PEMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA PULP LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL TESIS

(1)

PEMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA

PULP LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL

TESIS

Oleh :

NASIR SAH

117006001/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

PEMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA

PULP LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Dalam Program Studi Ilmu Kimia Pada Fakultas Matematika Dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Oleh : NASIR SAH 117006001/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

Judul Tesis :

PEMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI

HITAM DARI TOBA PULP LESTARI

SEBAGAI PENGUAT ASPAL

Nama Mahasiswa : NASIR SAH

Nomor Pokok : 117006001

Program Studi : MAGISTER (S2) ILMU KIMIA

Menyetujui: Komisi Pembimbing

Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D

Ketua Anggota

Prof. Dr. Thamrin, M.Sc

Ketua Program Studi Dekan

Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc

(4)

Telah diuji pada

Tanggal : 22 Juli 2014

PANITIA PENGUJI TESIS

KETUA : Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Anggota : 1. Prof.Dr. Thamrin, M.Sc

(5)

PERNYATAAN

PEMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA PULP LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL

TESIS

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis diacu dalam naskah dan disebutkan sumbernya dalam daftar pustaka.

Medan, Juli 2014 Penulis

(6)

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap berikut gelar : NASIRSAH S.Si

Tempat dan Tanggal Lahir : Sabadolok, 20 Desember 1982

Alamat Rumah : Kotanopan, Kabupaten MADINA, Provinsi Sumatera Utara

Telepon/HP : 081396949677/082367258077

Email : nardy_pardy@yahoo.com

Nama Ayah : Ali Usman (Alm)

Nama Ibu : Nurhani Nasution

DATA PENDIDIKAN

SD : SD Negeri Sabadolok Kotanopan, Kab. MADINA Tamat : 2001

SMP : MTs. Muhammadiyah Kotanopan,Kab. MADINA Tamat : 1998

SMA : MA Negeri 1 Panyabungan, Kab. MADINA Tamat : 2001

Strata-1 : Kimia FMIPA USU Tamat : 2007

(7)

P

EMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA

PULP LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL

ABSTRAK

Pemanfaatan lignin isolat lindi hitam bahan pengikat alami (natural binder) dari Toba Pulp Lestari sebagai penguat aspal telah dilakukan. Aspal modifier dibuat dalam 9 jenis formulasi dengan variasi perbandingan lignin isolat dengan aspal sebesar 40:60; 35:65; 30:70; 25:75; 20:80; 15:85; 10:90; 5:95 dan 0:100 (b/b) dalam 100 gram, penambahan agregat pasir halus 300 gram, dan di proses dalam ekstruder pada suhu 150 ºC. Sifat mekanik dan sifat termal aspal modifier yang diuji meliputi kuat tekan, daya serap air, morfologi dengan SEM, termal dengan DSC dan gugus fungsi dengan FT-IR. Hasil penelitian menunjukkan bahwa campuran yang optimum adalah berupa lignin isolat dan aspal dengan perbandingan 40:60 yang memberikan kepadatan dan kuat tekan yang baik, dan sebanyak 40 gram lignin yang berfungsi sebagai penahan air. Hasil uji morfologi dengan SEM dapat dilihat berupa butiran-butiran kecil diatas aspal modifier yang mengindikasikan bahwa butiran tersebut adalah poliuretan yang hanya berinteraksi sebagian akibat poliuretan terlalu cepat mengeras pada aspal.. Hasil pengujian FTIR diperoleh bahwa aspal modifier yang dihasilkan terjadi interaksi kimia yaitu gugus NCO dari poliuretan dengan TDI berlebih bereaksi dengan gugus hidroksil dari aspal.

(8)

UTILIZATION OF BLACK LIQUOR LIGNIN ISOLATES OF TOBA

PULP LESTARI AS ASPHALT REINFORCEMENT

ABSTRACT

Utilization of black liquor lignin isolates natural binder of Toba Pulp Lestari as asphalt reinforcement has been done. Asphalt modifier made in 9 different types of formulations with a variation ratio of lignin isolates with asphalt at 40:60 ; 35:65 ; 30:70 ; 25:75 ; 20:80 ; 15:85 ; 10:90 ; 5:95 and 0:100 (b/b) in 100 grams, the addition of 300 grams of fine sand aggregate, and processed in an extruder at a temperature of

150oC. Mechanical properties and thermal properties of tested asphalt modifier include

compressive strength, water absorption, morphology by SEM, thermal by DSC, and functional groups by FT- IR. The results showed that the optimum mixture is in the form of lignin isolates and asphalt with a ratio of 40 : 60 which gives density and good compressive strength, and 40 grams of lignin which serves as a water tight.

The results of morphology test by SEM can be seen in the form of small granules on asphalt modifier that indicates that the granules are polyurethane which interact only partlydue to the polyurethane hardens too fast on asphalt. FT – IR test results obtained that produced asphalt modifier chemical interactions that occur NCO of polyurethane with axcess TDI reacts with the hydroxyl groups of asphalt.

(9)

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim

Puji Syukur yang tak terhingga penulis ucapkan dengan segala kerendahan hati dan diri

kepada Allah SWT, Sang Khaliq yang senantiasa mencurahkan segala nikmat Iman,

Islam dan Ihsan, serta Shalawat dan salam kepada Nabi Allah sebagai patron insan

terbaik ; Rasulullah Muhammad sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian

hingga selesainya penulisan tesis ini dengan sebaik mungkin.

Tesis ini berjudul “PEMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA

PULP LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL”. Tesis ini merupakan salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Magister Sains (M.Si) Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universias Sumatera Utara Medan.

Keberhasilan dari penelitian dan penulisan tesis ini tidak terlepas dari bantuan

berbagai pihak yang terlibat secara langsung maupun tidak langsung dan telah

memberikandukungan baik secara moril maupun materil. Dalam kesempatan ini penulis

ingin menyampaikan terima kasih yang tidak terhingga kepada :

Orangtua penulis, buat orang tua saya Nurhani Nasution yang selalu sabar dan

mendoakan, memberi perhatian, dan menjadikan inspirasi di setiap langkah hidup kami.

Kepada Ibunda Hadisah Parinduri, Bapak Rajadil Husein Lubis, yang selalu mendoakan

dan memotivasi penulis. Kepadasaudara saya tersayang Nasri sah, Anni Kholidah,

Masna Wahdani, Tamimi Rusydi, Pahrinnas dan Rahma Dona yang selalu memotivasi

dan menginspirasi disetiap langkah hidup kami.

Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DMT&H, M.Sc, (CTM), Sp.A(K) dan Dr.

Sutarman, M.Sc selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan Dekan Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, P. hd selaku pembimbing I dan Prof.Dr.

Thamrin,M.Sc selaku dosen pembimbing II yang telah dengan sabar meluangkan waktu,

tenaga, dan pikirannya serta memberikan masukan, saran, dan petunjuk kepada penulis

(10)

Bapak Prof.Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D dan Dr. Hamonangan Nainggolan,

M.Sc selaku ketua program studi dan sekretaris Pascasarjana Ilmu Kimia.

Bapak dan Ibu dosen Pascasarjana Ilmu Kimia yang telah membimbing dan

memotivasi serta memberi disiplin ilmu selama penulis menjalani studi.

Seluruh staf Kimia Fisika dan Kimia Polimer FMIPA USU : teman-teman asisten

laboratorium Kimia Fisika dan Kimia Polimer FMIPA USU.

Kak Lely selaku tata usaha Pascasarjana Ilmu Kimia dan bang Edi selaku teknisi

Laboratorium Kimia Polimer FMIPA-USU.

Sahabat terbaik yang selalu mengerti, membantu, dan berbagi dalam suka dan

duka, Bang Abu Bakar, Bang Khatib Lubis, Pevi Riani, Nurfadilah Nasution, Syahfitri,

yang telah banyak memberikan masukan dan dorongan semangat kepada penulis.

Rekan - rekan penulisdiprogram Pascasarjana Ilmu Kimia stambuk 2011 yang

telah berbagi banyak ilmu yang bermanfaat.

Rekan-rekan di FKIP UMTS Padangsidimpuan yang telah mengajarkan penulis

arti persaudaraan.

Semua saudara dan teman-teman yang selalu mendoakan yang terbaik kepada

penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang telah dengan sabar mendengarkan

segala keluh kesah dan memberikan masukannya kepada penulis.

Hanya Allah yang dapat membalas segala kebaikan yang telah kalian berikan kepada

penulis. Penulis berharap Allah memberikan Berkah-Nya berlipat ganda kepada kalian,

amin ya Rabbalalamin.

Penulis menyadari bahwa tesis ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu,

kritik dan saran yang membangun dari pihak pembaca sangat diharapkan penulis demi

kesempurnaan tesis ini. Akhir kata semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan

kemajuan ilmu pengetahuan untuk masa yang akan datang.

Medan, Agustus 2014 Penulis

(11)

DAFTAR ISI

1.3 Pembatasan Masalah 3

1.4 Tujuan Penelitian 3

1.5 Manfaat Penelitian 4

1.6 Metodologi Penelitian 4

1.7 Lokasi Penelitian 5

2.2 Bahan Pengikat Alami (Natural Binder) 15

2.2.1 Lignin 15

2.2.2 Gugus Fungsi Pada Lignin 16

(12)

2.2.4 Spektroskopi Infra Merah Pada Lignin 16

2.2.5 Isolasi Lignin 18

2.2.6 Penentuan Lignin 19

2.3 Perekat 19

2.3.1 Isosianat 19

2.3.1.1 Jenis Perekat Isosianat 20

2.3.2 Poliuretan 24

2.3.2.1 Pembentukan Ikatan Silang Poliuretan 27

2.4 Agregat 28

2.4.1 Penggunaan Pasir Sebagai Bahan Agregat 30

2.5 Karakterisasi Aspal Modifler 31

2.5.1 Analisa Sifat Ketahanan Terhadap Air dengan Uji Serapan Air (Water

Absorpption Test) 31

2.5.2 Analisa Sifat Mekanik Dengan Uji Kuat Tekan (Compressive Strengh

Test) 31

2.5.3 Analisa Sifat Morfologi dengan Uji Scanning Microscopy-Energy

Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS) 32

2.5.4 Analisa Sifat Termal dengan Uji Differential Sacnning Calorimeter

(DSC) 33

2.5.5 Analisa Gugus Fungsi dengan Fourier Transform Infrared

Spectroscopy (FTIR) 34

2.5.6 Analisa Kristanilitas dengan X-Ray Diffraction (XRD) 35

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 37

3.1 Bahan 37

3.2 Alat 37

3.3 Prosedur Penelitian 37

3.3.1 Preparasi Agregat dan Lignin Isolat Bahan Pengikat Alami 38

3.3.1.1 Preparasi Agregat 38

3.3.1.2 Preparas Lignin Isolat Bahan Pengikat Alami 38

3.3.1.3 Kadar Kemurnian Lignin 39

(13)

3.3.2 Proses Pembuatan Aspal Modifier 41

3.4 Karakterisasi Aspal Modifier 41

3.4.1 Analisa Sifat Ketahanan Terhadap Air dengan Uji Serapan Air 42

3.4.2 Analisa Sifat Mekanik dengan Uji Kuat Tekan 42

3.4.3 Analisa Sifat Morfologi dengan Uji Scanning Electron Microscopy

(SEM) 43

3.4.5 Analisa Gugus Fungsi dengan fourier Transform Infrared

Spectroscopy (FTIR) 43

4.1.3 Karakteristik Lignin Isolat Lindi Hitam dengan Spectroscopy FT IR 48

4.1.4 Karakteristik Berdasarkan Analisa Sifat Mekanik dengan Uji Kuat

(14)

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar 2.1. Struktur Aspal ..88

Gambar 2.2. Struktur Asphaltene 11

Gambar 2.3. Struktur Saturate 12

Gambar 2.4. Kuat Tekan 32

Gambar 4.1. Grafik Pengaruh Lignin Isolat dari Kayu Pinus Merkusii Terhadap Kuat Tekan (Compressive Strength) dan Regangan

(Strain) dari Aspal Modifier 51

Gambar 4.2. Grafik Pengaruh Lignin Isolat dari Kayu Pinus Merkusii

Terhadap Daya Serap Air dari Sampel Aspal Modifier 52

(15)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Grade 60/70 10

Tabel 2.2. Pita serapan penting FTIR Lignin (menurut Hergert 1971) 17

Tabel 2.3. Ketentuan agregat 29

Tabel 3.1. Bahan-Bahan Penelitian 37

Tabel 3.2. Alat-Alat Penelitian 37

Tabel 4.1. Uji Kuat Tekan Aspal modifier (Compressive Strenght Test) 50

Tabel 4.2. Daya Serap Air dari Sampel Aspal Modifier 51

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A.1. Gambar Bahan Penelitian 63

Lampiran A.2. Gambar Peralatan Penelitian 64

Lampiran A.3. Gambar Hasil Penelitian 66

Lampiran A.4. Gambar Hasil Pencetakan dan Uji Kuat Tekan Perbandingan 67

Lampiran D.1. Perhitungan Penentuan Rendemen Lignin Isolat dari Kayu

Pinus Merkusii ... 68

Lampiran D.2. Perhitungan Penentuan Kadar Kemurnian Lignin Isolat 68

(17)

DAFTAR SINGKATAN

ASTM : American Standart for Testing and Material DSC : Differential Scanning Calorimeter

FTIR : Fourier Transform Infrared Spectroscopy LI : Lignin Isolat

TDI : Toluena diisosianat PU : Poliuretan