PEMANFAATAN LIMBAH THERMOPLASTIC
POLYETHYLENE TEREPHTALATE (PET) UNTUK
APLIKASI MATERIAL PAVING BANGUNAN SEBAGAI
SOLUSI PERMASALAHAN LINGKUNGAN
Nikmah
Departemen Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Jalan Teknik Industri Kampus ITS Sukolilo Surabaya 60111,
email: nikmahrbg@yahoo.co.id
ABSTRAK
Sampah telah lama menjadi permasalahan kota-kota besar, tidak hanya di Indonesia namun juga di dunia. Namun dari berbagai macam sampah yang dibuang oleh manusia di dunia, yang paling banyak memberikan dampak negatif terhadap lingkungan adalah sampah plastik. Sampah plastik memiliki sifat
biodegradability yang sangat buruk sehingga sangat sulit untuk teruraikan secara alami. Jumlahnya yang sangat banyak juga menjadikan sampah plastik masalah yang besar bagi kesehatan dan juga lingkungan. Perkembangan teknologi aplikasi plastik telah menjadikan plastik menjadi salah satu material yang paling banyak digunakan di dunia. Plastik banyak digunakan di seluruh dunia karena memiliki beberapa keunggulan properties dibandingkan material jenis lainnnya. Di antaranya adalah ketahanan korosi yang baik, berat yang ringan, flexibel, dan isolator panas dan listrik yang baik. Selain memiliki beberapa keunggulan properties, dari sisi ekonomi plastik juga memiliki beberapa keunggulan karena harganya yang murah dan aplikasinya yang luas. Beton yang ditambahkan material plastik sebagai penguat juga terbukti memiliki ketangguhan yang lebih baik dari benton biasa. Ubin polycem yang dibuat dengan campuran plastik juga terbukti memiliki physico-mechanical properties yang meningkat. Melalui penelitian ini akan didapatkan informasi tentang pengaruh penambahan plastik LDPE dan PET untuk aplikasi material bangunan. Pembuatan spesimen akan dibuat dalam tiga kondisi yaitu LDPE dicampur dengan PET, LDPE dicampur pasir, dan LDPE dicampur dengan PET dan pasir. Komposisi plastik dan pasir yaitu 10%, 30%, dan 50% dari berat total. Setelah itu akan dilakukan pengujian tarik, pengujian lengkung, pengujian massa jenis, dan absorbability dari spesimen untuk melihat sifat mekanik dan sifat fisik dari produk akhir. Alat SEM dan FTIR juga digunakan untuk karakterisasi komposit partikulat sebagai produk akhir.
Kata kunci: Komposit, LDPE, Material bangunan, PET, Sampah plastik
PENDAHULUAN
Sampah merupakan masalah utama yang dihadapi masyarakat modern. Kota-kota di dunia menghasilkan sampah plastik 1,3 miliar ton setiap tahunnya. Menurut perkiraan Bank Dunia, jumlah ini akan bertambah hingga 2,2 miliar ton pada tahun 2025. Diperkirakan pada tahun 2013 manusia di dunia memproduksi sampah plastik sebanyak 299 juta ton. Indonesia sendiri menjadi negara penghasil sampah plastik terbesar ke-dua di dunia setelah Cina dengan produksi sampah plastik sebesar 65 juta ton per tahunnya. Berdasarkan data dari geotimes sampah di Jakarta mencapai 6.000 sampai 6.500 ton setiap harinya. Sedangkan di Surabaya sampah mencapai 2.000 ton setiap harinya. Yang memprihatinkan adalah hanya 500 ton sampah di Surabaya yang bisa didaur ulang setiap harinya sehingga 1.500 ton sampah setiap harinya masuk ke Tempat Pembuangan Akhir (TPA). (Hafisko, 2016)
Sampah plastik merupakan sampah dengan jumlah paling banyak dan memiliki sifat biodegradability (sulit terurai oleh alam). Dari berbagai macam jenis plastik, plastik yang paling banyak dibuang ke lingkungan adalah jenis polyethylene (low density dan high density) dan juga PET (Polyethylene Terephtalate) yang biasanya
dalam bentuk kantong plastik dan botol plastik. Plastik memiliki beberapa sifat keunggulan yaitu tahan korosi, tahan lama, isolator yang baik, murah, dan fabrikasi yang mudah. Polyethylene Terephtalate (PET) adalah jenis polimer yang masuk ke dalam jenis polyester. PET memiliki sifat yang kuat dan kaku. PET banyak sekali digunakan untuk material pengemas. Botol minuman dan nampan makanan untuk microwave adalah aplikasi paling penting dari PET. Sedangkan Low-density polyethylene dibuat dalam temperatur dan tekanan yang tinggi. Low-density polyethylene (LDPE) resin memiliki crystallinity dari 60%-75%. LDPE memiliki banyak branched chain sehingga menyebabkan molekulnya yang saling berjauhan dan massa jenisnya turun. LDPE sangat flexibel. Titik lelehnya sekitar 110o C. Penggunaannya adalah untuk kantong plastik, isolator kabel, mainan, dan pelapis perkakas rumah.
Pada penelitian sebelumnya, pemanfaatan plastik dimanfaatkan menjadi material konstruksi dan jalanan seperti aspal dan beton. Ilmuwan dari Central Building Research Institute di India memanfaatkan plastik untuk estetika pada pembuatan ubin. Mereka telah mengembangkan ubin jenis baru bernama Polymer Modified Cementitous Tiles
atau Polycem Tiles. Teknik kompaksi dengan tekanan yang tinggi digunakan dalam pembuatan ubin jenis ini untuk mendapatkan ubin dengan kepadatan yang tinggi. Hasilnya adalah dihasilkan ubin jenis baru yang memiliki keunggulan dengan naiknya
physico-mechanical properties dari ubin tersebut. Melalui studi DTA dan SEM diperoleh informasi yang dapat menjelaskan hal terebut yaitu karenan interaksi dari polimer dengan Ca2+ yang terbentuk ketika proses hidrasi semen dan bersatu untuk membentuk lapisan kontinu yang meningkatkan physico-mechanical properties dari ubin. (Asthana, 2004)
Sebuah penelitian yang dipublikasikan di Journal of Traffic and Transportation Engineering memberikan informasi juga bahwa plastik dapat dimanfaatkan untuk pembuatan beton paving block untuk jalanan. Mereka membandingkan performa dari
paving block biasa dengan paving block yang ditambahkan karet. Riset mereka menunjukkan kekuatan kompresi yang lebih kecil dibandingkan paving block biasa. Namun flexural strength dari paving block yang ditambahkan polimer berupa karet naik sampai kandungan penambahan karet sebesar 15%, lalu mulai mengalami penurunan ketika kandungan karetnya melebihi 15%. Ketahanan impact dan keuletan juga naik dengan penggantian pasir dengan karet sampai dengan kandungan 25% dari pasir. Ketangguhan dijadikan parameter untuk menjelaskan respon terhadap patahan pada beban yang tiba-tiba dan dengan metode ini nilai ketangguhan dari paving block naik. (Appiah, 2017)
Pengolahan limbah plastik menjadi bahan konstruksi berupa material komposit, merupakan salah satu solusi untuk mengatasi banyaknya sampah plastik yang ada. Beberapa potensi bahan konstruksi yang dapat diproduksi dengan bahan plastik adalah beton, paving block, ubin, genteng¸ dan dinding. Penggunaan sampah plastik dalam paving block digunakan untuk mensubsitusikan penggunaan semen. Bata beton bila diklasifikasikan berdasarkan mutunya dan penggunaannya dapat dibagi menjadi 4 macam, yaitu bata beton mutu A: digunakan untuk jalan, bata beton mutu B digunakan untuk pelataran parker, bata beton mutu C digunakan untuk pejalan kaki, bata beton mutu D digunakan untuk taman dan penggunaan lain.
Setiap jenis beton memiliki spesifikasi sendiri, berupa standar kekuatan, ketahanan aus dan kekuatannya dalam penyerapan air. Data mengenai mutu beton dan standar kekuatannya dapat dilihat dalam Tabel 1 dibawah ini,
Tabel 1. Tabel Klasifikasi Mutu Paving Block
Mutu
Kuat Tekan (Mpa)
Ketahanan Aus Penyerapan air
(mm/menit) Rata-rata maks. Rata-rata Min. Rata-rata Min. (%)
A 40 35 0,09 0,103 3
B 20 17 0,13 0,149 6
C 15 12,5 0,16 0,184 8
D 10 8,5 0,219 0,251 10
Pada penelitian ini, digunakan plastik tipe PET dan LDPE dari sampah plastik yang digunakan untuk pembuatan paving block. Selain dapat menjadikan paving block, harapannya dengan karya tulis ini juga mampu mengatasi masalah sampah plastik yang ada.
METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini, variabel penelitian yang digunakan adalah perbedaan jenis) dan perbandingan fraksi massa masing-masing filler dan matriks (LDPE dan PET) dengan komposisi yang akan ditampilkan pada Tabel 2, sebagai berikut :
Tabel 2. Komposisi Spesimen Komposit
No. Komposisi (%wt)
LDPE PET Pasir
1 10 20 70 2 20 15 65 3 30 10 60 4 40 5 55 5 45 - 55 6 - 45 55 7 100 - - 8 - 100 -
Pada penelitian ini bahan yang digunakan adalah sampah plastik Low-density Polyethylene (LDPE) dan sampah plastik Polyethylene Terephtalate (PET) yang didapatkan dari pengepul sampah yang ada di daerah Keputih Kecamatan Sukolilo, Surabaya. Sementara pasir yang digunakan adalah pasir dari toko bangunan yang ada di daerah yang sama, yaitu Kelurahan Keputih Kecamatan Sukolilo Kota Surabaya.
Dalam pembuatan bata beton ini bahan yang digunakan harus melalui proses persiapan terlebih dahulu. Pasir yang digunakan haruslah diayak sehingga homogen dengan ukuran 5 mesh. Sampah plastik yang didapatkan dari pengepul dicuci terlebih dahulu sehingga bersih untuk menghilangkan kotoran yang menempel pada permukaannya. Proses selanjutnya adalah dijemur di bawah sinar matrahari sampai kering sehingga kandungan air yang ada dapat hilang. Sampah plastik yang sudah
kering kemudian dipotong kecil-kecil dengan alat pencacah plastik sehingga saat proses pemanasan terjadi sampah plastik dapat dengan mudah meleleh.
Proses pembuatan komposit bata beton ini dilakukan dengan cara menimbang massa dari plastik (PET dan LDPE) sesuai dengan komposisi yang diinginkan. Setelah itu menimbang massa dari pasir sesuai dengan komposisi yang diinginkan. Plastik yang telah ditimbang kemudian dimasukkan ke dalam wajan untuk dipanaskan menggunakan panas dari kompor sampai menjadi fasa liquid. Blowtorch digunakan untuk memanaskan plastik melalui bagian atas dari wajan agar proses pelelehan berjalan lebih cepat dan efisien. Setelah semua bagian dari plastik meleleh dan mencair, pasir dimasukkan sesuai dengan komposisi yang diinginkan. Pengadukan campuran plastik dan pasir menggunakan spatula sampai seluruh campuran tercampur secara merata. Setelah semua campuran tercampur secara merata, campuran plastik dan pasir yang telah menjadi komposit dituang ke dalam cetakan untuk mendapatkan bentuk yang diinginkan. Komposit yang telah dicetak kemudian didinginkan hinggan semua bagian menjadi solid. Spesimen dikeluarkan dari cetakan.
Pengujian yang dilakukan meliputi pengujian kompresi, yang dilakukan untuk mengetahui kekuatan tekan dari spesimen komposit yang akan disesuaikan dengan standard SNI. Pengujian lainnya adalah pengujian masa jenis yang dilakukan dengan menghitung massa spesimen dalam udara dan air masing-masing spesimen komposit menggunakan standard ASTM D792. Pengujian penyerapan air digunakan untuk menghitung perubahan berat dari suatu agregat akibat air yang menyerap ke dalam pori di antara partikel pokok dibandingkan dengan pada saat kondisi kering, ketika agregat tersebut dianggap telah cukup lama kontak dengan air sehingga air telah menyerap penuh. Standar laboratorium untuk penyerapan akan diperoleh setelah merendam agregat yang kering ke dalam air selama (24+4) jam.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar 2 adalah hasil dari preparasi spesimen yang diamati secara visual untuk pengujian kompresi yang berbentuk kubus dengan panjang sisi 5 cm.
Gambar 1. Spesimen Uji Kompresi
Spesimen uji kompresi ini berjumlah 8 buah dengan penomoran angka di spesimen yaitu 1 sampai 8. Gambar 2 menunjukkan nomor 3 dengan komposisi 30% LDPE/10% PET/60% pasir. Preparasi spesimen uji kompresi dilakukan dengan
melelehkan plastik terlebih dahulu sampai cair dengan sumber panas menggunakan api dari kompor melalui bagian bawah dan blowtorch pada bagian atas. Untuk LDPE memerlukan temperatur sekitar 120o C untuk mencairkan seluruh plastik, sedangkan PET temperatur untuk melelehkannya adalah sekitar. Dibutuhkan waktu sekitar 10 menit untuk mencairkan seluruh plastik LDPE sedangkan PET membutuhkan waktu yang lebih cepat yaitu sekitar 5 menit. Setelah plastik cair pasir ditambahkan sedikit demi sedikit sambil diaduk agar tercampur secara merata. Spesimen diaduk sampai campuran plastik dan pasir tercampur secara homogen. Setelah campuran plastik dan pasir homogen spesimen dituang ke dalam cetakan berukuran 5x5x5 cm yang terbuat dari material baja. Setelah bagian pinggir dari spesimen mengeras spesimen dapat dikeluarkan dari cetakan dan pendinginan dilakukan pada temperatur lingkungan. Tabel 3 di bawah ini merupakan tabel yang menunjukkan nilai kekuatan kompresi dari material komposit LDPE/PET/Pasir.
Tabel 3. Hasil Uji Kompresi
No. Komposisi (%)
Compressive Strength LDPE PET Pasir (Mpa) 1 10 20 70 13,72 2 20 15 65 7,84 3 30 10 60 12,54 4 40 5 55 15,68 5 45 - 55 14,11 6 - 45 55 15,68 7 100 - - 10,58 8 - 100 - 5,1
Dari hasil pengujian dengan adanya penambahan LDPE dalam komposit, hasil uji kompresi awalnya menurun lalu akan mengalami kenaikan. Kekuatan kompresi paling tinggi ditemukan pada spesimen nomor 4 dengan fraksi massa 40% LDPE, 5% PET, 55% pasir dengan kekuatan kompresi sebesar 15,68 MPa. Spesimen nomor 6 dengan fraksi massa 45% PET dan 55% pasir juga menunjukkan kekuatan kompresi yang sama yaitu 15,68 MPa. Kekuatan terendah didapatkan pada spesimen nomor 8 dengan fraksi massa 100% PET.
Dari pengujian kompresi yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan hampir semua spesimen memenuhi standar SNI untuk kekuatan kompresi untuk aplikasi paving block. Dalam hal ini adalah paving block kategori C dan D yang memiliki standar kekuatan kompresi minimal sebesar 12,5 MPa untuk kategori C dan 8,5 MPa untuk katergori D. Paving block kategori C adalah paving block yang digunakan untuk aplikasi jalanan untuk pejalan kaki. Sedangkan paving block kategori D digunakan untuk hiasan pertamanan. Spesimen nomor 1,3,4,5,6 memenuhi standar kekuatan kompresi minimum paving block kategori C. Sedangkan spesimen nomor 7 memenuhi standar kekuatan kompresi minimum paving block kategori D. Spesimen nomor 8 tidak dapat digunakan untuk aplikasi paving block karena memiliki kekuatan kompresi yang di bawah standard minimum paving block SNI yaitu sebesar 8,5 MPa
Hasil yang didapatkan dari pengujian uji penyerapan air ditampilkan dalam tabel di bawah ini:
Tabel 4. Hasil Uji Penyerapan Air
No. Fraksi Massa (%wt) Absorbability (%) LDPE PET Pasir
1 10 20 70 2,12 2 20 15 65 2,50 3 30 10 60 2,16 4 40 5 55 1,89 5 45 - 55 4,27 6 - 45 55 1,30 7 100 - - 3,25 8 - 100 - 0,53
Dari hasil pengujian penyerapan air didapatkan data kemampuan serap air spesimen dalam bentuk persentase (%). Nilai absorbability mulanya mengalami kenaikan lalu menurun secara bertahap dengan semakin besarnya kandungan LDPE dalam spesimen. Nilai absorbability paling besar didapatkan pada spesimen 5 dengan komposisi 45% LDPE dan 55% pasir. Sedangkan nilai absorbability paling kecil didapatkan pada spesimen 8 dengan komposisi 100% PET.
Dengan penambahan polimer dalam komposisi komposit dapat menurunkan penyerapan air dari suatu material. Penurunan kemampuan penyerapan air pada komposit disebabkan oleh penyerapan kapiler karena sifat alami dari polimer yang hidrofobik.
Hasil pengujian uji density ditampilkan dalam Tabel 5 di bawah ini:
Tabel5. Hasil Uji Density
No. Fraksi Massa (%wt) Density (g/cm3) LDPE PET Pasir
1 10 20 70 1,54 2 20 15 65 1,78 3 30 10 60 1,52 4 40 5 55 0,33 5 45 - 55 0,79 6 - 45 55 1,68 7 100 - - 1,02 8 - 100 - 1,29
Dari hasil pengujian densitas didapatkan nila massa jenis dari semua spesimen. Hasil pengujian menunjukkan nilai massa jenis yang berbeda pada setiap spesimen tergantung dari fraksi massa dari material pembentuknya. Massa jenis pertama-tama mengalami kenaikan seiring dengan bertambahnya kandungan LDPE. Namun kemudian terjadi penurunan sampai pada spesimen 4 yang terbuat dari 40% LDPE, 5% PET, dan 55% pasir. Massa jenis paling tinggi ditemukan pada spesimen nomor 2 yang terbuat dari 20% LDPE, 15%PET, dan 65% pasir dengan nilai 1,78 g/cm3. Sedangkan yang paling kecil ditemukan pada spesimen nomor 4 yang terbuat dari 40% LDPE, 5% PET,
dan 55% pasir. Dari pengujian densitas juga ditemukan massa jenis dari LDPE yaitu 1,02 g/cm3 dan juga PET murni yaitu sebesat 1,29 g/cm3.
Berdasarkan hasil pengujian yang dihasilkan, didapatkan rekapitulasi mengenai semua hasilnya yang akan di tapilkan di Tabel 6.
Tabel 6. Rekapitulasi Hasil Mutu Paving Blok dan Warna Spesimen Kompresi (Mpa) Absorbability (%) Density (g/cm3) No. Spesimen Warna 15.68 0.53 0.33 1 15.68 1.3 0.79 2 14.11 1.89 1.02 3 13.72 2.12 1.29 4 12.54 2.16 1.52 5 10.58 2.5 1.54 6 7.84 3.25 1.68 7 5.1 4.27 1.78 8
KESIMPULAN DAN SARAN
Dari analisa pembahasan hasil maka, dapat ditarik beberapa poin berikut:
1. Material yang memiliki nilai ketahanan kompresi paling tinggi yaitu spesimen 4 dengan hasil 15.68 Mpa
2. Material yang memiliki nilai Absorbability paling rendah yaitu spesimen 8 dengan hasil absorbability 0.53%
3. Material yang memiliki nilai densitas paling rendah yaitu spesimen 4 dengan hasil 0.33 g/cm3
4. Dari hasil rekapitulasi mutu paving block spesimen yang mendekati mutu paling baik adalah spesimen 4 dengan komposisi LDPE 40%, PET 5% dan Pasir 55% 5. Spesimen 4 dapat dijadikan sebagai paving block dengan mutu C yaitu untuk
pejalan kaki
Adapun saran untuk karya selanjutnya adalah:
1. Perlu penelitian lebih mendalam mengenai pengaruh pengunaan LDPE, PET dan Pasir sebagai paving block dalam pengunaan campuran tertentu dan peresentase yang berbeda-beda
2. Perlu penelitian lebih untuk peningkatan mutu paving block agar dapat digunakan dalam aplikasi yang lebih luas
DAFTAR PUSTAKA
Appiah, J. K. (2017). Use of Waste Plastic Materials for Road Construction in Ghana. Case StudiesinConstructionMaterials6, 1-7.
Ashby, M. F., & Jones, D. R. (1998). Engineering Materials Volume 2. Cambridge, United Kingdom: Butterworth Heinemann.
Asthana, K. (2004). Development of polymer modified cementitious (polycem). Construction and Building Materials 18, 639-643.
Brady, G. S., & Clauser, H. R. (n.d.). Materials Handbook Fifteenth Edition. McGraw-Hill.
Ding, Y. (2012). Properties and durability of concrete containing polymeric wastes (tyre rubber. Construction and Building Materials.
Jassim, A. K. (2017). Recycling of Polyethylene Waste to Produce Plastic Cement. Procedia Manufacturing 8, 635-642.
Margolis, J. M. (2006). Engineering Plastics Handbook. Montreal, Province of Quebec, Canada: McGraw-Hill.
Murugan, R. B. (2016). Material development for a sustainable precast concrete block pavement. Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). Wessel, J. K. (2004). Handbook of Advanced Materials. John Wiley & Sons.
Wypych, G. (2016). Handbook of Polymer 2nd Edition. Toronto, Canada: ChemTec Publishing.
