176
PREPARASI DAN KARAKTERISASI ASPAL POLIMER DARI LIMBAH STYROFOAM
DAN KARET BAN MENGGUNAKAN INISIATOR DIKUMIL PEROKSIDA
DAN KOMPATIBILIZER DIVENIL BENZENA
Ahmad Hafizullah RitongaDosen PNS Dpk Universitas Sari Mutiara Indonesia e-mail : [email protected]
ABSTRACT
This study aims to prepare and characterize polymer asphalt by utilizing styrofoam waste and tire rubber as an additive to improve the quality of asphalt by using dicumyl peroxide as an initiator and divenil benzene as a compatibilizer between styrofoam and tire rubber. Polymer asphalt is prepared by mixing styrofoam, tire rubber, asphalt, sand aggregate, divenil benzene and dicumyl peroxide, and extruded at 170 °C. The most optimum result was produced on Asphalt-Styrofoam-Rubber Tire (60:35:5) composition, with mechanical strength test of 2.92 MPa, water absorption test of 0.23%. The FTIR spectrum shows a change in the functional group in the hydroxyl group showing the reaction of crosslinking between styrofoam, tire rubber, DVB, with asphalt.
Keywords: Styrofoam, Rubber Ban, Asphalt, Divenil Benzene, Dichoxic Peroxide
PENDAHULUAN
Pembangunan infrastruktur jalan raya di Indonesia masih terus-menerus dilakukan baik pengembangan jalan baru maupun perbaikan jalan. Untuk perbaikan jalan ini masih menjadi masalah besar yang belum teratasi oleh pemerintah karena sebahagian jalan raya perlu dilakukan peremajaan/perbaikan setiap tahun nya dan ini memerlukan dana yang cukup besar yang diambil dari APBN setiap tahun (Tamrin, 2011). Hal ini tentunya perlu dicari solusi yang dapat mengatasi permasalahan tersebut.
Hal yang perlu saat ini untuk dilakukan dalam mengkaji ketahanan aspal agar diperoleh aspal yang tahan kuat dan lama. Saat ini kondisi aspal jalan di Indonesia memiliki beberapa kelemahan diantaranya seperti deformasi permanen karena adanya pembebanan terlalu besar oleh muatan truk-truk yang melintas yang memiliki bobot berlebihan, serta tingginya frekuensi lalu lintas jalan raya, adanya keretakan-keretakan atau kerusakan jalan yang disebabkan tererosi oleh kikisan air.
Alternatif mengatasi masalah-masalah tersebut yaitu dengan aspal polimer. Beberapa jenis limbah-limbah yang berbahan polimer seperti styrofoam yang banyak digunakan. Sedangkan karet ban merupakan limbah yang paling banyak dihasilkan setiap tahunnya. Adanya divenil benzena sebagai pengikat sambung silang akan menghasilkan ikatan kimia yang kuat dalam campuran antara limbah-limbah polimer tersebut baik styrofoam maupun karet ban, yang diinisiasi
dengan adanya peroksida seperti Dikumil Peroksida (DCP), sehingga agregat akan terperangkap diantara ikatan sambung silang yang terjadi antara aspal, styrofoam, dan karet ban tersebut. Berdasarkan uraian diatas, maka peneliti ingin membuat menentukan nilai optimasi dari aspal polimer yang dibuat dari limbah styrofoam dan karet ban serta mengkarakterisasinya. Penelitian ini bertujuan mengetahui preparasi dan karakterisasi dari aspal polimer yang dibuat dengan mencampurkan antara aspal, styrofoam, dan karet ban menggunakan divenil benzena (DVB) sebagai kompatibilizer dan dikumil peroksida (DCP) sebagai inisiator.
METODOLOGI PENELITIAN Bahan
Aspal penetrasi 60/70, limbah karet ban luar mobil (ground rubber), styrofoam, agregat pasir halus, toleuna, dikumil peroksida (DCP), dan divenil benzena (DVB).
Alat
Peralatan gelas, Ayakan No. 30, Statif dan Klem, Hot Plate dan Agitator, Neraca, Ekstruder, Oven, Hot compressor, Mesin uji tekan, Spektrofotometer FTIR, dan Cetakan spesimen.
Pembuatan Aspal Polimer
Limbah styrofoam yang telah dipotong-potong dengan halus dimasukkan ke dalam gelas beaker sebanyak 35 g dan dilarutkan dengan pelarut toluena secukupnya sambil diaduk, lalu
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2017 ISBN 978-602-50942-0-0 Kimia FMIPA UNMUL
177 ditambahkan 5 g serbuk halus karet ban, diaduk
sambil dipanaskan pada temperatur sekitar 80 oC selama 5-7 menit. Selanjutnya ditambahkan 60 g aspal, diaduk selama 5-7 menit, lalu ditambahkan pasir sebanyak 300 g ke dalam campuran tersebut secara perlahan sambil diaduk selama 5 menit dengan temperatur yang sama. Campuran tersebut selanjutnya secara berturut-turut ditambahkan dengan DVB dan inisiator DCP masing-masing sebanyak 1 gr, sambil diaduk selama 10 menit dengan suhu tetap.
Hasil pencampuran tersebut diekstruksi menggunakan ekstruder pada suhu 170 oC. Hasil proses ekstruksi tersebut, selanjutnya dimasukkan ke dalam alat cetakan berbentuk kubus dengan sisi 5 cm, ditempatkan dan dipress ke dalam Hot Compressor pada suhu 175 oC selama lima menit. Hasil cetakan dikeluarkan, didinginkan pada suhu kamar, dan dipersiapkan untuk dikarakterisasi. Perlakuan yang sama dilakukan untuk campuran styrofoam-karet ban-aspal dengan komposisi yaitu (30:10:60), (25:15:60), (20:20:60), (15:25:60), (10:30:60), dan (5:35:60).
HASIL DAN PEMBAHASAN Uji Kuat Tekan
Uji kuat tekan menggunakan mesin Tokyo Testing Machine Type-20E MGF No. 6079 dengan kapasitas 2000 Kgf dan mengacu pada ASTM D 1559-76, dengan sampel uji berbentuk kubus dengan sisi 50 mm. Selanjutnya sampel ditempatkan pada mesin uji tekan, diberikan pembebanan sebesar 1000 Kgf dengan kecepatan 10 mm/menit sampai benda uji runtuh, seperti pada Gambar 1 berikut.
Hasil pengujian tersebut akan diperoleh nilai load beban maksimum (P) dan stroke, dari nilai load tersebut selanjutnya ditentukan nilai kuat tekannya. Yang kemudian dikonversi ke satuan MPa. (untuk 1 kgf/mm2 = 9,81 MPa). Untuk pengujian dilakukan terhadap semua variasi sampel yang telah dibuat, dengan data hasil pengujian kuat tekan ditunjukkan seperti pada tabel 1.
Gambar 1. Kondisi sampel saat uji kuat tekan Tabel 1. Data hasil uji kuat tekan No
Sampel
Sty : Ban : Aspal Load (P) Kuat Tekan Stroke
G Kgf MPa mm/mnt 1 (35:5:60) 745,1 2,92 20,04 2 (30:10:60) 613,5 2,41 14,73 3 (25:15:60) 471,5 1,85 11,32 4 (20:20:60) 314,3 1,23 16,21 5 (15:25:60) 198,1 0,78 14,32 6 (15:25:60) 115,7 0,45 14,38 7 (5:35:60) 60,3 0,24 14,99 8 (0:0:100) 98,7 0,39 43,87
178
Gambar 2. Grafik hubungan nilai kuat tekan dengan Aspal variasi Karet ban-Styrofoam
Hasil uji kuat tekan tersebut diketahui bahwa nilai maksimum aspal polimer pada komposisi styrofoam-ban-aspal (35:5:60) yaitu sebesar 2,92 MPa. Styrofoam dengan komposisi tersebut akan menghasilkan aspal polimer dengan kuat tekan maksimum, karena sifat fisis styrofoam yang keras dan kaku. Sedangkan aspal tanpa adanya pencampuran bahan polimer nilai kuat tekannya sebesar 0,39 MPa.
Menurut Tortum (2004) karet ban bersifat elastomer mampu meningkatkan keelastisitasan dari campuran aspal, dan menurut Fontes (2010) bahwa penambahan karet yang bersifat elastis akan memperlambat terjadinya kerusakan secara permanen. Tetapi semakin banyak komposisi serbuk karet ban yang ditambahkan tidak menghasilkan campuran aspal yang lebih baik, dan cenderung akan mengurangi kekuatan campuran aspal tersebut seperti pada Gambar 5 tersebut dimana nilai kuat tekannya pada komposisi (5:35:60) hanya sebesar 0,24 MPa.
Menurut SNI 08-1991-03 untuk persyaratan aspal beton nilai kuat tekannya sebesar 15-40 MPa. Ini berarti semua campuran aspal yang diujikan belum memenuhi ini standar kekuatan dari campuran aspal beton. Hal ini disebabkan karena untuk persyaratan campuran aspal beton tersebut menggunakan agregat kasar (kerikil) dan agregat halus (pasir yang lolos saringan 2,36 mm). Sementara dari pengujian skala laboratorium, untuk agregatnya yang digunakan hanya pasir yang lolos saringan 0,6 mm. Sehingga hasil kuat tekan dari campuran aspal tersebut meskipun sudah menunjukkan hasil maksimum tetapi belum memenuhi Standar Nasional Indonesia.
Uji Daya Serap Air
Pengujian ini mengacu pada ASTM C 20-00-2005. Untuk sampel (benda uji) dibersihkan, ditimbang. dan selanjutnya disebut dengan berat kering (Bk). Sampel selanjutnya direndam selama 24 jam, diangkat, permukaannya dilap dengan kain, dan ditimbang disebut dengan berat jenuh (Bj). Pengujian ini dilakukan terhadap semua variasi sampel dengan data hasil pengujian ditunjukkan seperti pada tabel 2 berikut
Hasil uji daya serap air diketahui bahwa nilai persentase daya serap air menunjukkan adanya perbedaan signifikan antara campuran aspal yang mengandung bahan polimer dengan tanpa bahan polimer.
Pada sampel tanpa bahan polimer menunjukkan nilai daya serap air yang cukup besar yaitu 0,78%. Untuk campuran aspal dengan bahan polimer (styrofoam-karet ban) nilai daya serap airnya menurun dengan rata-rata nilai daya serap air berkisar 0,33%. Hasil penyerapan paling minimum yaitu pada komposisi styrofoam-ban-aspal (35:5:60) yaitu sebesar 0,23%. Hal ini karena adanya styrofoam yang memiliki sifat tahan terhadap air.
Menurut Tapkin (2007), banyaknya kandungan air di dalam campuran aspal akan mengurangi ketahanan campuran aspal yang menyebabkan campuran aspal akan tererosi karena terkikis oleh air. Sehingga dengan adanya styrofoam yang memiliki sifat tahan terhadap air, maka persentase daya serap air menjadi lebih kecil. Jadi, polimer di dalam campuran aspal tentunya baik untuk meningkatkan sifat fisik dari campuran aspal.
Menurut SNI-03-1969-1990, bahwa kandungan air maksimum 3%. Hal ini
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2017 ISBN 978-602-50942-0-0 Kimia FMIPA UNMUL
179 menunjukkan bahwa semua sampel yang telah
diujikan, untuk nilai daya serap airnya telah memenuhi standar minimum nilai daya serap air
terhadap agregat pasir menurut Standar Nasional Indonesia..
Tabel 2. Data Hasil Uji Daya Serap Air No
Komposisi Aspal Polimer
(g) Daya Serap Air
(%) PS Ban Aspal 1 35 5 60 0,23 2 30 10 60 0,27 3 25 15 60 0,27 4 20 20 60 0,35 5 15 25 60 0,32 6 10 30 60 0,42 7 5 35 60 0,49 8 0 0 100 0,78
Dari data tersebut diperoleh grafik seperti pada Gambar 3 berikut :
Gambar 3.Grafik Hubungan Daya Serap Air Antara Campuran Aspal Dengan Variasi Karet Ban-Styrofoam Analisis Gugus Fungsi Dengan Spektroskopi
FT-IR
Untuk hasil analisis spektrum FT-IR Campuran Aspal tanpa adanya bahan polimer seperti pada gambar 4.
Dari gambar 4 tersebut diketahui ada serapan melebar dan intensitas lemah pada bilangan gelombang 3400 cm-1 menandakan adanya gugus hidroksil –OH yang diperkuat dengan adanya ikatan C-O terlihat dari serapan tajam dan intensitas kuat pada 1032,4 cm-1. Serapan melebar dan intensitas lemah juga ditunjukkan pada bilangan gelombang 1624,61
cm-1 menandakan ada ikatan C=C alkena. Serapan pada bilangan gelombang 2921,34 cm-1 menandakan adanya vibrasi regangan simetris C-H alifatis, didukung adanya CC-H2 yang terlihat dari
serapan tajam dengan intensitas rendah pada 1462,56 cm-1. Pemunculan gugus metil CH3
terlihat dari serapan tajam dan intensitasnya lemah pada bilangan gelombang 1376,58 cm-1.
Untuk hasil analisis spektrum FT-IR Aspal Polimer (Styrofoam-Karet Ban-Aspal), seperti pada gambar 5 berikut.
180
Gambar 4. Spektrum Aspal
Gambar 5. Spektrum Aspal Polimer Styrofoam-Karet Ban-Aspal
Berdasarkan spektrum pada gambar 5 tersebut menunjukkan adanya serapan tajam dan intensitas medium pada bilangan gelombang 1028,36 cm-1 menandakan adanya C-O. Dan bilangan gelombang 1601,36 cm-1 menunjukkan adanya ikatan C=C alkena. Selanjutnya serapan tajam dan intensitas kuat terlihat pada bilangan gelombang 2919,31 cm-1 menandakan adanya C-H alifatis, pemunculan CC-H2 dan CH3
berturut-turut terlihat dari serapan tajam dengan intensitas medium pada bilangan gelombang 1454,34 cm-1 dan bilangan gelombang 1377,36 cm-1. Serapan
pada bilangan gelombang 3060,33 cm-1 menandakan adanya CH aromatis dari stirena dan didukung adanya serapan tajam dan intensitas kuat pada bilangan gelombang 757,32 yang menandakan adanya crosslinker DVB.
Berdasarkan pada Gambar 4 terdapat gugus –OH (hidroksil) dari aspal tetapi setelah penambahan bahan polimer gugus hidroksil tersebut semakin rendah (hampir tidak ada) seperti pada Gambar 5 yang menunjukkan bahwasanya telah terjadi ikatan secara kimia antara campuran aspal melalui gugus hidroksil
Prosiding Seminar Nasional Kimia 2017 ISBN 978-602-50942-0-0 Kimia FMIPA UNMUL
181 tersebut dengan styrofoam, karet ban, ataupun
divenil benzena (DVB). Adanya ikatan tersebut diperkuat dengan adanya peningkatan intensitas pada bilangan gelombang 1601,36 cm-1 dan peningkatan intensitas pada bilangan gelombang 1454,34 cm-1 dan 1377,36 cm-1 dan adanya pemunculan gugus CH aromatis dari styrofoam.
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini, dapat diambil kesimpulan bahwa aspal polimer yang dipreparasi dengan memanfaatkan limbah styrofoam dan karet ban menggunakan inisiator DCP dan kompatibilizer DVB sehingga diperoleh komposisi yang paling optimum yaitu Styrofoam-Karet Ban-Aspal (35:5:60), hasil karakterisasinya menunjukkan nilai kuat tekan sebesar 2,92 MPa, nilai daya serap air sebesar 0,23%, serta adanya ikatan silang terjadi antara gugus hidroksil dari aspal dengan styrofoam, karet ban, ataupun DVB sebagai agen pengikat sambung silang melalui reaksi radikal yang diinisiasi oleh adanya peroksida DCP.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Asiyanto. (2008), Metode Konstruksi Proyek Jalan, UI – Press, Jakarta.
[2] Dachriyanus, (2004), Analisis Struktur Senyawa Organik Secara Spektroskopi, Andalas University Press, Padang.
[3] Damayanthi, R., Martini, R., (2007), Proses Pembuatan Bahan Bakar Cair dengan
Memanfaatkan Limbah Ban Bekas
Menggunakan Katalis Zeolit Y dan ZSM-5. Universitas Diponegoro. Semarang.
[4] Ediputra, K., (2004). Studi Campuran Aspal Dengan Ban Bekas (Tire Rubber) Sebagai Bahan Baku Genteng Polymer Menggunakan Bahan Perekat Isosianat, Tesis Magister Kimia, USU. Medan.
[5] Field, L.D., Strenhell, S., Kalman, J.,R. (2007), Organic Structures From Spectra, Fourth Edition, Jhon Wiley and Sons, Ltd. [6] Fontes, L.P., Triches, G., et.all (2010),
Evaluating Permanent Deformation in
Asphalt Rubber Mixtures. Journal of Constructotion and Building Material.
[7] James, D. H., (2005), Styrene, Wiley, Weinheim.
[8] Liang, L., (2004), A Disertation : Recovery and Evaluation of The Solid Products Produced by Thermocatalytic Decomposition of Tire Rubber Compounds, A & M Univesity. Texas.
[9] Marham, S., (2009), Spektroskopi Elusidasi Struktur Molekul Organik, Edisi Pertama, Graha Ilmu, Yogyakarta.
[10] Mothe, M.G., Leite, L.F.M., (2008), Thermal Characterization of Asphalt Mixtures By TG/DTG, DTA and FTIR, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry.
[11] Nuryanto, A., (2008), Aspal Buton dan Propelan Padat, Jakarta.
[12] Pei-Hung, Y., (2000), A Study of Potential Use of Asphalt Containing Synthetic Polymers For Asphalt Paving Mixes, UMI. USA. pp 2-10.
[13] Polacco,G., Berlincioni, S., (2005), Asphalt Modification with Different
Polyethylene-Based Polymer, Jounal of European
Polymer.
[14] Satyrarno, I, (2006), Penggunaan Serutan Karet Ban Bekas Untuk Campuran Beton, Media Teknik No. 4 Tahun XXVIII, UGM, Yogyakarta.
[15] Strommer, E., (1986), U.S. Patent, No. 4988747. USA.
[16] Tamrin, (2011), Peningkatan Limbah Hasil Alam Dan Daur Ulang Limbah Melalui Proses Kimia Fisika, USU, Medan.
[17] Tapkin, S., (2007), The Effect of
Polypropylene Fibers on Asphalt
Performance, Journal of Building and Environment, Turkey.
[18] Tortum, A., Cafer, C., Aydin, A.C. (2004), Determination of The Optimum Conditions For Tire Rubber in Asphalt Concrete, Journal of Buliding & Environment, Turkey.
[19] Yildrim, Y. 2005. Polymer Modified Asphalt Binders. Journal of Construction and Building Materials 21. USA. pp. 66
