SINTESIS TINTA KERING (TONER) MENGGUNAKAN BAHAN BAKU ABU RINGAN (FLY ASH) SISA PEMBAKARAN BATU BARA
Faqihatul Ilmi 1, Siti Zulaikah, Nandang Mufti
Jurusan Fisika, Universitas Negeri Malang 1
Email: ilmooo.sajooo@gmail.com ABSTRAK
Penggunaan printer laser meningkat sekitar 15-17% tiap tahunnya sehingga harga toner di pasaran menjadi mahal karena bahan baku toner yaitu karbon dan besi oksida sulit didapat dan pengolahannya memerlukan waktu lama. Salah satu bahan yang dapat digunakan untuk
mengganti bahan baku toner adalah fly ash dari sisa pembakaran batu bara.
Dalam penelitian ini peneliti mengunakan metode kuantitatif eksperimentalis. Penelitian dimulai dengan preparasi sampel, karakteristik komposisi dan morfologi sampel menggunakan XRF dan SEM-EDAX, pencampuran bahan polimer : Fe : karbon (Pol : Fe : C) dengan variasi komposisi 50:30:20, 60:20:20 dan 70:20:10 menggunakan ballmill, membandingkan komposisi, morfologi dan struktur toner fly ash dengan toner pasaran menggunakan XRF, SEM-EDAX dan XRD.
Hasil penelitian menunjukkan pada toner fly ash variasi komposisi 50 : 30 : 20, 60 : 20 : 20, dan 70 : 20 : 10 kandungan terbanyak dari ketiganya adalah unsur Fe yaitu secara berturut-turut (49,8%),(44,4%) dan (66,94%). Pada toner pasaran unsur Fe berkisar (94% - 98%). Perbandingan Fe terhadap C pada toner fly ash 50 : 30 : 20, 60 : 20 : 20 dan 70 : 20 : 10
berturut-turut adalah 1 : 14,7 ; 1 : 6,11 dan 1 : 2,41. Sedangkan pada toner pasaran perbandingan Fe terhadap C rata-rata sekitar 1 : 2,45. Bentuk bulir pada toner fly ash dan toner pasaran hampir sama yaitu ada yang tidak beraturan, bulat berlubang seperti cangkang, dan lonjong. Ukuran bulir dari toner fly ash berkisar 1,982 µm sampai dengan 26,44 µm, sedangkan pada Toner pasaran antara 1,985 µm sampai dengan 25,11 µm. Toner fly ash mengandung Fe2O3 lebih banyak dibandingkan Fe3O4.
Kata Kunci: Sintesis toner, fly ash PENDAHULUAN
Berdasarkan data dari Lembaga Survei Industri Independen International Data Corporation (IDC) penggunaan printer laser meningkat sekitar 15-17% tiap tahunnya. Keuntungan printer laser antara lain adalah daya cetak yang cukup tinggi berkisar dari 8 sampai 24 ppm (halaman per menit) dengan resolusi dari 300 sampai 600 dpi, kualitas/presisi hasil cetak yang sangat bagus, hasil cetakan cepat kering dan tidak mudah luntur. Selain itu, printer laser menggunakan tinta kering atau sering disebut dengan toner sehingga tidak sering
dilakukan pengisian ulang (Banerjee, S & Wimpenny, D.I. 2006).
Pada awalnya, serbuk toner
adalah karbon biasa. Selanjutnya, dalam
perkembangannya digunakan campuran
karbon dengan polimer dan pigmen untuk meningkatkkkannn mutu cetakan. Toner terdiri dari serbuk halus yang berukuran kecil (kurang dari 0,2 µm) dan dibungkus oleh mineral tipis yang mengandung mineral magnetik tampak seperti besi oksida dan berwarna hitam, sehingga dapat menghasilkan hasil cetak yang baik (Irvan, 2005).
Karena permintaan akan toner yang tinggi, produksi toner saat ini banyak dijual
di pasaran, baik dari merk-merk terkenal seperti Epson,Canon, dan Hp, maupun toner isi ulang. Disisi lain harga toner dari berbagai merk yang dijual di pasaran tergolong mahal karena bahan baku toner yaitu karbon dan besi oksida sulit didapat dan pengolahannya memerlukan waktu lama (Nelson,Jonathan dkk, 2011) .
Untuk mengatasi hal tersebut, bahan baku toner dapat diganti dengan bahan yang memiliki sifat fisik maupun sifat kimia sama dan lebih ekonomis. Salah satu bahan yang dapat digunakan untuk mengganti bahan baku toner adalah abu ringan (Fly ash) dari sisa pembakaran batu bara, karena memiliki sifat fisik dan sifat magnetik yang hampir sama dengan bahan baku toner yaitu karbon dan besi oksida (Santoso, 2013).
Pembuatan toner dengan bahan pengganti yaitu Fly ash sisa pembakaran batu bara ini didasarkan pada kesamaan kandungan dari Fly ash dan bahan baku toner pada umumnya yaitu karbon dan besi (Santoso, 2013). Pembuatannya dilakukan dengan cara pencampuran sampel dengan bahan pendukung lainnya sehingga dapat dijadikan serbuk untuk kemudian dijadikan toner. Akan tetapi cara ini juga perlu
didukung dengan pencitraan dengan
menggunakan SEM dan karakterisasi
dengan XRD untuk mengetahui struktur bahan yang terkandung di dalamnya.
Dengan adanya latar belakang di atas maka dilakukan penelitian untuk skripsi dengan judul “Sintesis Tinta Kering (Toner) Menggunakan Bahan Baku Abu Ringan (Fly ash) Sisa Pembakaran Batu Bara”.
METODE PENELITIAN
Dalam penelitian ini metode yang digunakan adalah kuantitatif eksperimental. Penelitian diawali dengan studi pustaka, pengambilan sampel di lapangan kemudian
diteruskan dengan preparasi dan uji sampel dalam laboratorium.
Tahap kedua adalah melihat bentuk morfologi mineral magnetik dan komposisi sampel dengan menggunakan SEM-EDAX dan XRF, kemudian dilakukan pembuatan
polimer secara kimia. Polimer yang
digunakan untuk bahan campuran toner buatan adalah jenis serbuk Polystyrene. Cara mudah pembuatan polimer yaitu dengan
menggunakan styrofoam yang sudah
dipotong-potong, kemudian dicampur
dengan chlorofoam dan H2SO4. Campuran ini didiamkan selama dua jam dalam suhu tetap 45 derajat Celsius sampai campuran tersebut berubah menjadi kental. Setelah polystyrene kental, langkah selanjutnya
adalah didiamkan sampai benar-benar
kering. Untuk menjadikan serbuk maka polystyrene buatan harus di tumbuk sampai halus. Perbandingan antara Styrofoam, chlorofoam dan H2SO4 berturut-turut adalah 1 : 2 : 10.
Tahap ketiga adalah melakukan variasi komposisi terhadap bahan-bahan untuk toner buatan yaitu fly ash sebagai bahan baku, karbon sebagai pigmen/ pewarna (warna hitam) dan polimer sebagai lilin agar toner bisa menempel pada kertas. Agar dapat dibuat perbandingan untuk hasil sintesis tonernya, maka dibuat 3 variasi komposisi pada bahan. Dalam penelitian ini variasi komposisi yang digunakan antara polimer, Fe dan karbon (Pol : Fe : C) secara berturut-turut adalah (dalam bentuk persen) 50 : 30 : 20 , 60 : 20 : 20 dan 70 : 20 : 10 seperti yang ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel 1.Variasi Komposisi Toner Fly ash
(*) Fe terdiri dari Fly ash seluruhnya (**) Fe terdiri dari Fly ash dan Fe murni
Variasi Komposisi Persentase bahan (%) Polimer Fe Karbon 1 50 30 * 20 2 60 20 * 20 3 70 20 ** 10
Untuk variasi komposisi yang pertama yaitu 50 : 30 : 20 pada penelitian ini digunakan polimer sebanyak 20 gram, fly ash sebanyak 12 gram dan karbon sebanyak 8 gram. Untuk variasi kedua yaitu 60 : 20 : 20 pada penelitian ini digunakan polimer sebanyak 24 gram, fly ash sebanyak 8 gram, dan karbon sebanyak 8 gram. Dan variasi ketiga yaitu 70 : 20 : 10 pada penelitian ini digunakan polimer sebanyak 17,5 gram, fly ash sebanyak 4 gram dan Fe murni sebanyak 1,6 gram, karbon sebanyak 2,5 gram.
Bahan yang sudah ditimbang sesuai ukuran, selanjutnya dilakukan pencampuran (milling) bahan-bahan tersebut dengan menggunakan ballmill. Hal ini dilakukan agar bahan dapat homogen . Proses milling dilakukan selama 12 jam.
Proses pencampuran selesai, tahap selanjutnya melakukan analisis morfologi mineral magnetik dan komposisi dengan menggunakan SEM. Uji SEM dilakukan pada hasil sintesis toner berbahan baku Fly ash dan toner dari produksi pasar. Selain uji SEM juga dilakukan uji komposisi pada hasil sintesis toner berbahan baku fly ash dengan menggunakan EDAX dan XRF. Untuk uji SEM-EDAX dan XRF pada toner dari produksi pasar, data didapatkan dari penelitian yang juga sedang berjalan.
Uji analisis struktur menggunakan XRD. Uji XRD dilakukan pada hasil sintesis toner berbahan baku Fly ash dengan toner dari produksi pasar. Untuk uji XRD pada toner dari produksi pasar, data didapatkan dari penelitian yang juga sedang dilakukan.
Setelah mendapatkan hasil uji XRF, SEM-EDAX dan XRD pada hasil sintesis toner maka dilakukan pembandingan data antara toner berbahan baku Fly ash dengan toner dari produksi pasar.
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Fly ash memiliki kandungan unsur yang hampir sama dengan toner. Hal ini dapat dilihat dari hasil uji komposisi menggunakan XRF dimana fly ash non ekstrak PT IPMOMI dan beberapa sampel toner pasaran (Canon IR 5000, HP 1102 Refill, HP Laser Jet, maupun toner bekas) kandungan unsurnya hampir sama. Pada Fly ash terdapat unsur Fe sebagai kandungan terbanyak yaitu 42,3% (Santoso, 2013). Begitu juga pada sampel toner yang memiliki kandungan terbanyak yaitu Fe. Toner Canon IR 5000 mengandung Fe sebanyak 95,01%, toner HP 1102 Refill mengandung Fe sebanyak 97,39%, toner HP Laser Jet 15A mengandung sebanyak 94,88%, maupun toner bekas mengandung Fe sebanyak 97,07% (Lestyowati, 2013). Selain itu pada fly ash dan sampel toner juga terdapat kesamaan beberapa unsur lain seperti Si, Ca, dan Eu. Hasil uji komposisi menggunakan EDAX menyatakan bahwa Fly ash PT IPMOMI dan toner mempunyai perbandingan Fe dan C yang cukup signifikan.
Toner berbahan baku fly ash hasil sintesis selanjutnya di uji komposisi dan uji struktur, agar hasilnya dapat dibandingkan dengan toner pasaran. Hasil uji XRF toner fly ash menyatakan bahwa kandungan dari toner fly ash dengan perbandingan Pol : Fe : C adalah 50 : 30 : 20, toner fly ash 60 : 20 : 20 dan toner fly ash 70:20:10 hampir sama yaitu memiliki unsur Fe sebagai kandungan terbanyak. Pada toner fly ash variasi komposisi 50 : 30 : 20, unsur Fe nya (49,8%). Begitu juga pada toner fly ash variasi komposisi 60 : 20 : 20, unsur Fe nya (44,4%). Sedangkan pada toner fly ash 70:20:10 unsur Fe mencapai (66,94%). Begitu juga dengan hasil uji pada toner pasaran yang menyatakan Fe sebagai kandungan terbanyak yaitu sekitar 94% sampai dengan 98%. Jadi diantara ketiga variasi komposisi toner fly ash yang paling mendekati toner pasaran adalah variasi
komposisi yang ketiga (70:20:10). Hal ini bisa disebabkan karena pada komposisi 70:20:10, Fe yang dipakai adalah campuran fly ash dan serbuk Fe murni sehingga kandungan Fe pada komposisi ini lebih besar daripada variasi lainnya. Sedangkan yang menyebabkan toner fly ash komposisi Fe nya lebih rendah adalah fly ash yang digunakan dalam penelitian ini adalah non ekstrak. Karena didalam fly ash non ekstrak terdapat impuritas atau unsur non magnetik yang membuat persentase Fe pada toner fly ash menjadi rendah.
Uji XRF tidak dapat mendeteksi unsur-unsur ringan seperti C dan O maka dilakukan uji EDAX. Dimana seperti yang telah diteliti oleh (Irvan, 2005 dan Zulaikah, 2011) bahwa toner didominasi oleh unsur Fe dan C, sedangkan Fly ash PT IPMOMI berdasarkan penelitian yang dilakukan (Santoso, 2013) juga mengandung Fe dan C
yang cukup dominan. Sehingga
perbandingan toner fly ash dan toner pasaran akan dipaparkan pada tabel 2.
Tabel 2. Tabel Perbandingan Fe dan C pada Toner Fly ash dengan Toner Pasaran.
Untuk Uji bentuk dan ukuran bulir, pada peenelitian ini dilakukan dengan SEM. Bentuk bulir toner fly ash berbentuk macam-macam seperti bulat, bulat berlubang seperti cangkang, tidak beraturan menggumpal, bulat menggumpal, lonjong, dan ada pula yang bentuknya tidak beraturan. Untuk toner pasaran ada yang bulat, lonjong, bulat berlubang seperti cangkang. Hal ini
menujukkan bentuk bulir pada toner fly ash dan toner pasaran hampir sama. Tetapi pada toner fly ash kebanyakan bentuknya tidak beraturan dan menggumpal. Hal ini bisa disebabkan karena alat milling yang membuat toner fly ash bentukknya tidak beraturan, karena bola-bola pada alat milling dapat menggerus bulir-bulir toner ketika dilakukannya pencampuran (milling) selama 12 jam tersebut. Menggumpal disebabkan karena polimer yang fungsinya sebagai perekat, sehingga bahan-bahan yang di milling tersebut bisa saling menempel satu sama lain.
Berdasarkan uji SEM, untuk ukuran bulir pada toner fly ash dan toner pasaran di atas, toner Fly ash memiliki ukuran bulir berkisar 1,982 µm sampai dengan 26,44 µm.
Sedangkan toner pasaran mempunyai
ukuran bulir sekitar 1,985 – 25,11 µm. Menurut (Irvan, 2005) untuk bulir halus tersebut berukuran sekitar 0,2 µm dan ukuran bulir kasarnya >8 µm. Jadi ukuran bulir toner fly ash dan toner pasaran adalah bulir halus dan bulir kasar. Ukuran bulir toner pasaran lebih kecil dibanding ukuran bulir toner Fly ash. Hal ini disebabkan karena waktu proses pencampuran (milling) kurang lama, sehingga ukuran bulir toner fly ash lebih besar daripada toner pasaran. Tetapi ada sebagian ukuran toner Fly ash yang masuk pada interval ukuran toner pasaran. Perbandingan bentuk dan ukuran bulir toner fly ash dan toner pasaran dapat ditunjukkan pada gambar 1 (a) dan 1 (b).
(a) (b)
Gambar 1. (a) Toner fly ash 50:30:20 , (b) Toner
Canon IR 5000 Sampel Persentase Kandungan (%) Perbanding an Fe:C Fe C
Toner fly ash 50:30:20 3,55 52,31 1 : 14,7 Toner fly ash 60:20:20 4,84 29,59 1 : 6,11
Toner fly ash 70:20:10 25,29 60,94 1: 2,41
Toner Canon IR 5000 25,25 61,63 1 : 2,44 Toner HP 1102 Refill 24,69 61,66 1 : 2,49
Toner HP Laser Jet 15A
25,80 58,92 1 : 2,28
Pada uji XRD mengunakan software High Score menunjukkan bahwa pada Toner fly ash baik komposisi 50:30:20 , 60:20:20 maupun 70:20:10, kandungan Fe nya yang terdiri dari Fe2O3 dan Fe3O4 menunjukkan bahwa Fe2O3 lebih banyak daripada Fe3O4 . Hasil analisis High Score menunjukkan adanya senyawa lain yang muncul pada toner fly ash. Disisi lain toner pasaran (Canon IR 5000 dan HP Laser Jet 15A) menunjukkan bahwa hanya terdapat Fe3O4 saja. Hal ini disebabkan karena pada fly ash non ekstrak kandungan mineral magnetiknya didominasi oleh unsur Fe2O3 (Wardani, 2008). Perbandingan struktur toner fly ash dan toner pasaran dapat ditunjukkan pada gambar 2 (a) dan 2 (b).
Fe2O3
(a)
Fe3O4
(b)
Gambar 2. (a) Toner fly ash 50:30:20 , (b) Toner
Canon IR 5000
Peak-peak yang muncul pada analisis XRD, toner fly ash masih tidak sesuai dengan toner produksi pasar, tetapi masih ada beberapa peak yang sesuai. Hal ini disebabkan karena beberapa hal yaitu
persentase komposisi Fe pada fly ash berbeda jauh dengan Fe yang terkandung pada toner produki pasar (Santoso, 2013), sehingga puncak yang muncul tidak sesuai dengan puncak yang ada pada toner produksi pasar. Selain itu terdapat kandungan bahan lain bukan Fe yang terkandung dalam toner fly ash.
KESIMPULAN
Toner berbahan baku fly ash dapat disintesis melalui proses milling fly ash dan bahan campuran lain dengan komposisi bahan yang hasilnya paling baik yaitu perbandingan Polimer : Fe : C adalah 70 : 20 : 10.
Bentuk bulir pada toner fly ash yaitu bulat berlubang seperti cangkang, tidak beraturan menggumpal, bulat menggumpal, lonjong, dan tidak beraturan. Sedangkan ukuran bulir dari toner fly ash berkisar 1,982 µm sampai dengan 26,44 µm.
Toner fly ash dan toner pasaran mengandung unsur Fe sebagai unsur dengan prsentase tertinggi. Perbandingan komposisi Fe terhadap C pada toner fly ash yang paling mendekati dengan perbandingan komposisi Fe terhadap C pada toner pasaran adalah variasi komposisi yaitu 70 : 20 : 10. Pada toner Fly ash kandungan Fe2O3 lebih banyak daripada Fe3O4 , sedangkan pada toner pasaran hanya terdapat Fe3O4 saja dan struktur dari keduanya masih jauh berbeda.
DAFTAR RUJUKAN
Banerjee, Soumya & Wimpenny, David Ian. 2006. Laser Printing of Polymeric Materials. Jurnal : Rapid Prototyping & Manufacturing Group Faculty of Computing Sciences & Engineering, DeMontfort University, Leicester,UK.
Irvan, Muhammad. 2005. Karakterisasi Tinta Kering (Toner) Dengan Metode Magnetik Dan Scanning Electron Microscopy (SEM). Tugas Akhir : FMIPA Institut Teknologi Bandung.
Lestyowati, Titis. 2013. Pengaruh Rasio Fe3O4 : Fe2O3, Rasio Fe : C dan
Ukuran Bulir Mineral Magnetik Pada Suseptibilitas Magnetik Toner. Skripsi : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Malang.
Nelson, Jonathan, Carney, Lindsey, Irmiter, James Wille, Bopp,Kaylyn, Lisa, Sarah Ballew. 2011. Life-Cycle Impact of Toner and Ink for CU-Boulder. Jurnal : University of Colorado at Boulder.
Santoso, Nono Agus. 2013. Studi
Komposisi, Morfologi Bulir dan Suseptibilitas Mineral Magnetik Abu Ringan (Fly Ash) Sisa Pembakaran Batu Bara Pada PLTU PT. IPMOMI Paiton dan Pasaran. Skripsi : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Malang.
Wardani,Sri Retno Prabandiyani. 2008. Pemanfaatan limbah batubara (Fly Ash) untuk stabilisasi tanah maupun keperluan teknik sipil lainnya dalam mengurangipencemaran lingkungan. Jurnal: Fakultas Teknik Universitas Diponegoro.
