Kopolimerisasi LLDPE dengan Anhidrida Maleat Tanpa lnisiator dalam Laboplastomil (Hasnah Muin)

KOPOLIMERISASI LLDPE DENGAN ANHIDRIDA MALEATTANPA INISIATOR DALAM LABOPLASTOMIL

Hasnah Muin

Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi IndustriUniversitas Islam Indonesia Yogyakarta

ABSTRAK

KOPOLIMERISASI LLDPE DENGAN ANHIDRIDA MALEAT TANPA INISIAT@R DALAM

LABOPLASTOMIL. Saat ini sampah yang berasal dari LLDPE merupakan masalah lingkungan yang cukup seriussehingga perlu dilakukan modifikasi LLDPE yang dapat mendukung terjadinya proses biodegradasi. Data yang adamenunjukkan bahwa polimer sintetik yang pada rantai utamanya mengandung gugus fungsi yang dapat terhidrolisaatau teroksidasi lanjut oleh enzim relatiflebih mudah terbiodegradasi. Penelitian ini bertujuan untuk memodifikasiLLDPE dengan cara kopolimerisasi guna memasukkan gugus fungsi yang dapat terhidrolisa atau teroksidasi lanjutpada rantai LLDPE. Untuk mendapatkan gugus tersebut, telah dilakukan kopolimerisasi LLDPE dengan anhidridamaleat tanpa inisiator dalam laboplastomil. Kopolimerisasi dilakukan pada suhu 150aC dengan jumlah putaran 60rpm. Analisis gugus fungsi dan sifat fisika sebelum dan sesudah modifikasi dilakukan dengan menggunakanFTIR,UV,XRD,kekuatan tarik dan perpanjangan saat putus. Analisis FTIR dan UV menunjukkan adanya ikatanrangkap, asam keto dan anhidrida tak siklik pada rantai LLDPE. Kekuatan tarik 28%, titik leleh 99%, perpanjangansaat putus 203% dan derajat kristalinitas 163% dibandingkan LLDPE murni. Diharapkan proses kopolimerisasi inidapat digunakan sebagai salah satu cara alternatif untuk memodifikasi polimer sintetik guna membentuk polimeryang dapat terbiodegradasi.

Kata Kunci : LLDPE, Anhidrida maleat, Laboplastomil

ABSTRACT

COPOLYMERIZATION LLDPE WITH MALEIC ANHYDRIDE WITHOUT INITIATOR IN

LABOPLASTOMILL. Nowadays LLDPE waste is contributing seriously to the environmental problems, andhence modification ofLLDPE to promote biodegradation is desirable. Several data indicated that to be biodegradable,the polymer chain must contain chemical bonds susceptible to enzymatic hydrolysis or oxidation initiating thebiodegradation process This research aimed to modify LLDPE through copolymerization, to create hydrolysableand oxidizable functional groups along the LLDPE main chain. To create this function, copolymerization LLDPEwith maleic anhydride without initiator in laboplastomill had been done. Copolymerization has been done at 150aC

with 60 rpm rotation. Analysis of functional groups and physical properties ofLLDPE before and after modificationhave been done by IR, UV, XRD, tensile strength and % elongation at break. FTIR and UV analysis indicated theoccurrence of double bond, non-cyclic anhydride and keto acid at LLDPE main chain. Tensile strength 28%, meltindeks indeks 99%, elongation at break 203 % and the degree of crystallinity increase 163% compare to the originalLLDPE. It could be expected that this copolymerization might be one of an alternative way to modify a syntheticpolymer for possible biodegradation.

Key words: LLDPE, Anhidrida maleat, Laboplastomil

PENDAHULUAN

Linear Low Density Polyethylene(LLDPE) merupakan suatu jenis plastik yangbanyak digunakan sebagai bahan pengemas.LLDPE merupakan senyawa yang inert, sehinggatahan terhadap cuaca, penyinaran dan mikrobapengurai yang terdapat dalam tanah. Akibatnyasampah plastik yang berasal dari LLDPE dapat

menyebabkan masalah lingkungan yangcukup serius baik di negara maju maupunberkembang [1]

Untuk mengatasi masalah tersebut di ataspeneliti terdahulu telah mencoba mel'lcampurpatidenganLLDPE. Hasilpenelitianmenunjukkanbahwa mikroba hanya makan pati, dan bagian

65

Prosiding Simposium Nasional Polimer V

ujung dari polimer. Hal iniJentu tidak diharapkankarena LLDPE mempunyai herat molekul sekitar30.000.

Proses biodegradasi berawal dariterjadinya oksidasi lanjut dan hidrolisa lanjutoleh enzim di luar cell [4]. Hal yang sarnaditegaskan lagi bahwa senyawa yang dapatterbiodegradasi adalah senyawa yangmengandung gugus fungsi yang dapat terhidrolisadan teroksidasi lanjut, seperti pati pada polimeralam dan poliamida, poliester daripoliuretan padapolimer sintetik.[2]

Anhidrida maleat mempunyai rumus kimia

C4H203 dengan rumus bangun seperti terlihatpada Gambar 1dibawah ini:

/ \0= c c= 0"0/

Gambar 1. Anhidrida maleat.

Gambar 1 di atas menunjukkan adanyagugus anhidrida. Gugus anhidrida merupakangugus yang sangat mudah terhidrolisa. Denganmemasukkan gugus anhidrida suatu gugus fungsiyang dapat terhidrolisa pada rantai LLDPE,diharapkan dapat dihasilkan suatu polimer yangdapat terbiodegrasi.

Grafting HDPE dengan anhidridamaleat dalam laboplastomill denganmenambahkan inisiator telah dikerjakanoleh peneliti sebelumnya. Reaksi yang terjadisangat rumit [2] Laboplastomill merupakansuatujenis ekstruderyang bekeIja secaramekanikTekanan akibat mekanik mengakibatkantimbulnya keretakan pada polimer yangmengakibatkan terjadinya radikal-radikal,sehingga mengakibatkan teIjadinya pemutusanrantai.

Terjadinya pemutusan rantai dan radikalakibat mekanik, mengakibatkan teIjadinya reaksikimia yang dikenal sebagai kimia mekanik(mechnochemistry). Akhir-akhir ini ahli polimermulai mengaplikasikan kenyataan tersebut dalamsintesis seyawa polimer bam, atau memodifikasipolimer yang sudah ada [5].Terjadinya reaksi

66

ISSN 1410-8720

kimia disebabkan karena radikal yang terjadiakibat mekanik, dapat merupakan pemula dalamproses inisiasi [8].

Radikal yang terjadi akibat mekanik(mechanoradical) pada polietilena padat adalahsebagai berikut:

1. bentuk primair - CH2CH2 *2. bentuk sekunder - CH2CH* CH3 ' - CH2CH*

CH - ROO* -CH = CHCH* CH C* =2 " 2

CH2- [7]Berdasarkan data di atas dilakukan suatu

hipotesis bahwa kopolimerisasi LLDPE dengananhidrida maleat dapat teIjadi tanpa penambahaninisiator. Untuk membuktikan hipotesis tersebutdilakukan analisis gugus fungsi, morfologi, sertaperubahan sifat fisika sebelum dan sesudahkopolimerisasi.

METODEPERCOBAAN

Bahan dan Alat

Bubuk LLDPE diperoleh dari PetrokimiaInterindo Jakarta. Kalium Bikromat dan asamsulfat dibeli dari E.Merck.

Proses kopolimerisasi dilakukan dengancara blending LLDPE dengan anhidridamaleat dalam laboplastomill pada suhu I50aCdengan jumlah putaran 60 rpm.Karakterisasidilakukan dengan cara menentukan titik lelehmenggunakan DTA (Differential ThermalAnalysis), Analisis gugus fungsi dengan FTIR(Fourier Transfrom Infra Red) merk PerkinElmer, derajat kristalinitas dengan DifTaksiSinarX (Diffraktometer DX-Gerd-I2 merk Jeol),penentuan uji tarik dan sifat perpanjanganmenggunakan otograf

Proses Kopolimerisasi

Proses kop6limerisasi dilakukandengan cara blending LLDPE dengananhidrida maleat dalam laboplastomillpada suhu I50aC dengan jurnlah putaran 60 rpm.Hasil blending dicuci dengan air, dikeringkandalam oven vakum dan kemudian diekstraksi

selama20jam dengan menggunakan aseton.Hasilekstraksi dikeringkan dalam oven vakum dandibuat film untuk karakterisasi.

Kopolimerisasi LLDPE dengan Anhidrida Maleat Tanpa Inisiator dalam Laboplastomil (Hasnah Muin)

Karakterisasi Hasil Kopolimerisasi

Analisis Gugus Fungsi

Analisis gugus fungsi dilakukan terhadap

sample yang telah dibuat film dengan mengunakanFTIR merk Shimadzu.

Penentuan Derajat Kristalinitas

Penentuan derajat kristalinitas dilakukan

dengan mengunakan Difraksi Sinar X

(Difraktometer DX-Gerd -12merk Jeol) dengan

Keeepatan goniometer sebesar 20/ menit dankeeepatan kertas spektrograf 1Omm /menit,serta

jangkauan sudut pengukur (28) antara 6°sampaidengan 36°. Derajat kristalinitas ditentukan denganmembandingkan luas daerah kristalin dengan

jumlah luas daerah kristalin tambah luas daerahamorf yang dihitung dengan menggunakan

komputer dengan program Auotoead.

Penentuan Suhu Leleh

TItik leleh ditentuan denganmengunakan alat

DTA ( DifJrential Thermal Analysis), dengan

kerja sebagai berikut:- Jumlah sampel yang digunakan = 15 mg

- Keeepatan Scanning = 10- 20 mm/menit- Interval suhu = 40 - 2000 C

Uji Sifat Mekanik

Uji sifat mekanik ditentukan dengan

menentukan kuat putus dan perpanjangan saat

putus mengunakan alat otograf, dengan kondisialat sebagai berikut:

- Keeepatan tarik = 50 mm/ menit

- Jarak pegangan = 2,5 em- Jarak beban = 50 kgf

- Temperatur uji = 24-25° C

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini diteliti perubahan struktur

kimia yang terjadi pada LLDPE setelah

kopolimerisasi dengan anhidrida maleatmenggunakan FTIR dan UV Perubahan sifat fisikadan morfologi hasil kopolimerisasi dikarakterisasi

dengan menentukan titik leleh, uji tarik dan derajatkristalinitas.

Analisis Gugus Fungsi Hasil KopolimerisasiLLDPE Dengan Anhidrida MaleatMenggunakan FTIR dan UV

Analisis gugus fungsi menggunakan FTIR

terlihat pada Gambar 2. Pada Gambar 2 terlihatadanya puneak yang hilang dari anhidrida maleat

dan adanya puneak baru setelah LLDPEdikopolimerisasi dengan anhidrida maleat Adanya

puncak barn dan puncak yang hilang dapat terlihatpada Tabell dan besarnya indeks karbonil yangterbentuk dapat terlihat pada Tabel2.

Tabel 2. menunjukkan terjadinya

pergeseran puneak dari 1854 em-I dan1784 em-1 (anhidrida maleat) ke 1850 em-! dan1776 em-! (LLDPE-Co-MA). Terjadinya

pergeseran puncak bilangan gelombang yang lebih

pendek, menujukkan terjadinya perubahananhidrida siklik menjadi taksildik, akibat terjadinya

Tabell. Analisis spektrum FTIR hasil kopolimer.

Bilangan gelombang (em-I)Spektra

Puneak baruPuneak hilangTafsiran

LLDPE-Co-MA

3600 - 2500 v (OH) dari - COOH1718

v(C = 0) dari -COOH1850&1776

v(C = 0) dari CO - 0 - CO1628

v(C = C-) terkonyugasi C=O

Anhidrida maleat

1854 & 1784v(C=O) dari CO - 0 - CO3588 & 3127

v(H) dari - C = C - H1589& 1396

v(C = C - )terkonyugasi C=O896 & 839

v (C - H) alkena1055

v C - 0 dari einein MA

-697 & 639

v C = C keluar bidang

67

Prosiding Simposium Nasional Polimer V ISSN 1410-8720

%T

(¥IrNvr\.J'...LYj

(b) ." ""~, V,\i..r.:""1854. 1784 105

Bilangan Gelombang (al"')

1Jm1

o.1m

""

e~

1:1 , , , " I~ ~ ~ ~ ~ m ~I ') ~PYElEH,I~ I

(a)

Gambar 2. Spektra FTIR (a) LLDPE murni(b) MA (c) LLDPE-Co-MA

pemutusan ikatan Co-C=C- pada anhidridamaleat akibat proses kopolimerisasi LLDPEdengan anhidrida maleat. Puneak pada1718 em-1 adalah puneak asam keto yangditunjang oleh adanya puneak OH bending darikarboksilat pada 920 em-I. TeIjadiya asam ketoakibat terputus ikatan CO-O dari anhidridamaleat. Pada Tabel 2 terlihat bahwa indeks

karbonil asam keto, lebih besar dari indekskarbonil anhidrida tidak siklik. Puneak pada 1628em-1 diperkirakan adalah puneak ikatan rangkapyangterkonyugasi CO.

Analisisgugusfungsidengan menggunakanspektrum UV terlihat pada Gambar 3.Gambar 3 menunjukkan adanya puneak setelahLLDPE dikopolimerisasi dengan anhidridamaleat. Berdasarkan peraturan Woodwart [6]maka gugus fungsi yang terbentuk padakopolimerisasi LLDPE dengan anhidrida maleattanpa penambahan inisiator diperkirakansebagai berikut:

(b)

Gambar 3. Spektra UV (a) LLDPE murni

(b) LLDPE-Co-MA.

1 ~ qO• NmW_ C H - C-C H=a-i_r'i "'OHo

A pengamatan BL 1= 244 nmA perhit = (195 + 30 + 18) nm = 243 nm

~2 a-i-a-i =a-i- C-O-C _%...w.w

u IIo 0

A pengamatan BLI = 232 nmA perhit= (215+18) nm = 233 nm

Tabel2. Harga indeks karbonil hasil kopolimerisasi

Sampel A. GelombangGugus fungsiAbsorbanI. Karbonil

(em-I)ACO/ ACH2

1850

- CO Anhidrida0,010,02maleat tak siklikLLDPE-Co-MA

1776 0,120,131713

- CO Karboksilat0,310,351628

-C=C-

1466,1

-CH20,90

68

Kopolimerisasi LLDPE dengan Anhidrida Maleat Tanpa Inisiator dalam Labopl~tomil (Hasnah Muin)

Tabel3. Perubahan Morfologi dan Sifat Fisika Hasil Kopolimerisasi

Macam Kekuatan tarikPerpanjanganTitik Leleh. DerajatSampel

(kg/m2)saat putuseC)kristalinitas(%)

(%)

LLDPE

2,981193131,821,1

LLDPE-Co-MA

0,842424130,934,4

Analisis FTIR. dan UV di atas menunjukkanterjadinya kopolimerisasi LLDPE dengananhidridamaleattanpa penam15ahaninisiatordalamlaboplastomil. Reaksi yang terjadikemungkinannya adalah seperti Gambar 4

Pada penelitian ini (lihat Gambar 4, reaksi(a) akan lebih banyak terjadi dari reaksi (b), yangdibuktikan dengan besarnya indeks karbonil (a)dibandingkan dengan (b) seperti terlihat padaTabel2. Hal ini ditunjang dari bentuk strukturkimia anhidrida maleat (Gambar 1)Pada Gambar1 tersebut terlihat adanya ikatan CO-O, ikatanCO-C=C dan rangkap -CH=CH- Dilihat daribentuk ikatannya, dapat dikatakan bahwa ikatanyang paling mudah putus adalah ikatan CO-O.

Morfologi dan Sifat Fisika Hasilkopolimerisasi LLDPE dengan AnhidridaMaleat

Perubahan derajat kristalinitas sebelum dansesudah kopolimerisasi terlihat pada Gambar 5.Perubahan morfologi dan sifat fisika terlihat padaTabel3.

Terjadinya penurunan kekuatan tarikkemungkinan disebabkan terjadinya pemutusanrantai LLDPE dalam laboplastomill, sehinggamenghasilkan rantai-rantai pendek yang bersifattleksibel yang mengakibatkan naiknya persentaseperpanjangan dan turunnya titik leleh. Selain itumasuknya ikatan rangkap sebagai gugus yangtleksibel juga menyebabkan naiknya persentaseperpanjangan. Naiknya derajat krstalinitasdisebabkan masuknya gugus polar yang dapatmembentuk ikatan hidrogen.

KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan di atas dapatdisimpulkan, bahwa kopolimerisasi LLDPEdengan anhidrida maleat dalam laboplastomill

Sudut diffraksi (28)

(a)

Sudut diffraksi (28)

(b)

Gambar 5. Dirraktogram (a) LLDPE murni(b) LLDPE-Co-MA

dapat terjadi tanpa penambahan inisiator.Hasil kopolimerisasi menunjukkan adallyaguguskarboksilat, anhidrida taksiklik dan ikatan

rangkap terkonyugasi CO.

69

Prosiding Simposium Nas;onal PoUmer V

Morfologi dan sifat fisika menunjukkannaiknya derajat kristalinitas 203% danperpanjangan 163%, serta turunnya kekuatanputus 23% dan titik leleh 99% dibandingkanLLDPEmumi..Dengan terbentuknyagugus fimgsiyangdapat terhidrolisa dan teroksidasi lanjutpadarantai LLDPE diharapkan cara ini dapat

merupakan langkah awal dalam pembuatanplastik yang dapat terbiodegradasi.

UCAPAN TERIMAKASIH

Terima kasihkami sampaikan kepadaDIRJEN DIKTI dan Jurusan Teknik Kimia FTI

Universitas Islam Indonesia yang telah memberibiaya sehingga penelitian dan seminar hasilpenelitian ini dapat terlaksana. Terima kasih jugakami sampaikan kepada TIM PEMBIMBINGdan PENGUJI yang selama mengikuti S3 telahmemberi ilmu yang sangat benlrti bagi kami.Selain itu tak lupa ucapkan terimakasih kami

sampaikan kepada semua pegawai laboratoriumpolimer ITB, dan semua pihak yang telah banyakmembantu sampai terlaksananya penelitian dansemmarlill.

DAFfAR PUSTAKA

[1]. ALBERTSSON,A.C Biodegradation ofPolymers, dalam Handbook of PolimerDegradation, Mercel Dekker,INC, (1992)346-363

[2]. GANZEVELT K.J and JANSSENL.P.B.M, "The Grafting of Maleic

Anhydride on High Density Polyethylene inan Extruder" dalam Polym. Eng. Sci.22.

(1992) 467-474[3]. HUANG,SJ., "Biodegradation", dalam

Comprehensive PolymerScience,NewYork Pergamon Press, (1989) 596 -606

[4]. KAPLAN, D.L, J.M.MAYER, D.BALL,J.Mc. CASSIE, A.L.ALLEN and P.STENHOUSE, Fundamental of

Biodegradable Polymers dalamBiodegradable Polymer and Packaging,Technomic Publishing Company, Inc,

(1993) 1-41[5]. SCHNABEL W., Mechanical Degradation

dalam Polymer degradation: Principles

70 -

ISSN 1410-8720

and Practical Application, MacmillanPublishing Co.,Inc.,New York (1981)

[6]. Silverstein, R.M., Bassler, G C dan Morrill,T.C., "Spectrometric Identification oforganic Compounds", 3rd ed., pp. 73-151 ,John Wiley & Sons New York (1974)

[7]. SOHMA,1. Mechanochernial Degradation,,dalam Comprehensive Polymer Sciense,The Synthesis, Characterization,Reaction& Application of Polymers, New YorkPergamon Press. (1989) 894-912

[8]. TAGER A, Physical Chemistry ofPolymers,MIR PUBLISHER - MOSCOW,

(1968) 10-12