komposit flake yang terdiri dari flake dengan atau tanpa matriks
c. Komposit partikel yang terdiri dari partikel dengan atau tanpa matriks
d. Komposit rangka (komposit terisi) yang terdiri dari matriks rangka
selanjar yang terisi dengan bahan kedua
Gambar 2.1. Pembagian Komposit (Schwartz, 1992)
Komposit juga dapat dibagi berdasarkan sifat dan dimensi fase tersebarnya
yaitu (Hull, 1992) :
a. Mikrokomposit
Dimensi fasa tersebarnya mikrokomposit yang memiliki ukuran antara
10-8 – 10-6 m. Mikrokomposit ini dapat dibagi atas tiga bagian berdasarkan ukuran dan bentuk fasa tersebarnya yaitu :
i. Mikrokomposit memnggunakan penguat sebaran
ii. Mikrokomposit memnggunakan penguat partikel
iii. Mikrokomposit memnggunakan penguat serat
b. Makrokomposit
Biasanya dimensi fasa tersebarnya memiliki ukuran di atas 10-6 m.
2.1.2 Fasa Matriks Pada Komposit
Fasa matriks merupakan fasa selanjar yang terdapat pada suatu komposit
dengan fasa penguat berada di dalamnya. Fasa matriks berfungsi sebagi pelekat
untuk pengisi yang berada di dalamnya. Untuk mendapatkan pelekat yang baik
antara fasa matriks dengan fasa penguat (pengisi) pembasahan yang sempurna
harus terjadi agar interaksi antara fasa matriks dan fasa penguat menghasilkan
kekuatan interlamina yang baik.
Peranan fasa matriks pada suatu komposit yaitu :
a. Fasa matriks merupakan bahan padat yang mampu memindahkan
tegasan yang dikenakan pada fasa penguat (Hull, 1992; Varma &
Agarwal, 1991 dan Schwartz, 1992)
b. Menjaga fasa penguat dari kerusakkan lingkungan seperti panas, cuaca
dan kelembaban (Kennedy & Kelly, 1996)
c. Sebagai pengikat antara fasa matriks dan fasa penguat (Kennedy &
Kelly, 1996).
Menurut Ismail (2004), terdapat berbagai bahan matriks yang dapat
digunakan dalam komposit, yaitu polimer, logam, seramik, kaca, karbon dan
sebagainya. Walau bagaimanapun, bahan yang digunakan sebagai fasa matriks
harus memiliki peranan seperti yang telah disebutkan di atas dan pemilihan fasa
matriks memiliki beberapa kriteria yaitu :
a. Keserasian terhadap bahan pengisi karena akan menentukan interaksi
antar muka fasa matriks dengan fasa pengisi
b. Sifat akhir komposit yang dihasilkan
c. Aplikasi dari komposit yang dihasilkan
d. Kemudahan pemprosesan
e. Biaya yang digunakan untuk menghasilkan komposit.
Polimer lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan
Ismail (2004) yaitu :
a. Mudak diproses
b. Memiliki sifat mekanik dan eletronik yang baik
c. Memiliki berat jenis yang rendah
d. Memiliki suhu pemprosesan yang lebih rendah dibandingkan suhu
pemprosesan logam.
Komposit jenis polimer dapat dibagikan atas 3 (tiga) bagian (Alger, 1989)
yaitu :
b. Komposit yang terdiri dari gabungan polimer dengan gas yaitu,
polimer yang berkembang, berbentuk sel atau busa
c. Komposit yang terdiri dari gabungan polimer dengan pengisi yang
terdiri dari pada komposit polimer dengan serat atau polimer dengan
partikel.
2.1.3 Fasa Penguat Dalam Komposit
Fasa penguat atau fasa tersebar merupakan bahan yang bersifat lengai
dalam bentuk serat, partikel, kepingan dan lamina yang ditambahkan untuk
meningkatkan sifat mekanik dan sifat fisik komposit seperti meningkatkan sifat
kekuatan, kekakuan, keliatan dan sebagainya. Beberapa sifat yang dapat
dihasilkan dengan menggunakan fasa penguat yaitu (Ismail, 2004) :
a. Peningkatan sifat fisik
b. Penyerapan kelembaban yang rendah
c. Sifat pembasahan yang baik
d. Biaya yang rendah dan mudah diperoleh
e. Ketahanan api yang baik
f. Ketahanan kimia yang baik
g. Sifat kelarutan dalam air dan pelarut yang rendah
h. Ketahanan terhadap panas yang baik
i. Sifat penyebaran yang baik
j. Dapat diperoleh dalam barbagai ukuran.
Diantara berbagai jenis pengisi yang umum digunakan dalam komposit
ialah serat kaca, serat karbon, serat kevlar dan serat alamih seperti serat kelapa,
serat nenas, serat kelapa sawit, serat pohon karet serbuk kayu dan sebagainya.
2.1.4 Antar Muka (Interface) Pengisi – Matriks
Umumnya semua bahan komposit terdapat dua fasa yang berlainan yang
dipisahkan oleh antara muka bahan-bahan tersebut. Daya sentuh dan daya kohesif
antar muka sangat penting karena antar muka pengisi – matriks berfungsi untuk
memindahkan tegasan dari fasa matriks ke fasa penguat (pengisi) (Hull, 1992 dan
Hollyday, 1996). Kemampuan pemindahan tegasan kepada fasa penguat
tergantung pada daya ikat yang muncul pada antar muka komposit. Ada berbagai
teori yang menerangkan pengikatan pada antar muka komposit umumnya
melibatkan ikatan kimia ataupun ikatan mekanik. Menurut Hull (1992) dan
Schwartz (1992) terdapat lima mekanisme yang dapat terjadi pada antara muka,
baik secara sendirian maupun secara gabungan. Lima mekanisme tersebut yaitu :
[image:42.595.110.501.317.628.2]a. Penyerapan dan Pembasahan (Wetting)
Gambar 2.2. menunjukkan mekanisme penyerapan dan pembasahan. Untuk
pembasahan pengisi yang baik, leburan fasa matriks harus menutupi seluruh
permukaan pengisi agar udara dapat disingkirkan. Mekanisme ini diberikan oleh
persamaan termodinamik yang melibatkan tenaga permukaan dalam bentuk kerja
pelekatan, (Ismail, 2004) yaitu :
WA = γSV + γLV + γSL ………(1)
Di mana WA = Daya penyebaran antara molekul setempat yang dapat tersebar dan fasa tersebar (pengisi).
γSV = Energi bebas permukaan pada interface fasa solid – vapour
γLV = Energi bebas permukaan pada interface fasa liquid – vopour γSL = Energi bebas permukaan pada interface fasa solid – liquid
θ γLV
Cair
Uap
γSV
[image:42.595.175.449.512.608.2]γSL Padat
Gambar 2.2. Mekanisme Penyerapan dan Pembasahan (Ismail, 2004)
b. Resapan (Absorption)
Gambar 2.3. menunjukkan mekanisme penyerapan. Menurut mekanisme ini,
suatu ikatan akan terbentuk apabila molekul-molekul polimer meresap dari suatu
tergantung pada jumlah kekusutan molekul dan jumlah molekul yang terlibat.
Jumlah penyerapan tergantung pada konformasi molekul, bagian yang terlibat dan
kemudahan pergerakan molekul. Selain itu, penyerapan juga dapat ditingkatkan
dengan menambahkan pelarut dan plactisizer (Ismail, 2004).
[image:43.595.190.448.188.287.2]
Gambar 2.3. Mekanisme Penyerapan (Ismail, 2004)
[image:43.595.178.424.466.565.2]c. Daya Tarik Elektrostatis
Gambar 2.4. menunjukkan mekanisme daya tarik elektrostatik. Pengikatan
daya tarik elektrostatik akan dihasilkan apabila terjadi perbedaan arus elektrostatik
antara dua komponen. Mekanisme tidak begitu berpengaruh kepada ikatan antar
muka kecuali apabila agen penggandeng (coupling agent) yang digunakan (Ismail,
2004).
Gambar 2.4. Mekanisme Daya Tarik Elektrostatik (Ismail, 2004)
d. Ikatan Kimia
Gambar 2.5. menunjukkan mekanisme ikatan kimia. Ikatan kimia terjadi
apabila komposit digunakan dengan bahan penyerasi. Ikatan terbentuk sebagai
hasil reaksi kimia antara kumpulan kimia di atas fasa tersebar (pengisi) dengan
kumpulan kimia yang serasi dengan matriks. Kekuatan pengikatannya tergantung
pada bilangan dan jenis ikatan kimia (Ismail, 2004).
Gambar 2.5. Mekanisme Ikatan Kimia (Ismail, 2004)
[image:44.595.196.457.421.530.2]e. Ikatan Mekanik
Gambar 2.6. menunjukkan mekanisme pengikatan mekanik. Pengikatan
mekanik terjadi secara interlocking mekanik apabila geometri permukaan fasa
matriks dan fasa tersebar (pengisi) tidak rata. Bagaimanapun juga, kekuatan pada
arah tegangan horizontal lebih lemah dibanding pada arah tegangan vertikal.
Faktor-faktor yang mempengaruhi pengikatan mekanik ialah kekasaran
permukaan (faktor utama dan terpenting) dan aspek geometri selama proses
fabrikasi (Ismail, 2004).
Gambar 2.6. Mekanisme Pengikatan Mekanik (Ismail, 2004)
2.2 Faktor-faktor Yang Mempengaruhi Sifat Mekanik Komposit
Secara umum terdapat dua faktor utama yang mempengaruhi sifat mekanik
komposit yaitu :
a. Keadaan pemprosesan
Tiga parameter yang penting pada keadaan pemprosesan yaitu suhu, waktu
dan tekanan. Ketiga-tiga parameter ini sangat perlu untuk mencapai titik yang
optimum agar peleburan polimer memiliki sifat keliatan dan aliran yang sempurna
untuk membasahkan fasa matriks agar pemindahan tegasan dari fasa matriks ke
fasa penguat (pengisi) juga berjalan sempurna. Tekanan pemprosesan yang
digunakan juga harus sesuai untuk memastikan ruang-ruang udara atau cacat
mikro yang terbentuk kecil terutama apabila menggunakan matriks termoset yang
akan membebaskan bahan penguap sewaktu proses pematangan dan juga apabila
menggunakan berbagai pengisi yang bersifat higroskopis.
Sebenarnya kesan mikrostruktur pada komposit yang dihasilkan
mempunyai hubungan yang erat dengan keadaan pemprosesan. Dimana pemilihan
suhu dan tekanan yang digunakan akan mempengaruhi taburan orientasi dan
taburan panjang fasa penguat khususnya pengisi alamiah ataupun sintetik. Sebagai
contoh, suhu yang digunakann akan mempengaruhi kelikatan leburan matriks
polimer dan menyebabkan serat patah. Tekanan yang tinggi juga akan
meyebabkan serat patah tetapi akan menghasilkan orientasi yang tinggi.
Selain keadaan pemprosesan dan mirostruktur, sifat matriks dan fasa
pemguat (pengisi) yang digunakan juga mempengaruhi sifat mekanik komposit
yang dihasilkan. Sebagai contoh, matriks termoset mempunyai kekuatan yang
lebih baik dibandingkan termoplastik ataupun elastomer termoplastik. Begitu juga
apabila menggunakan serat kevlar yang lebih liat dibandingkan dengan serat kaca
ataupun serat alamiah. Faktor lain yang juga sangat penting yaitu geometri pengisi
atau serat yaitu perbandingan antara panjang serat dengan diameter serat dan
volume pengisi. Umumnya semakin kecil ukuran partikel pengisi atau semakin
tinggi perbandingan aspek geometri maka semakin bagus pengisi tersebut maka
akan meningkatkan sifat mekanik komposit yang dihasilkan.
Selain itu, pengolahan kimia yang dilakukan baik untuk fasa matriks maupun fasa penguat atau kedua-duanya maka akan meningkatkan keserasian
antara kedua fasa melalui peningkatan kekuatan antara muka dan seterusnya akan
meningkatkan sifat mekanik komposit yang dihasilkan.
2.3 Ciri-Ciri Pengisi
Berbagai jenis pengisi digunakan dalam polimer alamiah dan polimer
sintetik untuk memperbaiki dan meningkatkan sifat-sifat fisik bahan. Penambahan
pengisi bertujuan untuk mengurangi biaya, mewarnai atau menguatkankan bahan
polimer. Secara umum, keupayaan penguat suatu pengisi dipengaruhi oleh tiga
faktor utama yaitu ukuran dan luas permukaan, bentuk dan struktur permukaaan
serta aktifitas dan sifat-sifat kimia permukaaan. Pengisi umunya memiliki ukuran
yang kecil, permukaaan yang aktif secara kimia, permukaan yang poros dan
bentuk yang tidak seragam dapat diterangkan seperti di bawah ini (Ismail, 2000) :
a. Ukuran dan luas permukaan partikel
Peningkatan sifat fisik bahan polimer dapat dikaitkan dengan ukuran
partikel pengisi. Contohnya, tegasan dan modulus polimer berpengisi tergantung
pada ukuran pertikel. Ukuran partikel pengisi yang kecil akan meningkatkan
tingkat penguatan polimer dibandingkan dengan ukuran partikel yang besar
(Leblanc, 2002). Ukuran partikel mempunyai hubungan secara langsung dengan
permukaan per gram pengisi. Oleh sebab itu, ukuran partikel yang kecil akan
memperluas permukaaan sehingga interaksi diantara polimer matrik dan pengisi
seterusnya akan meningkatkan penguatan bahan polimer. Ringkasnya, semakin
kecil ukuran partikel semakin tinggi interaksi antara pengisi dan matrik polimer.
Kohls & Beaucage (2002) melaporkan bahwa luas permukaan dapat ditingkatkan
dengan adanya permukaan yang poros pada permukaaan pengisi maka polimer
dapat menembus masuk ke dalam permukaaan yang poros semasa proses
pencampuran.
Selain dari luas permukaan, kehomogen penyebaran di dalam matriks
polimer juga penting untuk menentukan kekuatan interaksi diantara pengisi dan
matriks polimer. Partikel yang berserakan secara homogen dapat meningkatkan
interaksi mulai penyerapan polimer pada permukaan pengisi. Sebaiknya, partikel
yang tidak berserakan secara homogen mungkin menghasilkan anglomerat dalam
matriks polimer. Adanya aglomerat akan memperkecil luas permukaan dan
seterusnya akan melemahkan interaksi diantara pengisi dan matriks dan
b. Bentuk dan Struktur Partikel
Bentuk partikel pengisi merupakan ciri yang penting selain dari pada
ukuran partikel. Pengisi organik dan mineral memiliki bentuk yang berbeda.
Terdapat tiga bentuk partikel pengisi yang utama yaitu sfera, platelet dan rod.
Bentuk partikel dapat mempengaruhi sifat mekanik polimer. Sifat akhir karet akan
meningkat apabila bentuk pengisi berubah dari sfera menjadi platelet dan rod
(Ismail, 2000). Aglomerat di kenal sebagai agregat sekunder. Walaupun aglomerat
mudah dipecahkan sewaktu pencampuran disebabkan karena ikatan Van der
Waals diantara agregat lemah. Gambar 2.7 memperlihatkan skematik struktur
[image:47.595.194.457.309.609.2]partikel, agregrat dan aglomerat dari pengisi.
Gambar 2.7. Skema Struktur Partikel, Agregat dan Aglomerat (Sekutowski, 1996)
c. Aktivitas dan Sifat Kimia
Ukuran dan struktur partikel dikatagorikan sebagai ciri fisikal pengisi
tetapi aktifitas permukaan dikatagorikan sebagai ciri kimia pengisi yang memberi
kesan terhadap penguatan polimer (Kohls & Beucage, 2002). Kimia permukaan
pengisi merupakan keupayaan pengisi untuk berinteraksi dengan polimer yang
seterusnya akan menghasilkan ikatan. Pembentukan ikatan diantara polimer dan
pengisi akan meningkatkan kekuatan bahan. Ikatan diantara polimer dan pengisi
dapat dibentuk apabila pengisi memiliki tempat yang aktif untuk berinteraksi
dengan rantai polimer.
Pengisi dapat diklasifikasikan menurut sifat - sifat kimia dan fisikanya.
Pada awalnya pengisi dapat dibagi atas pengisi organik dan anorganik tetapi dapat
juga dibagikan pada pengisi berserat dan partikulat seperti Gambar 2.8 berikut ini.
Anorganik Organik
Berserat: -kapas -serbuk kayu -kelapa sawit -dsb
Tidak berserat: -karbon hitam -grafit
-abu sekam padi -dsb
Berserat: -asbestos -serat kaca -serat kevlar -serat aramid -dsb
Tidak berserat: -silika
[image:48.595.115.502.297.515.2]-tanah liat -kalsium -mika -dsb Pengisi
Gambar 2.8. Pengkelasan Pengisi
2.4 Poliolefin
Poliolefin merupakan suatu polimer termoplastik yang umum digunakan.
Poliolefin ini dihasilkan dari monomer olefin atau alkena. Banyak jenis-jenis
poliolefin seperti polipropilena yang berasal dari monomer propilena, polietilena
dari monomer etilen, isoprena, butena dan sebagainya. Poliolefin yang sering
2.4.1. Polipropilena (PP)
Propilena memiliki taburan molekul diantara 38.000 – 60.000 (Othmer,
1987) dan berstruktur molekul seperti Gambar 2.9. berikut ini:
CH2-CH-CH3
n
Gambar 2.9. Struktur Molekul Polipropilena
Kumpulan metil yang terdapat pada sisi rantai memberikan tiga jenis
taktisiti iaitu ataktik, sindiotatik dan isotaktik. Untuk konfigurasi isotaktik, semua
kumpulan sisi metil terletak pada sebelah yang sama pada rantai utama dan
merupakan taktisiti yang biasa yaitu dalam 90 – 95 % sedangkan konfigurasi
ataktik setiap unit metil bersebelahan disusun berselang – selang. Polipropilena
mempunyai dua fasa amorfus dan fasa berhablur.
Polipropipena isotaktik merupakan satu polimer yang sangat berguna yang
memiliki sedikit atau tiada ikatan jenuh. Polipropilena isotaktik mempunyai
indeks isotaktik 0.94 atau lebih. Indeks isotaktik yang tinggi ini menunjukan
bahwa polipropilena mempunyai struktur hablur yang tinggi yang dapat
meningkatkan sifat mekaniknya hal ini bermakna kestereonalaran poli
