Sunil Hendrana. dkk ISSN 0216-3128 23

KOPOLIMERISASI TEMPEL ANHIDRID MALEAT PADAPOLIETILEN DENGAN PROSES BLENDING UNTUK PLASTIKRAMAH LINGKUNGAN

Sunit Hendrana, Retno Yusiasih, Sudirman, Ipit Karyaningsih, Djimat LisnawatiPusat Penelitian don Pengembangan Fisika Terapan -LIP I, Bandung -4013.0;

ABSTRAK

Kopolimerisasi tempel (grafting) anhidrid maleat (MAH) pede plastik polietilen merupakan suatujalur untuk membuat plastik yang mampu didegradasi oleh mikrobia deism tanah yangkemudian dikenal dengan plastik ramah lingkungan. Salah satu cera yang telah ditempuh pedeproses kopolimerisasi tempel ini ada/ah dengan proses dalam larutan pede suhu tinggi. Prosesini terasa kurang praktis karena melibatkan banyak step dalam mengerjakannya. Untuk itu pedepenelitian ini di/akukan dengan cera proses dalam lelehan dengan cera blending antarapolietilen, anhidrid maleat (MAH) den inisiator dikumil peroksida (DCP). Karena proses deismlelehan, make reaksi yang terjadi lebih dipengaruhi oleh diffussion control daripada chemicalcontrol. Dengan demikian, banyak faktor yang berpengaruh pede keberlJasilan proseskopolimerisasi tempel ini. Diantaranya adalah suhu proses blending, kecepatan putaranblending, konsentrasl MAH den konsentrasi DCP. Penelitian awal di laboratorium kami telahmenemukan suhu dan putaran blending yang optimum. Untuk itu pede penelitian ini dipelajaripengaruh konsentrasi MAH dan DCP pede efektifitas proses kopo/ime,risasi tempel. Salah satubentuk ketidakberlJasilan proses blending ini adalah terbentuknya ikatan silang enter molekulpolietilen, yang kemudian dapat membentuk gel. Karakterisasi hasil kopo/imerisasi tempelseisin perlJitungan fraksl gel juga dilakukan dengan Blat TGIDTA den Fourier TransfolTnInfrared (FT -IR). Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa konsentrasi MAH den DCPberpengaruh pada keberlJasilan proses kopolimerisasi tempel MAH pada polietilen. NamunDemikian, Konsentrasi inisiator DCP mempunyai mengaruh yang lebih besar daripada MAH.

ABSTRACT

GRAFTING OF MALEIC ANHYDRIDE ONTO POL YETHYLENE BY BLEND PROCESS FORENVIRONMENTALL Y FRIENDLY PLASTICS: Grafting maleic anhydride (MAH) ontopolyethylene is one of the route to make plactics which can be consumed by microbia in thesoil. High temperature solution process is one of the method to perform grafting. This method isnot really handy since it involves many steps. Therefore, in this worl< a simple method isperformed to graft MAH onto polyethylene, i.e., blending process. As the process occurs in melt,the reaction is more likely to be diffussion control rather than chemical control. Therefore, thereare many parameters can affect the grafting such as temperature of the blending, speed of therotation, concentration of MAH and concentration of dicumyl peroxide (DCP). Preliminary worl<in our laboratorium found an optimum condition for the first two parameters. Thus, in this worl<the effect of concentration of MAH and DCP is studied into the effectiveness of grafting process.One of the indication of unexpected reaction is formation of gel, or in other words the formationof X-link among polyethylene molecules. The grafted polyethylene is characterized bycalculation of gel content, thermal properties by TGIDTA and Fourier Transform Infrared (FT-IR). The results show the concentration of MAH and DCP play roles. However, initiator DCP has

more significance effect than the MAH.

sehingga sangat sulit untuk diurai dalam tanah.Salah satu usaha untuk mengatasi hal ini denganpembuatan plastik ramah lingkungan. Salah satumetoda pembuatan plastik ramah lingkungan adalahdengan cara penempelan pati pad a polietilerta (PE)termodifikasi.

PENDAHULUAN

P 1astik adalah bahan yang paling banyakdigunakan dalam kehidupan dari alat rumah

tangga, tas belanja, sampai dengan untuk komponenelektronik. Namun demikian, plastik mempunyaikelemahan dalam hal ketahanan terhadap mikrobia,

Prosiding Penemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakana. 25 -26 Juli 2000

Salah satu bentuk PE tennodifikasi adalahdengan cara penempelan MAH pada rantai molekulPE melalui proses kopolimerisasi tempel(grafting) '.2>. Reaksi penempelan MAH pada rantaimolekul PE itu relah dipostulasikan sebagaiberikur>:

TATA KERJA

BahanInisiator DCP dimumikan dua kali dengan

tara rekristalisasi sebe!um digunakan. SenyawaCH H cHo CH MAH diperoleh daTi ALDRICH dandid I I .J C -d":"- digunakn langsung untuk proses

~CH.' H-CHi H~ + cHo,. + H. -kopolimerisasi tempel. Pelarut"pelarut

H cHo yang digunakan adalah p.a. grade.

~ ~H:tH

0

CHi~H,.t!H ~

0 j~~o

9H. H9 =c~ -~Hz1. + ~" "C~

H 0 0

Skana reaksi 1

fH.~~

Dari reaksi di atas terbentuk PE yangterkopolimerisasi tempel dengan MAH yangkemudian ditulis sebagai PE-g-MAH. Molekul barninilah yang kemudian dicampur (blend) dengan patidan menjadi polimer ramah lingkungan. Reaksiantara PE-g-MAH dengan pati adalah sebagaiberikutl):

CH .~j~.+: -<:H.-ln ..-;-

CH OO<:H.I \,c,-/~ '

0"/ 0 0

CH.I

.~I-CH'~-..lH~IH.

o~ C::::QI I

~ OH

Oi.

~ OH

PE.g.MAH/pati

VV'

OH

.IHy-(;!\ Metode

PE-g-MAH pali

Skema reaksl 2

Dari skema reaksi 2 di atas terlihat bahwabanyaknya pati yang terikat tergantung pada prosespertama atau skema reaksi 1 yaitu banyaknya MAHyang terkopolimerisasi tempel pada PE. Hal ini jugadidukung oleh data penelitian awal di laboratoriumkami, dim ana semakin banyaknya pati yang dicampur/blend dengan PE-g-MAH maka semakinbanyakfree-starch (pati yang tidak terikat pada PE-g-MAH). Hal ini berarti bahwa reaksikopolimerisasi tempel MAH pada PE merupakankunci keberhasilan pembuatan plastik ramahlingkungan dari PE. Terdorong oleh alasan inilah,maka dilakukan penelitian pengaruh konsentrasiMAH clan inisiator DCP pada reaksi kopolimerisasitempel MAH pada PE.

HASIL DAN PEMBAHASAN.

Langkah pertama adalah memastikanbahwa telah terjadi reaksi kopolimerisasi tempel.Hal ini dilakukan dengan analisa spektra FT -IR.Untuk analisa diperlukan sam pel yang mumi artinyaterbebas dari MAH yang tidak bereaksi. Hasilmenunjukkan bahwa MAH larut dalam IP Asehingga dalam proses rekristalisasi MAH benar-benar terbawa oleh IPA, sebagai nonpelarut dalamproses rekristalisasi. Namun demikian perluditekankan disini bahwa proses rekristalisasi palingtidak harus dilakukan sebanyak 2 (dua) kali. Hasilpenelitian ini menunjukkan bahwa prosesrekristalisasi pertama dan kedua menunjukkanspektra yang sangat berbeda. Pada prosesrekristalisasi pertama spektra FT -IR masih

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir

P3TM-BATAN Yogyakarta. 25 -26 Juli 2000

~ A a. Proses kopolimerisasi0 0 Proses kopolimerisasi tempel

dilakukan dengan tara pencampuran didalam blender pada suhu 160 °c. Kondisi-kondisipencampuran mengikuti kondisi optimu~ yangtelah dilakukan sebelumnya3).

Kopolimerisasi tempel dengan proseslarutan (solution grafting) juga dilakukan untukmembandingkan efektifitas reaksi kopolimerisasitempel. Cara-cara melekukan reaksi kopolimerisasi

tempel dilakukan menurut metode Chandradan Rustgil).

b. Pemumian sampelPemumian sam pel untuk analisa

Fourier Transform Infrarcd (I;T-ll~) dananalisa termal dilakukan dengan taramelarutkan sam pel dalam silena panas dankemudian dituangkan secara perlahandalam isopropil alkohol (IPA).

o/'VV"'c. Test kelarutan

Test kelarutan diperlukan untukmemastikan bahwa MAH terlarut dalamIP A sehingga sampel yang terrekristalisasi

bebas dari MAH. Test kelarutan dilakukan denganmelarutkan MAH dalam IPA.

reaksi yang terjadi tidak lagi Chemical controlledtetapi menjadi diffusion controlled artinya reaksikimia yang terjadi tidak hanya dipengaruhi oleh

reaktifitas senyawa yang akan bereaksi tetapi jugadipengaruhi oleh jarak antar kedua senyawatersebut. Sehingga untuk memungkinkan bereaksikedua senyawa perlu mengadakan difusi sehinggaujung aktifnya cukup dekat untuk mengadakan

reaksi6).

rnenunjukkan adanya unsur-unsur puncak dariMAH. Puncak-puncak dari MAH yang tidakbereaksi ini kernudian hilang sarna sekali setelah

dilakukan rekristalisasi yang kedua.Spektra FT -IR dari PE-g-MAH baik yang

diperoleh dari proses blend rnaupun dengan proseslarutan dapat dilihat pad a Garnbar I. Spektra dari

PE pada daerah 1900 crn°. sid 1600 crno! jugaditunjukkan sebagai pernbanding. Dari spektra

terlihat pada kedua sarnpel PE-g-MAH rnernpunyaipuncak barn pada bilangan gelornbang 1790 crn°.

dan 1715 crn°.. Kedua puncak ini rnenunjukanadanya gugus seperti di bawah ini4.~) :

;0R-CI

\0

/

R-C"

terjadi0

Hal ini menunjukkan bahwa telahkopolimerisasi tempel MAH pada molekul PE.

I I

Reaksi kopolimerisasi tempel denganproses blend dipilih untuk dilakukan karenaprosesnya lebih murah dan lebih ramah denganlingkungan karena tidak meninggalkan 'sampah'

yang berupa pelarut.Dalam proses blend di atas mungkin telah

terjadi reaksi tarikan hidrogen (hydrogenabstraction) oleh inisiator (lihat skema reaksi 1)sehingga terjadi PE. (PE yang terradikalisasi).Melihat data FT -IR pada Gambar 1 menunjukkanbahwa PE. tidak segera bereaksi dengan MAH. Hal

ini mungkin disebabkan proses difusinya kurangbaik sehingga sedikit sekali antara PE. clan MAH

yang berjarak sedemikian rupa sehinggamemungkinkan terjadinya reaksi penempelan MAH

pada molekul PE.Apabila tidak terjadi reaksi antara PE.

dengan MAH maka ada kemungkinan terjal:li reaksiantar PE'. Reaksi ini menghasilkan ikatan silang (x-link) dan menghasilkna gel. Fraksi gel yang terjadidari berbagai kondisi percobaan (perbedaankonsentrasi MAH dan DCP) dapat dilihat pada

Tabel 1.

~ L

(C).I. 1 I"'-"-- (8)

I I I .'. _:

1900 1800 1600

bilangan gelombang I cm-1

Gambar 1. Spektra FT-JR dari (A) LDPE; (B)

LDPE-g-MAH yang dipero/eh denganproses /arutan dan; (C) LDPE-g-MAHyang dipero/eh dengan proses blend.

Dari Gambar I terlihat bahwa

kopolimerisasi tempel yang terjadi dengan proseslarutan menunjukkan intensitas yang lebih tinggipada bilangan gelombang 1790 cmo\ clan 1715 cm-l.

Hal ini menunjukkan bahwa MAH lebih banyakyang terkopolimerisasi tempel pada proses larutan.Hal ini dapat dimcngcrti bahwa pada proses bland,

reaksi terjadi pada keadaan sangat ken tal (viscous)atau dalam proses lelehan (melt). Dalam keadaan ini

Dari label ini terlihat bahwa konsentrasl

MAH clan DCP berpengaruh terhadap terjadinya gelcontent (kandungan gel). Dari Gambar 1 terlihat,

bahwa pada umumnya kandungan MAH hanyamempunyai pengaruh yang kecil t~rhadapperbedaan kandungan gel. Perbedaan yang besarpada kandungan gel diperoleh apabila kandunganinisiator berbeda. Hal ini dapat dimengerti karena

inisiator DCP adalah satu-satunya senyawa yangmemungkinkan terjadinya PE".

Untuk proses pembuatan plastik ramah

lingkungan ini kandungan gel sangat dihindari.

Kandungan gel yang besar akan sangat menggangudalam proses aplikasinya, misalnya untuk proses

blow moulding untuk pembuatan kantong plastik.Dengan demikian formula MOS adalah yang terbaik

untuk proses selanjutnya, yaitu pencampuran PE-g-

MAH dengan patioAnalisa termal dengan alat thermogravi-

metri (TG) seperti terlihat pacta Gambar 2

menunjukkan bahwa tidak terjadi perubahan yangberarti sifat degradasi termalnya dimana suhudekomposisi (T d) dari PE sebagai kontrol adalah472 °c sedangkan pada PE-g-MAH adalah 473 °C.

DAFT AR PUSTAKA

1. CHANDRA, R., and RUSTGI, R., Polym. Deg.Stab., 56, 185-202, 1997.

2. MINOURA, Y., UEDA, M., MIZUNUMA, S.,and aBA, M., J. Appl. Polym. Sci., 13, 1625-

1640,1964.3. YUSIASIH, R., SUBOWO, \\'.S., dan

SA TOTO, R., Prosiding Seminar NasionalPolimer. Himpunan Polimer Indonesia, 35-40,1995.

4. FLETf, C., Characterization Frequencies ofChemical Groups in The Infra-Red, Elsevier,Amstcrdam, 1963.

5. DANET GmbH, IR-Wizard Interactive,btte://www .chem .un i-Dotsdam .de/cgi-

bin/irinter .DI6. MOAD, G., SOLOMON, D.H., The Chemistry

of Free Radical Polymerization, Pergamon,1996.

Tabell. pengaruh konsentrasi MAH dan DCPpacta gel content yang terbentuk

KodeGel Content I

!%)0.312

TANYA JAWABNo.

~89

1

7 010

015M05M01

2

0.1180.31784

89.5 ~ 0.0

810

11TM[1 89.9

KESIMPULAN

Dilihat dari jumlah MAH yang tertempelpada molekul PE, reaksi kopolimerisasi tempeldengan proses larutan lebih baik. Namun demikian,reaksi dengan proses blend yang dipilih, karenaprosesnya lebih murah daD mungkin lebih ramahterhadap lingkungan karena tidak meninggalkan sisa

pelarut.

Nurwijayadi~ Mohon dijelaskan mengapa anhidrid maleat

dapat menyebabkan keramahan plastik terhadaplingkungan ?

~ Selain anhidrin maleat. senyawa apa yang bisadigunakan ?

Sunit H.-<>- Anhidrid maleat sebagai 'lembatan ,.

pengikat antara PE dengan Patio Denganadanya pati yang terikat pada PE ini,menjadikan plastik tersebut menjadi mudahdiurai oleh mikroba da/am tanah.

-<>- Senyawa lain yang mampu membentukikatan dengan gugus CH]OH dan Patio

Konsentrasi inisiator lebih mempunyalpecan terhadap banyaknya kandungan gel yangterbentuk apabila dibandingkan dengan konsentrasi

MAH dalam proses.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir

P3TM-BATAN Yogyakarta. 25 -26 Juli 2000