BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Plastik - Pengaruh Asam Stearat Terhadap Termoplastik Elastomer Berpengisi Tandan Kosong Kelapa Sawit Sebagai Bahan Peredam Suara

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Plastik

Plastik sangat mudah dan ekonomis untuk dibuat, dicetak, dengan bentuk serumit apapun. Pemrosesan plastik mencakup tahap-tahap:

- Pelunakan

Menggunakan panas, sehingga mudah mengalir, siap dibentuk oleh cetakan.

- Pembentukan

Memanfaatkan tekanan, agar plastik dialirkan dan dibentuk lewat cetakan. - Pemadatan

Bentuk akhir produk dibiarkan memadat (Hartomo, 1993)

Plastik dapat digolongkan berdasarkan sifat fisiknya :

− Termoplastik adalah plastik yang dapat dilunakkan berulang kali (recycle) dengan menggunakan panas. Termoplastik merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan. Termoplastik meleleh pada suhu tertentu bila dipanaskan, melekat mengikuti perubahan suhu dan mempunyai sifat dapat balik (reversible) kepada sifat aslinya dan kembali mengeras bila didinginkan. Contoh : Polipropilena, Polietilena.

− Termoset tidak dapat mengikuti perubahan suhu ( irreversible). Bila sekali saja pengerasan telah terjadi maka bahan tidak dapat dilunakkan kembali. Contoh : epoksi, resin amino, poliester (Jones, 1975).

Plastik dibagi menjadi dua klasifikasi utama berdasarkan pertimbangan ekonomis dan kegunaanya yaitu plastik komoditi dan plastik teknik.

- Plastik komoditi dicirikan oleh volumenya yang tinggi dan harganya yang murah, plastik ini bisa di bandingkan dengan baja dan aluminium dalam industri logam. Mereka sering digunakan dalam bentuk barang yang bersifat pakai buang seperti lapisan pengemas, namun ditemukan juga pemakaiannya dalam barang-barang tahan lama. Plsatik komoditi utama adalah polietilena, polipropilena, poli(vinil klorida), dan polistirena.

2.2 Polipropilena (PP)

Polipropilena merupakan bahan kimia yang paling dekat dengan polietilena tetapi memiliki kekuatan fisik yang lebih kecil dan densitas yang rendah. Densitas dari Polipropilena terendah diantara semua material plastik, densitasnya diatara 0,900- 0,915 g/ cm3. Polipropilena memiliki ketahanan yang rendah terhadap degradasi daripada polietilena, rendahnya ketahanan degradasi polipropilena dikarenakan adanya karbon tersier pada struktur polipropilena. Polipropilena diharapkan dapat menambah kombinasi sifat listrik pada termoplastik, ketahanan panas, rigiditas, kekerasan, ketahanan kimia, besarnya stabilitas permukaan yang halus, dan kemampuan lelehan ( Harper,1999).

Gambar 2.1 Struktur Polipropilena

Polipropilena merupakan suatu polimer ideal yang sering digunakan sebagai lembar kemasan. Polipropilena memiliki sifat kelembapan yang baik kecuali terjadi inhibisi dengan oksigen. Oksigen yang masuk kedalam sistem akan dapat mempengaruhi makanan atau materi lain yang ditutup dengan polipropilena. Lapisan yang terlindung oleh polipropilena tersebut diharapkan dalam kondisi kedap udara agar dapat dengan maksimal melindungi kandungan materi yang terbungkus didalamnya. Untuk pemanfaatan penggunaan dari polipropilena tersebut, dapat dilakukan modifikasi terhadap polipropilena (Severini, 1999).

2.3 Karet Alam

Karet merupakan polimer alam terpenting dan dipakai secara luas dilihat dari sudut industri. Karet atau elastomer merupakan polimer yang memiliki daya pegas atau kemampuan meregang dan kembali ke keadaan semula dengan cepat dan sebagian besar memiliki struktur jaringan. Bentuk utama dari karet alam terdiri dari 94% cis 1,4-poliisoprena yang dikenal sebagai Hevea rubber. Karet ini diperoleh dengan menyadap kulit dari sejenis pohon (Hevea Brasiliensis) yang tumbuh liar di Amerika Selatan dan ditanam di bagian dunia lain (Stevens, 2001).

2.3.1 Keunggulan Karet Alam

Walaupun karet alam sekarang ini jumlah produksi dan konsumsinya jauh dibawah karet sintetis atau karet buatan pabrik, tetapi sesungguhnya karet alam belum dapat digantikan oleh karet sintetis. Adapun kelebihan-kelebihan yang dimiliki karet alam dibanding karet sintetis adalah (Didit, 2005):

1. Memiliki daya elastis atau daya lenting yang sempurna

2. Memiliki Plastisitas yang baik sehingga pengolahannya mudah 3. Tidak mudah panas

4. Tidak mudah retak

2.3.2. Jenis-jenis Karet Alam

Ada beberapa macam karet alam yang dikenal, yaitu (Didit, 2005)

− Bahan olah karet ( Lateks kebun, sheet angin, slab tipis, dan lump segar) − Karet konvensional (ribbed smoked sheet, white crepes dan pale crepes ) − Lateks pekat

− Karet bongkah atau block rubber

− Karet spesifikasi teknis atau crumb rubber − Karet siap olah atau tyre rubber

− Karet reklim atau reclained rubber

2.3.3 Standar Indonesia Rubber (SIR)

Tabel 2.1. Persyaratan Mutu Karet Alam SIR 10

Spesifikasi Kandungan

Kadar kotoran 0,10 %

Kadar Abu 0,75 %

Kadar Zat Menguap 1 %

PRI Minimum 50

PO Minimum 30

Sumber : Thio Goan loo,1980

2.4 Komposit

Komposit adalah bahan padat yang dihasilkan melalui kombinasi dari dua atau lebih bahan yang berlainan dengan sifat-sifat yang lebih baik dan tidak dapat diperoleh dari setiap komponen penyusunnya. Dewasa ini, pemakaian bahan komposit semakin banyak digunakan seperti dalam bidang penerbangan, kontruksi bangunan, automobil, peralatan olahraga, perabot dan sebagainya (Ismail. H, 2004).

Material komposit yaitu material yang tersusun dari campuran atau kombinasi dua atau lebih unsur-unsur utama yang secara makro berbeda di dalam bentuk dan atau komposisi material yang pada dasarnya tidak dapat dipisahkan (Schwartz, 1984).

2.5 Bahan Pengisi

1. Pengisi untuk memperkuat

Polimer berpenguat oleh serat berkekuatan tinggi diketahui sebagai serat berpenguat plastik . pengisi jenis ini memiliki modulus elastik yang tinggi, kekuatan tinggi untuk rasio berat, tahan korosi dan mudah dibentuk. Bahan berpenguat serat seperti gelas, grafit, alumina, karbon, boron dan beryta.

2. Pengisi aktif

Bahan pengisi yang dapat meningkatkan sifat mekanik disebut pengisi aktif dan yang tidak dapat meningkatkan disebut pengisi tidak aktif. Pengisi aktif (karbon hitam, silika gel) lebih kuat pada elastomer sintetik dan karet sehingga dapat meningkatkan kekuatannya hingga 10-20 kali.

3. Pengisi tidak aktif

Pengisi ini digunakan untuk mengurangi biaya dan memanfaatkan limbah. Pengisi ini yaitu yang mengandung kayu dan bahan lain yang serupa dengan ukuran dan bentuk yang berbeda. Pengisi tidak aktif seperti serat kayu dan serat yang lain (Bhatnagar, 2004).

Syarat suatu bahan pengisi yaitu : 1. Ukuran partikel

100- 500 Å : dikatakan penguat 1000 – 5000 Å : dikatakan semi penguat >5000 Å : dikatakan non filler 2. Inert atau tidak mudah bereaksi

3. Mempunyai muatan tetap, menentukan muatan positif dan negatif partikel yang berguna untuk dispersi supaya kuat dan tahan terhadap kikisan

4. Kristalinitas tinggi yang dapat diukur dengan alat difraksi sinar-X

2.6 Termoplastik Elastomer

Termoplastik Elastomer (TPE) adalah bahan polimer yang mempunyai sifat termoplastis dan elastis. Bahan ini mudah di cetak menjadi barang jadi dengan menggunakan mesin cetak yang biasa digunakan untuk mencetak bahan-bahan termoplastik. Elastomer termoplastik juga mudah di cetak dan di daur ulang, sehingga untuk jangka panjang tidak merusak lingkungan (Sondari, D. 2010)

Karena harga bahan mentah yang relatif rendah, produksi termoplastik elastomer meningkat dari total plastik yang ada di pasaran. Termoplastik elastomer memiliki beberapa sifat yaitu ketahanannya terhadap pelarut dan pada suhu tinggi tidak baik apabila dihubungkan dengan vulkanisasi (Kroschwitz, 1990).

Sifat keistimewaan dari termoplastik adalah memiliki tingkat kekakuan yang tinggi, dan kembali kebentuk semula dalam jangka waktu yang lama (Crawford, 1987) . Termoplastik elastomer merupakan gabungan sifat elastis dari karet dengan kemampuan mengolah dari polimer termoplastik (Holden, 1996).

2.7 Tandan Kosong Kelapa Sawit

Kelapa sawit adalah salah satu komoditi andalan Indonesia yang perkembangannya demikian pesat. Selain produksi minyak kelapa sawit yang tinggi, produk samping atau limbah pabrik kelapa sawit juga tinggi, limbah padat yang berasal dari proses pengolahan berupa tandan kosong kelapa sawit (TKKS), cangkang atau tempurung, serabut atau serat, sludge atau lumpur, dan bungkil. Setiap tahun di Indonesia sekitar 5 juta ton limbah biomassa (dalam bentuk TKKS) dihasilkan dari pabrik kelapa sawit (Wahyono, 2003).

Dari pohon kelapa sawit, serat lignoselulosa dapat diekstraksi dari batang, daun, daging buah dan tandan kosong . Tandan kosong merupakan serat hasil samping dari pemisahan buah yang disterilisasi (perlakuan uap pada tekanan 294 kPa selama 1 jam dari tandan buah segar . Diantara jenis sumber serat pada pohon kelapa sawit, tandan kosong memiliki potensial hasil hingga 73% (Wirjosentono, 2004).

Berikut adalah komposisi dari tandan kosong kelapa sawit

Tabel 2.2 Komposisi kimia dari Tandan Kosong Kelapa Sawit

Komponen Nilai

Selulosa (%) 42,7-65

Lignin(%) 13,2-25,31

Hemiselulosa(%) 17,1-33,5

Holoselulosa(%) 68,3-86,3

Abu(%) 1,3-6,04

Tabel 2.3 Sifat Fisika Tandan Kosong Kelapa Sawit

Sifat Nilai

Diameter (µm) 150-500

Mikrofibril (“) 46

Densitas (g/cm3_{) 0,7-1,55}

Kekuatan tarik (Mpa) 50-400

Modulus young(GPa) 0,57-9

Perpanjangan putus (%) 4-18

Daya regang (%) 13,71

Perpanjangan berat serat (mm) 0,99

Ketebalan sel-dinding (µm) 3,38

Kekasaran serat (mg/m) 1,37

Sumber : Shinoja, 2010

2.8 Penyerapan Suara

Penyerapan suara atau absorpsi suara merupakan perubahan energi suara menjadi bentuk lain, biasanya menjadi energi panas, akibat gelombang suara melalui media atau membentur suatu permukaan bahan. Penyerapan suara lebih berkaitan dengan kualitas akustik atau suara (sound quality) pada suatu ruangan. Penyerapan suara yang baik diperoleh dari bahan berpori (porous) dimana dihasilkan intermolekuler friksi atau gesekan saat gelombang suara mengenai bahan ( McMullan, 2002).

Jenis bahan peredam suara yang sudah ada adalah bahan berpori, resonator, dan panel. Dari ketiga jenis bahan tersebut bahan berpori seperti jerami padi, ampas tebu, serabut kelapa, serat bambu dan bahan lainnya seperti juga tandan kosong kelapa sawit yang paling banyak digunakan karena harganya yang murah dibandingkan material yang telah lama digunakan pada peredam suara jenis ini adalah glasswool dan rockwool ( Lee, 2003).

2.9 Divinil Benzena

Divinilbenzena yang memiliki rumus molekul (C6H4(CH=CH2)2) adalah agent pengikat silang yang dapat memperbaiki sifat polimer. Divinilbenzena dibentuk melalui reaksi dehidrogenasi dari campuran isomer dietilbenzena. Monomer komersial yang utama adalah campuran dari meta dan para dari divinilbenzena yang lemah dengan etilvinilbenzena. Divinilbenzena memiliki kemiripan dengan monomer stirena yang memiliki sifat beracun. Divinilbenzena digunakan pada resin penukar ion.

Tabel 2.4 Sifat Fisika Divinilbenzena

Sifat Nilai

Berat molekul 130,191

Titik leleh,o_{C 195}

Titik Beku,oC - 45

Titik Nyala,oC 65,6

Daya bakar,oC 505

2.10 Dikumil Peroksida

Inisiator-inisiator radikal bebas dikelompokkan ke dalam empat tipe utama yaitu peroksida dan hidroperoksida, senyawa azo, inisiator redoks, dan beberapa senyawa yang membentuk radikal-radikal di bawah pengaruh cahaya (fotoinisiator). Di antara berbagai tipe inisiator, peroksida (ROOR) dan hidroperoksida (ROOH) merupakan jenis yang paling banyak dipakai. Mereka tidak stabil terhadap panas dan terurai menjadi radikal-radikal pada suatu suhu dan laju yang bergantung pada strukturnya (Stevens,2001).

Berikut ini adalah mekanisme dekomposisi DKP yang ditunjukkan pada Gambar

2 RH (substrat) 2 RH (substrat)

2 _C

Gambar 2.2. Reaksi dekomposisi Dikumil Peroksida

2.11 Kompatibilitas Campuran Polimer

Bila antara pemlastis dan polimer tidak terjadi interaksi dan karena pada praktiknya pemlastis ditambahkan menggunakan mesin pencampur, maka mula-mula terjadi campuran koloid yang tak mantap (polimer dan pemlastis tidak kompatibel). Sifat fisik dan mekanis polimer terplastisasi dalam kondisi ini sangat sukar diramalkan, bahkan tidak jarang bahwa kualitas sifat fisik hasil polimer menjadi lebih rendah (Wirjosentono, 1995).

Upaya pengomptimalan sifat bahan polipaduan dapat juga dilakukan dengan menambahkan bahan pengkopatibel (compatilizer), pemlastis (plasticizer), penumbuh rantai ikat silang (crosslink agent) dan pembentuk fasa dispersi (solid phase dispersant). Selain itu proses pembuatan polipaduan dengan metode blending harus dijaga agar tidak terjadinya degradasi rantai polimer akibat pemanasan yang sifatnya destruktif terhadap sifat mekanik. Karena itu perlu dilakukan pengendalian terhadap kinetika reaksi yang digunakan meliputi faktor kecepatan pengadukan, pemanasan dan pendinginan agar konstribusi perbaikan kinerja sifat mekanik polipaduan yang terbentuk sesuai hipotesa awal yang diinginkan ( Kunert dkk, 1981).

Minyak organik dengan berat molekul yang rendah yang digunakan pada proses pencampuran polimer yaitu asam stearat, lilin, gliserol monostearat, palmitat, dan garam logam. Salah satu bahan pendispersi atau pelunak yang sering digunakan adalah asam stearat. Asam stearat memiliki sifat bau tajam dan tak sedap. Bau domba disebabkan oleh asam rantai lurus dengan 6, 8, dan 10 karbon (C-6, C-8, C-10). Anggota deret yang lebih tinggi tidak atsiri, bertitik leleh rendah, dan berwujud padat seperti lilin. Asam stearat (C-18) diperoleh dari lemak sapi (Wilbraham, 1992).

bahan pembuatan lilin. Molekul asam stearat memiliki daerah hidrofobik dan hidrofilik sekaligus, dua sifat yang saling bertolak belakang, atau mempunyai sifat amfipatik karena mengadung gugus karboksilat ionik (suka air) pada satu ujung dan rantai hidrokarbon hidrofobik (benci air) (Bahl, 2000).

2.12 Karakterisasi Campuran Polimer

Karakterisasi atau pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini meliputi pengujian kekuatan tarik, analisa permukaan dengan SEM, analisa termal dengan DTA dan uji koefesien bunyi.

2.12.1 Uji Kekuatan Tarik

Untuk mengukur kekuatan tarik, suatu spesimen dijepit pada kedua ujungnya, salah satu ujung dibuat tetap, dan di aplikasikan suatu bahan yang naik sedikit demi sedikit keujung lainnnya sampai sampel tersebut patah. Spesimen-spesimen serat dan elastomer bentuknya berbeda tetapi pada prinsipnya diuji dengan cara yang sama. Kekuatan tarik diberikan sebagai keuletan (tenacity), parameter kekuatan tarik yang umum dipakai oleh para ilmuwan serat ( Stevens, 2001).

Sifat mekanis biasanya dipelajari dengan mengamati sifat kekuatan tarik (σt ) menggunakan alat pengukur tensometer atau dinamometer, bila terhadap bahan diberikan tegangan. Secara praktis, kekuatan tarik diartikan sebagai besarnya beban maksimum (Fmaks) yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen bahan, dibagi dengan luas penampang bahan. Karena selama di bawah pengaruh tegangan, spesimen mengalami perubahan bentuk (deformasi) maka definisi kekuatan tarik dinyatakan dengan luas penampang semula (Ao).

σt = (2.1)

Besarnya kemuluran (ε) dapat didefinisikan sebagai berikut:

ε = x 100 % (2.2)

keterangan : ε = kemuluran (%)

l0 = panjang specimen mula-mula (mm)

l = panjang spesimen saat putus (mm) (Wirjosentono, 1995).

2.12.2 Uji Koefesien Serap (α) Bunyi

Pengujian sampel untuk mengetahui berapa koefesien absorbsinya dengan menggunakan tabung impedansi. Metode tabung impedansi merupakan salah satu cara untuk mengukur absorbsi bahan terhadap gelombang bunyi. Penggunaan metode ini berdasarkan dua standar, yaitu ISO 10534-2:1998 dan American Standart for Testing materials (ASTM) E1050-98. Prinsip dasar metode Tabung Impedansi adalah refleksi, absorpsi dan transmisi gelombang bunyi oleh permukaan bahan pada suatu ruang tertutup, dimana bahan tersebut digunakan untuk melapisi permukaan dinding ruang tertutup (Baheramsyah,A. 2006)

Metode ini terutama digunakan didalam pekerjaan riset ataupun dalam pengaturan kualitas untuk pembuatan dari bahan–bahan penyerapan suara.

Jika perpindahan gelombang datang yang terjadi pada sembarang waktu dapat dihitung dengan persamaan:

d1=Asin(ωt−kx) (2.3)

dan perpindahan gelombang pantulan dapat ditunjukkan pada Gambar 2.3 dengan persamaan:

d

₂

=

RA

sin(

ω

t

+

kx

)

(2.4) Keterangan:

A = simpangan maksimum mula–mula R = koefisien energi pantul gelombang

Jadi sebagai akibat perpindahan pada setiap titik diberikan dengan:

d =d1+d2

=Asin(ϖt−kx)+RAsin(ϖt+kx)

=A(1+R)sinϖtcoskx+A(1−R)cosωtsinkx (2.5)

Gambar 2.3. Perpindahan energi gelombang datang dan gelombang pantul

Dapat terlihat bahwa masing-masing nilai amplitudo maksimum dan minimum adalah A(1 + R) dan A(1 – R). Jika nilai jarak maksimum dan minimum dari amplitudo adalah A1 dan A2 maka:

(1 )

) 1 ( 2 1

R A

R A A A

− +

atau

Energi dapat ditunjukkan sebagai berbanding langsung terhadap amplitudo kuadrat yaitu:

R = sebagian energi yang dipantulkan (refleksi) α = koefisien energi yang diserap (absorbsi) maka:

Gambar 2.4. Resultan bentuk gelombang di dalam Impedance Tube

(G. Reethof, 1976)

2.12.3 Scanning Electron Microscopy(SEM)

SEM berbeda dengan mikroskopi elektron transmisi (TEM) dalam hal bahwa suatu berkas insiden elektron yang sangat halus di scan menyilangi permukaan sampel dalam sinkronisasi dengan berkas tersebut dalam tabung sinar katoda. Elektron-elektron yang terhambur digunakan untuk memproduksi sinyal yang memodulasi berkas dalam tabung sinar katoda, yang memproduksi suatu citra dengan kedalaman medan yang besar dan penampakan yang hampir tiga dimensi. Dalam penelitian morfologi permukaan SEM terbatas pemakaiannya, tetapi memberikan informasi yang bermanfaat mengenai topologi permukaan dengan resolusi sekitar 100 Å .

2.12.4 Differential Thermal Analysis(DTA)

Dalam metode DTA, suatu sampel polimer dan referensi inert dipanaskan biasanya dalam atmosfer nitrogen, dan kemudian transisi-transisi termal dalam sampel tersebut dideteksi dan diukur. Pemegang sampel yang paling umum dipakai adalah cangkir aluminium sangat kecil (emas atau grafit) dipakai untuk analisa-analisa diatas 800oC.