SINTESIS KOMPOSIT LIMBAH POLIPROPILENA/SERAT …/Sintesis...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

SINTESIS KOMPOSIT

LIMBAH POLIPROPILENA/SERAT ALAM/BENTONIT

YANG MEMILIKI KEMAMPUAN HAMBAT BAKAR DAN

SIFAT MEKANIK YANG BAIK

Disusun Oleh:

APRINA SUCI MAHLANI

M 0306002

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2012


commit to user


commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “SINTEIS

KOMPOSIT LIMBAH POLIPROPILENA/SERAT ALAM/BENTONIT YANG

MEMILIKI KEMAMPUAN HAMBAT BAKAR DAN SIFAT MEKANIK

YANG BAIK” belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di

suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis

atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam

naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Februari 2012

APRINA SUCI MAHLANI


commit to user

iv

SINTESIS KOMPOSIT

LIMBAH POLIPROPILENA/SERAT ALAM/BENTONIT

YANG MEMILIKI KEMAMPUAN HAMBAT BAKAR DAN

SIFAT MEKANIK YANG BAIK

Aprina Suci Mahlani

Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah disintesis komposit dari limbah polipropilena (LPP) dan serat tandan kosong sawit (STKS) dengan rasio LPP/STKS=8/2 menggunakan senyawa penggandeng LPP-g-AA secara reaktif dengan metode larutan menghasilkan LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS (FI). Analog FI, formula FII disintesis dengan penambahan bentonit (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan FIII dengan penambahan montmorillonit (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt). Komposit yang terbentuk dikarakterisasi dengan FTIR, XRD, pengujian daya bakar meliputi time to ignition (TTI) serta burning rate (BR) sesuai dengan ASTM D 635 dan persentase heat release (HR), serta sifat mekanik meliputi kekuatan tarik berdasarkan ASTM D 638 dan kekuatan impak berdasarkan ASTM D 6110.

Berdasarkan hasil pengujian daya bakar dan sifat mekanik pada komposit FII dan FIII dengan variasi konsentrasi bentonit maupun montmorillonit masing-masing 10%; 20%; 30%; 40%, diperoleh komposisi optimum bentonit maupun montmorillonit pada FII dan FIII sebesar 20%. Dimana BR FII berkurang sebesar 57,27%, kekuatan tariknya meningkat 13,49%, dan kekuatan impaknya meningkat 41,07% dibandingkan dengan FI. Sedangkan pada FIII jika dibandingkan dengan FI, maka BR menurun sebesar 59,55%, kekuatan tarik meningkat 18,76%, dan kekuatan impak meningkat sebesar 48,03%. Sehingga komposit yang diperoleh memiliki hambat bakar dan sifat mekanik yang lebih baik dari FI.

Kata kunci : limbah polipropilena, serat tandan kosong sawit, bentonit,

montmorillonit.


commit to user

v

SYNTHESIS COMPOSITES OF

POLYPROPYLENE WASTE/NATURAL FIBER/BENTONITE

HAS FIRE RETARDANCY AND BETTER MECHANICAL PROPERTIES

Aprina Suci Mahlani

Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences

Sebelas March University

ABSTRACT

The composites of polypropylene waste (LPP) and empty fruit bunch of oil palm fiber (STKS) with a ratio of LPP/STKS=8/2 using multifunctional compound LPP-g-AA has been synthesized reactively with methods of solution resulting LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS. Analogue FI, formula FII synthesized by the addition of bentonite (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent), whereas formula FIII synthesized by the addition of montmorillonite (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt). The composites were characterized by FTIR, XRD, burning test include time to ignition (TTI) and burning rate (BR) according to ASTM D 635 and the percentage of heat release (HR), and testing of mechanical properties include tensile strenght according to ASTM D 638 and impact strenght according to ASTM D 6110.

Based on the results of burning test and mechanical properties testing of composites with various concentrations of bentonite as well as montmorillonite 10%; 20%; 30%; 40% respectively, to obtained the optimum composition of bentonite as well as montmorillonite in FII and FIII of 20%. Where BR of FII decrease to 57,27%, it’s tensile strenght increase to 13,49%, and it’s impact strenght increase to 41,07% compared with FI. While in FIII compared with FI, it’s BR decrease to 59,55%, it’s tensile strenght increase to 18,76%, and it’s impact strenght increase to 48,03%. Thus composites obtained has fire retardancy and better mechanical prtoperties than FI.

Key words: waste polypropylene, empty fruit bunch of oil palm fiber, bentonite,

montmorillonite.


commit to user

vi

MOTTO

Sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan.

(Q.S Al Insyirah : 6)

Sebaik-baik manusia diantaramu adalah yang paling banyak manfaatnya bagi

orang lain.

(HR. Bukhari dan Muslim)


commit to user

vii

PERSEMBAHAN

Karya ini penulis persembahkan kepada:

Kedua orang tua dan adikku yang tak pernah lelah mendoakan.

Sahabat-sahabatku, untuk dukungan dan semangatnya.


commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-

Nya sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. Shalawat serta salam kepada

Rasulullah Muhammad SAW, beserta para keluarga, sahabat, dan para pengikut

beliau dari dahulu hingga akhir zaman.

Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih

yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah memberikan masukan,

dukungan, dan semangat, baik selama penelitian maupun dalam penulisan skripsi

ini. Rasa terima kasih yang tulus penulis sampaikan kepada:

1. Prof. Neng Sri Suharty, M.S., Ph.D selaku pembimbing akademik dan

dosen pembimbing yang telah membimbing dan membantu selama proses

penelitian dan penyusunan skripsi.

2. Prof. Dr. Kuncoro Diharjo, S.T., M.T selaku dosen pembimbing yang

telah membimbing dan membantu selama proses penyusunan skripsi.

3. Dr. Eddy Heraldy, M.Si selaku Ketua Jurusan Kimia FMIPA Universitas

Sebelas Maret

4. IF. Nurcahyo, M.Si selaku Ketua Lab. Kimia Dasar, FMIPA, Universitas

Sebelas Maret, beserta laboran mbak Nanik dan mas Anang atas

bantuannya selama di laboratorium kimia.

5. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen di Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret, yang telah

memberikan ilmunya pada penulis selama studi di jurusan kimia.

6. Ayah, Ibu, Adik, serta seluruh keluarga tercinta yang senantiasa

memotivasi, mendorong serta tak pernah lelah mendoakan penulis.

7. Sahabat-sahabatku yang luar biasa, Buki, Nida, Tika, Oni, Andika, Imam,

Pandu, Rocky, Ivan Andi yang selalu menyemangati penulis agar segera

menyelesaikan skripsi ini.

8. Eliphedia Okidimis yang sudah menjadi patner dalam pengerjaan tugas

akhir ini.


commit to user

ix

9. Teman-teman di jurusan kimia, terima kasih atas dukungan, doa dan

bantuan yang telah diberikan.

10. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Semoga Allah SWT membalas segala kebaikan dan pengorbanan yang telah

diberikan dengan balasan yang lebih baik. Aamiin.

Penelitian ini merupakan bagian dari projek penelitian Research Proposal

International Research Collaboration And Scientific Publication yang berjudul

“Developing of Polypropylena/nano-Montmorillonite Composites: Though, High

Flame Resistance and Enviromental Friendly of Public Transportation” yang

didanai DIKNAS atas nama Prof. Neng Sri Suharty, M.S., Ph.D. Berkaitan

dengan hal tersebut maka penggandaan atau pengambilan segala sesuatu dari

penelitian ini harus seijin Prof. Neng Sri Suharty, M.S., Ph.D sebagai pemilik

projek penelitian.

Penulis menyadari masih banyak terdapat kekurangan dalam penulisan

skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk

menyempurnakannya. Namun demikian, semoga hasil penelitian ini dapat

bermanfaat bagi yang memerlukan.

Surakarta, Februari 2012

Aprina Suci Mahlani


commit to user

x

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL.........................................................................................

HALAMAN PENGESAHAN..........................................................................

HALAMAN PERNYATAAN............................... ..........................................

HALAMAN ABSTRAK...................................................................................

HALAMAN ABSTRACT..................................................................................

HALAMAN MOTTO.......................................................................................

HALAMAN PERSEMBAHAN.......................................................................

KATA PENGANTAR......................................................................................

DAFTAR ISI ....................................................................................................

DAFTAR GAMBAR........................................................................................

DAFTAR TABEL.............................................................................................

DAFTAR LAMPIRAN.....................................................................................

BAB I PENDAHULUAN.................................................................................

A. Latar Belakang Masalah...................................................................

B. Perumusan Masalah..........................................................................

1. Identifikasi Masalah..................................................................

2. Batasan Masalah........................................................................

3. Rumusan Masalah.....................................................................

C. Tujuan Penelitian. ............................................................................

D. Manfaat Penelitian............................................................................

BAB II LANDASAN TEORI..........................................................................

A. Tinjauan Pustaka .............................................................................

1. Polipropilena.............................................................................

2. Serat Tandan Kosong Sawit (STKS)........................................

3. Senyawa Penggandeng Multifungsional...................................

4. Inisiator Benzoil Peroksida.......................................................

5. Senyawa Penyambung Silang Divinil Benzena........................

6. Pelarut Xilena............................................................................

7. Fire Retardant...........................................................................

i

ii

iii

iv

v

vi

vii

viii

x

xiii

xv

xvi

1

1

4

4

6

6

7

7

8

8

8

10

14

16

16

18

18


commit to user

xi

8. Komposit...................................................................................

9. Karakteristik Geobiokomposit..................................................

a. Spektrofotometer Infra Merah.............................................

b. Difraksi Sinar-X..................................................................

c. Pengujian Daya Bakar.........................................................

d. Pengujian Sifat Mekanik.....................................................

B. Kerangka Pemikiran.........................................................................

C. Hipotesis...........................................................................................

BAB III METODE PENELITIAN...................................................................

A. Metode Penelitian.............................................................................

B. Tempat dan Waktu Penelitian...........................................................

C. Alat dan Bahan yang Digunakan......................................................

1. Alat............................................................................................

2. Bahan.........................................................................................

D. Prosedur Kerja..................................................................................

1. Preparasi Limbah Polopropilena (LPP).....................................

2. Preparasi Serat Tandan Kosong Sawit (STKS).........................

3. Sintesis LPP Termodifikkasi ( LPP-g-AA)...............................

4. Sintesis Biokomposit Proses Larutan........................................

5. Sintesis Geobiokomposit...........................................................

6. Pembuatan Spesimen.................................................................

7. Pengujian Daya Bakar...............................................................

E. Teknik Pengumpulan Data ...............................................................

F. Teknik Analisa Data .........................................................................

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN..........................................................

A. Penalaran Struktur............................................................................

1. Biokomposit LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS................................

2. Geobiokomposit LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Clay..................

a. Karakterisasi Gugus Fungsi dengan FTIR............................

b. Karakterisasi Kristalinitas dengan XRD...............................

B. Pengujian Daya Bakar......................................................................

21

23

23

24

25

26

28

33

34

34

34

34

34

35

35

35

35

35

36

36

37

38

38

39

42

42

42

46

46

47

49


commit to user

xii

1. Time To Ignition (TTI)...............................................................

2. Burning Rate (BR)......................................................................

3. Heat Release (HR)......................................................................

C. Pengujian Sifat Mekanik...................................................................

1. Kekuatan Tarik (TS)...................................................................

2. Modulus Young (E) ...................................................................

3. Energi Serap (Es) dan Kekuatan Impak (Is)...............................

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN..........................................................

DAFTAR PUSTAKA......................................................................................

LAMPIRAN-LAMPIRAN..............................................................................

50

52

53

55

55

57

58

61

62

71


commit to user

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Reaksi Polimerisasi dari Propilena Menjadi Polipropilena..........

Gambar 2. Struktur dari polipropilena: (a) isotaktik, (b) sindiotaktik, dan

(c) ataktik, dimana R = CH3 ........................................................

Gambar 3. Kode Polipropilena.......................................................................

Gambar 4. Bagian Tandan Kosong Sawit......................................................

Gambar 5. (a) Struktur Monomer Selulosa ; (b) Struktur Polimer

Selulosa.......................................................................................

Gambar 6. Pembentukan Selulosa Radikal....................................................

Gambar 7. Struktur Asam Akrilat..................................................................

Gambar 8. Struktur Benszil Peroksida (BPO)................................................

Gambar 9. Mekanisme Dekomposisi dari BPO.............................................

Gambar 10. Struktur Divenilbenzena (DVB)...................................................

Gambar 11. Struktur Xilena.............................................................................

Gambar 12. (a) Reaksi Pembakaran ; (b) Segitiga Api....................................

Gambar 13. Struktur Montmorillonit...............................................................

Gambar 14. Ilustrasi Persebaran Organoclay pada Polimer (a) Komposit

Konvensional ; (b) Komposit Terinterkalasi ; (c) Komposit

Tereksfoliasi.................................................................................

Gambar 15. Spesimen Pengujian Daya Bakar ASTM D 635..........................

Gambar 16. Spesimen Uji Kekuatan Tarik ASTM D 638 Tipe V...................

Gambar 17. (a) Spektra LPP; (b) Spektra AA; (c) Spektra LPP-g-AA............

Gambar 18. Spektra FTIR (a) LPP ; (b) LPP-g-AA ; (c) DVB ; (d) STKS ;

(e) LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS...................................................

Gambar 19. Spektra FTIR (a) Formula FI (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS) ;

(b) Bentonit ; (c) Formula FII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/

Bent.............................................................................................

Gambar 20. (a) XRD MMt (b) XRD Bentonit.................................................

Gambar 21. (a) LPP (b) MMt (c) LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt.............

Gambar 22. Uji Nyala Geobiokomposit Formula FII......................................

8

10

10

11

13

13

15

16

16

17

18

18

21

23

25

27

43

45

47

48

49

50


commit to user

xiv

Gambar 23. Grafik Pengaruh % Clay Terhadap Time To Ignition (TTI)

FII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan FIII

(LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt)............................................

Gambar 24. Pengaruh % Clay Terhadap Burning Rate (BR) Formula FII

(LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan Formula FIII


Gambar 25. Grafik Pengaruh % Clay Terhadap Heat Release (HR)

Formula II (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan

Formula III (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt).........................

Gambar 26. Grafik Pengaruh % Clay Terhadap Kekuatan Tarik Formula FII



Gambar 27. Grafik Pengaruh % Clay Terhadap Modulus Young Formula

FII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan Formula FIII


Gambar 28. Grafik Pengaruh % Clay terhadap Energi Serap Formula FII



Gambar 29. Grafik Pengaruh % Clay terhadap Kekuatan Impak Formula FII

(LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan Formula FII


51

53

54

56

57

58

59


commit to user

xv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Sifat-sifat Fisik Polipropilena.............................................................

Tabel 2. Sifat Fisik dan Morfologi STKS.........................................................

Tabel 3. Komposisi dan Sifat Kimia STKS......................................................

Tabel 4. Sifat Asam Akrilat..............................................................................

Tabel 5. Hasil Analisis Sampel Bentonit..........................................................

Tabel 6. Berbagai Jenis Formula Pada Sintesis Geobiokomposit.....................

9

11

12

15

20

37


commit to user

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Skema Preparasi LPP..................................................................

Lampiran 2. Skema Preparasi Serat Tandan Kosong Sawit (STKS)..............

Lampiran 3. Sintesis LPP Termodifikasi (LPP-g-AA)...................................

Lampiran 4. Sintesis Bio/Geobikomposit Proses Larutan.............................

Lampiran 5. Pembuatan Spesimen..................................................................

Lampiran 6. Formula.......................................................................................

Lampiran 7. Data Hasil Pengujian Daya Bakar: Time To Ignition (TTI)........

Lampiran 8. Data Hasil Pengujian Daya Bakar: Burning Rate (BR)..............

Lampiran 9. Data Hasil Pengujian Daya Bakar: Heat Release (HR)..............

Lampiran 10. Data Hasil Pengujian Sifat Mekanik: Kekuatan Tarik................

Lampiran 11. Data Hasil Pengujian Sifat Mekanik: Modulus Young..............

Lampiran 12. Data Hasil Pengujian Sifat Mekanik: Energi Serap..............

Lampiran 13. Data Hasil Pengujian Sifat Mekanik: Kekuatan Impak..............

Lampiran 14. Pola Difraksi LPP Standar JCPDS.............................................

Lampiran 15. Pola Difraksi Montmorillonit Standar JCPDS.........................

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

82

83

84

84


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Sebagian besar masyarakat Indonesia saat ini tentunya sudah tidak asing

lagi dengan Air Minum Dalam Kemasan (AMDK) dan mengkonsumsinya untuk

kebutuhan sehari-hari. AMDK diproduksi dalam berbagai jenis kemasan seperti

galon (19 L) berbahan polikarbonat (PC), botol (1,5 L, 600 ml, dan 300 ml)

berbahan polyethylene terephthalate (PET), dan cup (240 ml) berbahan

polipropilena (PP). Soetantini (2007) melaporkan bahwa 12 miliar liter kebutuhan

air mineral di Indonesia pada tahun 2006, 60% dalam kemasan galon, 25% dalam

kemasan botol, dan 15% dalam kemasan cup. Pada akhir 2009, Asosiasi

Perusahaan Air Minum Dalam Kemasan Indonesia (Aspadin) memperkirakan

produksi AMDK pada 2010 bisa mencapai 17 miliar liter. Jumlah tersebut

meningkat 15% dibanding tahun sebelumnya yang baru mencapai 15,5 miliar liter

(Baroeno, 2010). Semakin bertambahnya produksi AMDK baik dalam kemasan

galon, botol, ataupun cup maka produksi plastik untuk kemasan-kemasan tersebut

pun juga akan meningkat. Dapat diasumsikan bahwa untuk limbah cup saja yang

terbuang bisa mencapai 9,7 miliar gelas. Apabila dilakukan pengukuran massa,

ternyata satu buah cup memiliki massa 4 gr, dengan demikian limbah cup AMDK

yang terbuat dari PP terbuang seberat 388 x 102 ton. Keberadaan limbah PP

tersebut akan menimbulkan permasalahan lingkungan jika tidak ditangani dengan

tepat karena limbah PP tidak dapat membusuk, tidak dapat terurai secara alami,

dan tidak dapat menyerap air. Oleh karena itu, diperlukan solusi alternatif untuk

menyelesaikan permasalahan limbah PP tersebut.

Banyak penelitian yang dilakukan tentang pencampuran plastik dengan

suatu bahan pengisi (filler) sebagai penguat seperti serat alam dan filler anorganik

menjadi plastik yang bermanfaat serta memiliki sifat mekanik yang baik. Rijswijk,

K.V., et al (2001) melaporkan bahwa komposit serat alam dapat diaplikasikan

dalam berbagai industri, salah satunya adalah otomotif. Arunvisut, et al (2007)

mensintesis komposit Low Density Polyethylene (LDPE)/clay untuk kemasan.


commit to user

2

Kekuatan mekanik optimum pada penambahan filler 7% clay. Chia-Hsian Lee, et

al (2008) mensintesis komposit dari Poli (metil akrilat-co-metil

metakrilat)/montmorillonit (MMt) juga untuk film kemasan. Beberapa penelitian

lain tentang pencampuran plastik dengan filler menjadi suatu komposit yang dapat

meningkatkan kekuatan mekaniknya dan biodegradable, antara lain Kim, et al

(2005) mensintesis komposit dari plastik polibutilen suksinat (PBS) dengan abu

sekam padi (SP) dan PBS dengan serbuk kayu (SK) dihasilkan komposit yang

biodegradable dan kekuatan mekaniknya meningkat optimum pada penambahan

10% serat; Badri, K dan Amin, K.A.M. (2006) mensintesis biokomposit dari

poliuretan (PU) dengan serat tandan kosong sawit (TKS) dan dihasilkan

biokomposit dengan kekuatan mekanik tinggi pada rasio TKS:PU=35:65; dan

Suharty, et al (2007) mensintesis polistirena limbah (PSL) dengan serbuk kayu

sengon (SS) dihasilkan komposit yang kekuatan mekaniknya meningkat dan

memiliki kemampuan degradasi yang baik.

Serat alam yang cukup melimpah dan belum optimal pemanfaatannya

yakni serat tandan kosong kelapa sawit (TKS) yang mengandung 62,46% selulosa

(Haradewi, 2007). Dari proses penggelolaan tandan buah segar (TBS) menjadi

minyak sawit (CPO) lebih kurang 45%nya akan menjadi limbah padat dan

setengah dari jumlah limbah padat tersebut (22-23%) merupakan tandan kosong

(Surjosatyo dan Vidian, 2004). Sehingga pemanfaatan serat TKS sebagai filler

pada komposit merupakan langkah yang tepat.

Permintaan terhadap komposit serat alam dalam berbagai aplikasi terus

mengalami peningkatan. Perkembangan bidang science dan teknologi mulai

mengurangi penggunaan bahan konvensional seperti logam untuk memenuhi

keperluan aplikasi baru. Karena aplikasi dalam bidang angkasa luar, perkapalan,

automobile dan industri pengangkutan memerlukan bahan-bahan yang berdensitas

rendah, tahan karat, dan kuat. Mwaikambo (2006) melaporkan pada tahun 1930,

Henry Ford sudah mempergunakan serat kenaf sebagai filler untuk salah satu

komponen kendaraan. Keuntungan penggunaan biokomposit dalam aplikasi

transportasi yakni memiliki bobot yang lebih ringan bila dibandingkan dengan


commit to user

3

logam, sehingga pada mesin yang sama penggunaan bahan bakar akan menjadi

lebih efisien (Mwaikambo, 2006).

Sebagai material organik, polimer dan serat alam memiliki kelemahan

yaitu mudah terbakar. Padahal pada kendaraan sering terjadi kebakaran akibat dari

kecelakaan ataupun gangguan listrik. Permasalahan ini dapat diatasi dengan

penambahan suatu senyawa penghambat bakar yang dapat menurunkan

kemampuan bakar biokomposit.

Penambahan senyawa penghambat bakar kedalam komposit telah banyak

dilakukan. Gilman, et al (2000) melaporkan penambahan clay pada polipropilena

yang di-grafting dengan maleic anhydride (PPMA) ternyata dapat menurunkan

kemampuan bakar kompositnya. Solomon (2004) menambahkan montmorillonit

(MMt) pada polipropilena dan kemampuan bakar komposit yang dihasilkan dapat

berkurang hingga 75%, sehingga komposit tersebut dapat digunakan untuk

komponen otomotif. Patra, et al (2005) menggunakan CaCO3 dan ammonium

polifosfat (APP) sebagai senyawa penghambat bakar pada kompositnya dan

dengan komposisi CaCO3:APP=1:2 diperoleh hasil yang lebih efektif untuk

menaikkan kemampuan hambat bakarnya. Bourbigot, et al (2010) menambahkan

CNT, ZnO, MMt pada polimer polilaktida (PLA) dan termoplastik poliuretan

(TPU) dan dihasilkan komposit yang kemampuan bakarnya menurun. Suharty, et

al (2010) menambahkan Mg(OH)2/Al(OH)3 (rasio 15/5), serta H3BO3 pada

komposit PP/KF dan dihasilkan komposit yang tingkat pembakarannya berkurang

sampai 55%. Ullah, et al (2010) melaporkan bahwa lempung kaolin dapat menjadi

senyawa penghambat bakar pada EG-APP-Mel-B.A.

Dari penelitian tersebut, maka salah satu senyawa yang dapat digunakan

sebagai penghambat bakar adalah mineral lempung (clay) yang merupakan bahan

alam yang secara luas terdistribusi di Indonesia mulai dari Sumatra, Jawa, sampai

Sulawesi. Apalagi lempung alam di Indonesia didominasi oleh kelompok

montmorillonit yang dapat disisipi (diinterkalasi) dengan suatu bahan seperti

senyawa organik atau oksida-oksida logam (Negara, et al ; 2008).


commit to user

4

B. Rumusan Masalah

1. Identifikasi Masalah

Penggunaan plastik banyak digunakan untuk berbagai keperluan, salah

satunya adalah untuk plastik kemasan AMDK. Kemasan AMDK yang cukup

potensial untuk menjadi limbah adalah kemasan dalam bentuk cup yang berbahan

polipropilena (PP). Limbah PP tersebut tidak bisa terdegradasi sehingga dapat

menimbulkan suatu permasalahan di lingkungan. Salah satu solusi alternatif

pemecahan masalah tersebut adalah dengan mengolahnya menjadi suatu plastik

bermanfaat, kuat serta biodegradable dengan penambahan serat alam atau filler

anorganik. Serat alam yang cukup melimpah dan belum optimal pemanfaatannya

yakni serat tandan kosong kelapa sawit (STKS). Serat TKS merupakan limbah

terbesar yakni sekitar 23% dari tandan buah segar (TBS). Sehingga pemanfaatan

serat TKS sebagai filler pada komposit merupakan langkah yang tepat. Daulay

(2005), Badri, et al (2006), dan Khalid, et al (2008) telah menggunakan serat TKS

sebagai filler pada kompositnya dan kekuatan mekanik dari komposit tersebut

meningkat.

Kemajuan teknologi telah mendorong peningkatan dalam permintaan

terhadap bahan komposit serat alam dalam berbagai aplikasi. Salah satunya adalah

sebagai komponen kendaraan bermotor. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut,

komposit harus memiliki sifat hambat bakar yang tinggi. Kemampuan hambat

bakar komposit dapat ditingkatkan dengan memberikan senyawa penghambat

bakar. Suharty, et al (2010) melaporkan Mg(OH)2, Al(OH)3, serta H3BO3,

merupakan senyawa anti nyala. Patra, et al (2005) menambahkan CaCO3 dan

ammonium polifosfat (APP) sebagai senyawa tahan api pada kompositnya dan

dengan komposisi CaCO3 : APP = 1 : 2 diperoleh hasil yang lebih efektif untuk

menurunkan kemampuan bakarnya. Beberapa penelitian lain melaporkan bahwa

montmorillonit juga dapat meningkatkan sifat mekanik dan meningkatkan

kemampuan hambat bakar kompositnya (Gilman, et al ; 2000, Jong-Hoon Lee, et

al ; 2003, Solomon, 2004, dan Bourbigot, et al ; 2010). Indonesia sebenarnya

memiliki sumber daya alam yang sangat memungkinkan untuk pengaplikasian


commit to user

5

teknologi tersebut. Karena mineral lempung merupakan bahan alam yang secara

luas terdistribusi di Indonesia mulai dari Sumatra, Jawa, sampai Sulawesi.

Sintesis komposit dapat dilakukan dengan metode larutan (Suharty, et al ;

2007 dan Suharty, et al ; 2008) dan melt mixing (Kim, et al ; 2005 dan Pascual, et

al ; 2008). Dalam prosesnya dapat dilakukan secara reaktif maupun nonreaktif.

Suharty, et al (2007) telah membuat komposit polistirena daur ulang dengan

serbuk kayu sengon dan serbuk kayu kelapa secara metode larutan, baik secara

reaktif menggunakan inisiator benzoil peroksida (BPO) maupun non reaktif.

Hasilnya, komposit yang dibuat secara reaktif dengan bantuan inisiator lebih kuat

daripada komposit yang dibuat secara non reaktif. Sifat mekanik komposit dapat

ditingkatkan dengan penambahan compatibilizer untuk mengikatkan senyawa

polar dan non polar. Ismail, et al (2010) menggunakan maleic anhydride (MA)

sebagai compatibilzer pada komposit LDPE/Poli (vinil alkohol) sehingga interaksi

antara LPDE dengan Poli (vinil alkohol) meningkat. Pengikatan matriks polimer

yang bersifat non polar dengan lempung yang bersifat polar memerlukan suatu

compatibilizer seperti polietilena yang di-grafting maleic anhydride (PEMA)

(Arunvisut, et al ; 2007) dan poli(asam akrilat) (PAA) (G. Supri, et al ; 2008).

Penambahann senyawa penyambung silang pada komposit juga mengakibatkan

peningkatan sifat mekanik bila dibandingkan dengan komposit tanpa senyawa

penyambung silang (Suharty, et al ; 2007). Suharty (1993) melaporkan bahwa

trimetilol propana triakrilat (TMPTA), 2,4,6-tri-allyl-oxy 1,3,5-triazine (TAC),

dan divinil benzena (DVB) dapat meningkatkan pembentukan ikatan sambung

silang sehingga terbentuk jaringan yang lebih besar, dimana DVB dapat

meningkatkan ikatan sambung silang lebih tinggi dibanding TMPTA dan TAC.

Karakterisasi komposit dilakukan pada analisis gugus fungsi dan

kristalinitas. Pengujian sifat mekanik meliputi kekuatan tarik dan Modulus Young

berdasarkan ASTM D 638 dan energi serap serta kekuatan impak berdasarkan

ASTM D 6110. Pengujian daya bakar yang meliputi time to ignition (TTI),

burning rate (BR) berdasarkan ASTM D 635 dan heat release (HR).


commit to user

6

2. Batasan Masalah

1. Polimer yang digunakan dalam pembuatan biokomposit berasal dari limbah

polipropilena (LPP) dari cup air mineral dalam kemasan (AMDK) dengan

merek sejenis.

2. Bahan pengisi yang digunakan pada pembuatan geobiokomposit adalah serat

tandan kosong sawit (STKS) dari PTPN VII Unit Usaha Rejosari Kecamatan

Natar Kabupaten Lampung Selatan Propinsi Lampung.

3. Senyawa penghambat nyala yang digunakan adalah lempung bentonit (Bent)

dari Sukabumi dan montmorillonit p.a (MMt p.a) yang berasal dari Puspiptek

BIN Batan Serpong.

4. Pembuatan geobiokomposit dilakukan dengan metode larutan menggunakan

pelarut xilena dengan proses reaktif mempergunakan inisiator benzoil

peroksida (BPO), senyawa penggandeng LPP-g-AA, serta dengan agen

penyambung Divenilbenzena (DVB).

5. Karakterisasi geobiokomposit meliputi perubahan gugus fungsi dengan

spektrefotometer Infra Merah (FT-IR) dan kristalinitas dengan difraksi sinar-

X (XRD).

6. Pengujian daya bakar meliputi penentuan time to ignition (TTI) dan burning

rate (BR) dilakukan menurut ASTM D 635 serta heat release (HR).

7. Pengujian sifat mekanik Tensille Strength (TS) dan Modulus Young (E)

menggunakan Universal Testing Mechine (UTM) berdasarkan ASTM D 638,

serta energi serap dan kekuatan impak dengan Impact Charpy Testing

Mechine berdasarkan ASTM D 6110.

3. Rumusan Masalah

1. Bagaimana komposisi optimum lempung bentonit dan montmorillonit pada

geobiokomposit [LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent] dan [LPP/DVB/LPP-g-

AA/STKS/MMt] terhadap kemampuan hambat bakar ?

2. Bagaimana komposisi optimum lempung bentonit dan montmorillonit pada


AA/STKS/MMt] terhadap peningkatan sifat mekanik ?


commit to user

7

C. Tujuan Penelitian

1. Mengetahui komposisi optimum lempung pada geobiokomposit

[LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent] dan [LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt]

terhadap kemampuan hambat bakar.

2. Mengetahui komposisi optimum lempung pada geobiokomposit terhadap sifat

mekanik.

D. Manfaat Penelitian

1. Memberikan informasi dibidang kimia polimer tentang pengolahan limbah

plastik menjadi geobiokomposit yang memiliki kemampuan hambat bakar

dan sifat mekanik yang baik.

2. Membantu memecahkan permasalahan lingkungan hidup yang berasal dari

limbah kemasan AMDK.


commit to user

8

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Polipropilena

Polipropilena (PP) adalah polimer yang mempunyai susunan berulang dari

monomer propilena/propena dengan rumus struktur (CH2=CH-CH3). Propena

berasal dari minyak bumi yang diperoleh melalui proses cracking (Grant, 1985).

Penggabungan monomer propena membentuk polipropena melalui proses

polimerisasi addisi (Adriani, A., 2003). Setiap unit ulang polipropilena

mempunyai karbokation pada karbon tersier bersifat sangat stabil, sehingga atom

H yang terikat pada karbon tersier tersebut bersifat reaktif dan bersifat non polar

(Pudjaatmaka, 1986). Reaksi polimerisasi dari propilena dapat dilihat pada

Gambar 1 berikut :

Gambar 1. Reaksi Polimerisasi dari Propilena Menjadi Polipropilena

Polipropilena bersifat termoplastik yaitu sifat yang dapat dilunakkan

dengan panas dan dapat dibekukan kembali dengan pendinginan secara reversible

(Seymour dan Charracher, 1988). Dengan sifat unggul ini, polipropilena dapat

dibentuk berulang-ulang. Sifat-sifat fisik polipropilena seperti dapat dilihat pada

Tabel 1.

H2C C CH3

H

C

CH3

H

H2C

n

Propilena/Propena Polipropilena


commit to user

9

Tabel 1. Sifat-sifat Fisik Polipropilena

Sifat-sifat Nilai

T dekomposisi (0C) 380

Titik leleh (0C) 165-175

Kuat tarik (MPa) 29,3 – 38,6

Kelarutan dalam toluena* (%) 66

Kelarutan dalam xilena* (%) 100

(J. Bandrup & Imergut, 1975 dalam Siburian, 2001; Suharty, 1993*)

Pada polipropilena, rantai polimer yang terbentuk dapat tersusun

membentuk daerah kristalin (molekul tersususun teratur) dan bagian lain

membentuk daerah amorf (molekul tersususun secara tidak teratur). Dalam

struktur polimer atom-atom karbon terikat secara tetrahedral dengan sudut antara

ikatan C-C 109,5o dan membentuk rantai zigzag planar. Untuk polipropilena

struktur zigzag planar dapat terjadi dalam tiga cara yang berbeda-beda tergantung

pada posisi relative gugus metal satu sama lain di dalam rantai polimernya. Ini

menghasilkan struktur isotaktik, ataktik dan sindiotaktik seperti pada Gambar 2.

Ketiga struktur polipropilena tersebut pada dasarnya secara kimia berbeda

satu sama lain. Polipropilena ataktik tidak dapat berubah menjadi polipropilena

sindiotaktik atau menjadi struktur lainnya tanpa memutuskan dan menyusun

kembali beberapa ikatan kimia. Struktur yang lebih teratur memiliki

kecenderungan yang lebih besar untuk berkristalisasi dari pada struktur yang

tidak teratur. Jadi, struktur isotaktik dan sindiotaktik lebih cenderung

membentuk daerah kristalin daripada ataktik. Polipropilena berstruktur stereogular

seperti isotaktik dan sindiotaktik adalah sangat kristalin, bersifat keras dan kuat.

Dalam struktur polipropilena ataktik gugus metil bertindak seperti cabang-cabang

rantai pendek yang muncul pada sisi rantai secara acak. Ini mengakibatkan

sulitnya untuk mendapatkan daerah-daerah rantai yang sama (tersusun) sehingga

mempunyai sifat kristalin rendah menyebabkan tingginya kadar oksigen pada

bahan tersebut sehingga bahan polimer ini mudah terdegradasi oleh pengaruh

lingkungan seperti kelembaban cuaca, radiasi sinar matahari dan lain sebagainya

(Schwarts, SS, 1991 dalam Evriani, S., 2009). Kebanyakan polipropilena


commit to user

10

komersial merupakan isotaktik (Anonim, 2012a). Berikut ini adalah gambar

struktur polipropilena isotaktik, ataktik dan sindiotaktik :

(a)

(b)

(c)

Gambar 2. Struktur dari polipropilena: (a) isotaktik, (b) sindiotaktik, dan

(c) ataktik, dimana R = CH3.

Polipropilena merupakan salah satu plastik yang digunakan dalam bidang

industri dengan kode angka 5 dari The Society of Plastic Industry (Kusumastuti,

2008), ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Kode Polipropilena

2. Serat Tandan Kosong Sawit (STKS)

Indonesia adalah Negara penghasil utama kelapa sawit setelah Malaysia,

serta menurut perkiaraan pada tahun 2010 Indonesia akan menjadi negara

penghasil utama kelapa sawit. Pada tahun 2008, produksi CPO di Indonesia

mencapai 17,1 juta ton (Hasibuan, 2010). Dari proses penggelolaan tandan buah

segar (TBS) menjadi minyak sawit (CPO) lebih kurang 45%nya akan menjadi

limbah padat berupa tempurung (shell), serabut (fiber) dan tandan kosong sawit


commit to user

11

(TKS). Setengah dari jumlah limbah padat (22-23%) tersebut merupakan tandan

kosong sawit (Surjosatyo dan Vidian, 2004).

Gambar 4. Bagian Tandan Kosong Sawit (TKS)

Pemanfaatan limbah STKS belum banyak didayakan secara optimal.

Sedangkan tandan kosong sawit merupakan limbah terbesar dalam proses

ekstraksi minyak kelapa sawit. Dua bagian STKS yang banyak mengandung

selulosa adalah bagian pangkal dan bagian ujung STKS yang runcing dan agak

keras. Secara umum, sifat fisik dan morfologi STKS bagian pangkal lebih baik

dibandingkan bagian ujung. Data selengkapnya dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 2. Sifat Fisik dan Morfologi STKS

Parameter STKS Bagian Pangkal STKS Bagian Ujung

Panjang serat, mm 1,20 0,76

Rata-rata (L)

Diameter serat, µm (D) 15,0 114,34

Diameter Lumen,µm (D) 8,04 6,99

Tebal dinding, µm (W) 3,49 3,68

Bilangan Rumkel (2W/I) 0,87 1,05

Kelangsingan (L/D) 79,95 53,00

Kelemasan (I/D) 0,54 0,49

Kadar Serat (%) 72,67 62,47

Bukan Serat (%) 27,33 37,53

(Darnoko, dkk ; 1995 dalam Nurjana,S.M, 2007)

Haradewi (2007) melaporkan komposisi kimia dari STKS dapat dilihat pada tabel

dibawah ini.


commit to user

12

Tabel 3. Komposisi dan Sifat Kimia STKS

Komponen Kimia Komposisi (%)

Air 8,2

Lignin 22,12

Ekstraktive 7,25

α – selulosa 62,46

Abu 7,12

Kelarutan dalam

· 1% NaOH

· Air dingin

· Air panas

37,91

24,05

18,58

Dari data tersebut, terlihat bahwa kandungan selulosa pada STKS lebih dominan

dibandingkan lignin. Hal ini menandakan bahwa serat tersebut memiliki keuletan

yang cukup tinggi dan tidak getas (Mwaikambo, 2006).

Selulosa (C6H10O5)n adalah polisakarida yang merupakan pembentuk sel-

sel kayu hampir 50%. Selulosa terdiri atas rangkaaian yang panjang dari molekul-

molekul glukosa yang yang dihubungkan oleh ikatan glikosida β 1-4

(Sadtrohamidjojo, H., 2005). Selulosa mengandung rata-rata 5.000 unit glukosa

dan setiap unit glukosa mengandung tiga gugus hidroksil (-OH) yang terletak

pada C2,C3,dan C6 serta dua oksigen yang membentuk ikatan glikosidik dengan

monomer lain (Achmadi, 2003). Molekul-molekul selulosa seluruhnya berbentuk

linier dan mempunyai kecenderungan kuat membentuk ikatan hidrogen intra dan

intermolekul (Sjostrom, 1995 dalam Adriani, A., 2003).


commit to user

13

(a)

(b)

Gambar 5. (a) Struktur Monomer Selulosa, (b) Struktur Polimer Selulosa

(Anonim, 2010b)

Pada reaksi radikal selulosa, gugus-gugus radikal yang terbentuk akan

menyerang rantai selulosa sehingga pusat reaksi radikal selulosa berada pada atom

O pada C1 yang mengikat R, seperti terlihat pada gambar berikut :

O

H

OR

H

HO

H

OHHO

OH

O

H

OR

H

HO

H

H

OHHOR

OH

reaksi radikal

H

Gambar 6. Pembentukan Selulosa Radikal (Carlsson, M., 2005)

Ismail (2010) melaporkan bahwa penggunaan serat alam sebagai pengisi

atau filler pada pembuatan poliblen dapat berfungsi sebagai penguat atau

reinforcement, akan tetapi Kim, et al (2005) dan Rowell, et al (1997) menyatakan

bahwa kekuatan tarik poliblen akan menurun seiring bartambahnya jumlah serat

alam sebagai pengisi poliblen. Suharty, et al (2008) melaporkan bahwa

penambahan konsentrasi filler meningkatkan kekuatan mekanik sampai pada

OH

O

O

H

H

OHH

OH

CH2OH

H

n

OH

HH

OHH

OH

CH2OH

H

OH

H

CH2OH

H

OHH

OH HOO

OH

HH

OHH

OH

CH2OH

H O

OH

H

CH2OH

H

OHH

OH H

O


commit to user

14

komposisi optimum (rasio matriks polimer/serat adalah 8/2). Mengacu pada

penelitian tersebut, maka pada penelitian ini digunakan rasio LPP/STKS adalah

8/2.

3. Senyawa Penggandeng Multifungsional

Senyawa penggandeng multifungsional merupakan suatu jenis senyawa

yang dalam strukturnya memiliki gugus polar dan non polar pada sisi yang

berlawanan. Senyawa tersebut dapat meningkatkan interaksi kimia pada

pencampuran lempung yang polar (hidrofilik) dengan plastik non polar

(hidrofobik). Suharty dan Wirjosentono (2005) menggunakan asam akrilat (AA)

sebagai senyawa pemodifikasi antara PS dengan SKK secara reaktif dimana

terjadi peningkatan sifat mekanik. Yang, et al (2005) telah menggunakan MAPP

(maleated polypropylene) sebagai senyawa pemodifikasi antara antara SSP dan PP

sehingga diperoleh biokomposit yang mempunyai sifat mekanik yang baik.

G.,Supri, et al (2008) telah meneliti pengaruh penggunaan Poli(asam akrilat)

(PAA) pada komposit LDPE/nanoclay. Hasilnya menunjukkan bahwa komposit

yang menggunakan PAA sebagai senyawa pemodifikasi memiliki kekuatan

mekanik yang lebih baik dibandingkan dengan komposit tanpa senyawa

pemodifikasi AA. Hal ini disebabkan persebaran yang merata dari nanoclay pada

komposit karena adanya gugus polar dan gugus nonpolar dari poli(asam akrilat).

Pascual, et al (2008) menggunakan PP-g-MA sebagai senyawa pemodifikasi pad

komposit PP/nanoclay dan diperoleh bahwa kekuatan mekanik dan kestabilan

termal kompositnya meningkat.

Asam akrilat merupakan asam lemah yang lebih korosif dibanding asam

asetat (Billmeyer, 1984 dalam Sukatik, 2008). Senyawa ini secara luas digunakan

pada plastik lembaran/lilin, untuk lencana, pelapisan, kertas pelapis, dan finishing

kulit (Kirk-Othmer, 1967 dalam Siburian, 2001). Asam akrilat merupakan

senyawa vinil karboksilat dengan bau khas dan menyengat. Adapun sifat dari

asam akrilat dapat dilihat pada tabel 4.


commit to user

15

Tabel 4. Sifat Asam Akrilat (E.Paul Degarman, 1979 dalam Siburian, 2001)

Parameter Nilai

Titik didih (0C) 141

Titik lebur (0C) 135

Indeks bias (250C) 1,185

Massa jenis (gr/ml) 1,12-1,19

Kuat tarik (lb/inc2) 5,5-10

Kuat impact (ft.lb/in) 0,2-2,3

Suhu kerja (0C) 93

Daya elektrik 400-530

Kekerasan permukaan Sedang

Kelenturan Rendah

Adhesi Baik

Bentuk rumus molekul asam akrilat menurut Seymour dan Charraher (1988)

adalah sebagai berikut :

Gambar 7. Struktur Asam Akrilat

Dari struktur di atas dilihat bahwa asam akrilat memiliki gugus fungsi

reaktif yaitu gugus karbonil (C=O) dan hidroksil (OH) yang bersifat polar dan

gugus vinil (CH2=CH-) yang bersifat non polar. Gugus polar dari asam akrilat

akan mengikat bagian polar dari selulosa atau lempung. Sedangkan gugus non

polar dari asam akrilat akan berikatan dengan gugus non polar dari polipropilena

yaitu pada karbon tersier dari polipropilena. Dengan adanya sifat tersebut maka

asam akrilat dapat digunakan sebagai senyawa penggandeng multifungsional

dalam reaksi antara polipropilena, serat, dan lempung. Dalam penelitian ini, asam

akrilat akan di-grafting dengan PP agar serat dan lempung dapat lebih tersebar

merata pada komposit.

C

O

OHHCH2C


commit to user

16

4. Inisiator Benzoil Peroksida (BPO)

Benzoil peroksida merupakan senyawa peroksida yang berfungsi sebagai

inisiator dalam proses polimerisasi dan dalam pembentukan ikatan silang berbagai

polimer dan material polimer. Senyawa peroksida ini dapat digunakan sebagai

pembentuk radikal bebas (Hesman, 1974 dalam Sukatik, 2001). Benzoil peroksida

(waktu paruh 30 menit pada temperatur 1000C) mempunyai keuntungan yaitu

radikal benzoiloksi yang cukup stabil sehingga cenderung bereaksi dengan

molekul-molekul monomer yang lebih reaktif sebelum mengeliminasi

karbondioksida, dengan demikian mengurangi pemborosan inisiator (Sopyan,

2001). BPO memiliki rumus molekul C14H10O2 dengan rumus strukturnya seperti

pada gambar di bawah ini :

Gambar 8. Struktur Bensoil Peroksida (Seymour dan Charraher, 1988)

Adapun pembentukan radikal bebas dan reaksinya dapat dilihat pada

Gambar 9.

Gambar 9. Mekanisme Dekomposisi dari BPO (Seymour dan Charracher, 1988)

5. Senyawa Penyambung Silang Divinil Benzena

Penambahan senyawa penyambung silang dalam pembuatan poliblen

digunakan untuk meningkatkan kuat tarik dari poliblen yang dihasilkan (Yang, et

al ; 2005). Contoh agen penyambung silang antara lain : trimetilol propane

triakrilat (TMPTA), 2,4,6-tri-allyl-oxy 1,3,5-triazine (TAC), dan divinil benzena

(DVB). Suharty (1993), telah melakukan penelitian dengan membandingkan

(R1●)

2 C6H5● + 2 CO2

(R2●) Benzoil Peroksida

CO

O O CO

CO

O2

C

O

O O C

O


commit to user

17

penggunaan 3 agen penyambung silang, hasilnya penggunaan DVB dapat

memperbanyak ikatan lebih besar yaitu sebesar 15% ikatan dibandingkan dengan

TMPTA (9% ikatan) dan TAC (4% ikatan). Ternyata DVB lebih reaktif

dibandingkan TMPTA dan TAC. Oleh karena itu dalam penelitian ini agen

penyambung silang yang digunakan adalah DVB.

DVB merupakan senyawa benzena yang mengikat dua gugus vinil pada

posisi meta atau para yang bersifat non polar dan mempunyai berat molekul

130,191 gr/mol serta titik didih 2000C. Gugus reaktif DVB terletak pada kedua

gugus vinil dan inti aromatis (Suharty, 1993). Struktur DVB ditunjukkan pada

Gambar 10. DVB dapat membentuk ikatan primer dan sekunder pada gugus

reaktifnya. Ikatan primer terbentuk pada gugus vinil dengan senyawa non polar

lainnya, sedangkan ikatan sekunder atau ikatan hidrogen terjadi antara awan

elektron π dari inti aromatik dengan atom hidrogen bermuatan parsial positif.

HC

CH2

CHCH2

Gambar 10. Struktur Divenilbenzena (DVB)

Ikatan primer dan sekunder memperbesar jaringan polimer sehingga

polimer lebih masif dan keras serta dapat menurunkan indeks alir leleh dan

konsekuensinya adalah meningkatnya sifat mekanik. Suharty, et al (2008) telah

melakukan penelitian dengan mensintesis komposit dari PP dengan SB yang telah

ditambah DVB. Komposit dengan DVB menurunkan nilai indeks alir leleh lebih

rendah dibandingkan komposit tanpa DVB sehingga komposit tersebut mencapai

sifat mekanik terbaik dibandingkan dengan tanpa penambahan DVB.

6. Pelarut Xilena

Dalam sintesis komposit dengan metode larutan diperlukan pelarut yang

dapat melarutkan polipropilena daur ulang (PPDU) yaitu xilena. Xilena


commit to user

18

merupakan hidrokarbon turunan benzena dengan densitas 0,86 gr/cm3 dan titik

didih 138-1440C (Grant, 1985). Xilena dapat digunakan sebagai pelarut

dikarenakan dapat melarutkan PPDU dengan sempurna dalam kondisi mendidih

(Suharty, 1993). Struktur xilena ditunjukkan Gambar 11 (Grant, 1985).

Gambar 11. Struktur Xilena

7. Fire Retardant

Proses pembakaran pada dasarnya adalah proses oksidasi bahan bakar oleh

oksigen. Proses pembakaran dapat terjadi apabila konsentrasi antara uap bahan

bakar dan oksigen terpenuhi, dan terdapat energi panas yang cukup. Proses

terjadinya api (pembakaran) dikenal dengan nama segitiga api, yaitu unsur bahan

bakar, unsur udara (oksigen), dan energi panas. Apabila ketiga unsur ini bertemu

dan mencapai konsentrasi yang tepat, maka akan terjadi proses pembakaran,

namun sebaliknya bila salah satu unsur dari 3 unsur tersebut ditiadakan, maka

proses pembakaran tidak akan terjadi (Stefan, 2010).

CxHy + O2 CO2 + H2O

(a)

(b)

Gambar 12. (a). Reaksi pembakaran; (b). Segitiga Api

Proses meniadakan salah satu unsur dari segitiga api ini digunakan untuk

metode dalam pemadaman kebakaran, yaitu :

a. dengan pendinginan untuk menghilangkan unsur energi panas,

b. menyetop supply bahan bakar untuk menghilangkan unsur bahan bakar,

CH3

CH3


commit to user

19

c. penyelimutan (blanketing) untuk menghilangkan unsur udara (oksigen)

(Stefan, 2010).

Fire retardant merupakan bahan kimia yang ditambahkan pada bahan

yang mudah terbakar agar lebih tahan terhadap pengapian (Anonim, 2012c). Suatu

sistem penghambat bakar harus dapat dihasilkan gas yang dapat mengurangi

konsentrasi O2 yang mendukung pembakaran, mengurangi perambatan panas pada

polimer yang terbakar, dan menghasilkan arang untuk menghalangi interaksi O2

dengan polimer (Tesoro, 1976). Beberapa penelitian telah dilakukan untuk

meningkatkan kemampuan hambat bakar dengan penambahan senyawa

penghambat bakar antara lain : Gilman (2000) yang menambahkan clay

(lempung) pada polipropilena yang dicangkong dengan maleic anhydride

(PPgMA-clay), Solomon (2004) menambahkan MMt pada PP sehingga

kemampuan bakar komposit yang dihasilkan dapat berkurang sampai 75%,

sehingga komposit tersebut dapat digunakan untuk komponen otomotif, Patra, et

al (2005) menggunakan CaCO3 dan ammonium polifosfat (APP) sebagai senyawa

penghambat bakar pada kompositnya dan dengan komposisi CaCO3 : APP = 1 : 2

diperoleh hasil yang lebih efektif untuk menurunkan kemampuan bakarnya. Hsian

Lee, et al (2008) menambahkan montmorillonit (MMt) pada poly(methyl acrylate-

co-methyl methacrylate) dan dihasilkan suatu komposit yang memiliki

kemampuan hambat bakar juga. Paul, D.R., et al (2008) dan Sudhakara, et al

(2011) melaporkan bahwa adanya clay dalam komposit dapat menurunkan

kemampuan bakar komposit tersebut, karena saat pembakaran terbentuk arang

yang melapisi permukaan spesimen sehingga membatasi suplai gas pembakaran

(oksigen). Bourbigot, et al (2010) mempergunakan ammonium polyphosphate

(APP) sebagai senyawa penghambat bakar pada kombinasi polilactida (PLA) dan

poliuretan termoplastis (TPU). Suharty, et al (2010) menambahkan

Mg(OH)2/Al(OH)3 (rasio 15/5), serta H3BO3 pada komposit PP/KF dan

dihasilkan komposit yang tingkat pembakarannya berkurang sampai 55%.

Dari penelitian tersebut, maka salah satu senyawa yang dapat digunakan

sebagai senyawa penghambat bakar adalah lempung. Mineral lempung merupkan

bahan alam yang relatif banyak terdapat di Indonesia mulai dari Sumatra, Jawa,


commit to user

20

sampai Sulawesi (Astutiningsih, S., dkk 2009). Berdasarkan kandungan

mineralnya, lempung dapat dibedakan menjadi smektit (montmorillonit), kaolinit,

haloisit, klorit, dan ilit (Tan, 1982 dalam Supeno, Minto., 2009). Bentonit adalah

istilah perdagangan untuk sejenis lempung yang banyak mengandung mineral

montmorillonit (85%). Berdasarkan analisis terhadap sampel bentonit yang

diambil langsung dilapangan, diperoleh komposisi bentonit adalah sebagai

berikut:

Tabel 5. Hasil Analisis Sampel Bentonit

Komposisi %

Kalsium Oksida (CaO) 0,23

Magnesium Oksida (MgO) 0,98

Aluminium Oksida (Al2O3) 13,45

Ferri Oksida (Fe2O3) 2,18

Silika (SiO2) 74,9

Kalium Oksida (K2O) 1,72

Air 4

(Supeno, Minto., 2009)

Montmorilonit (MMt) memiliki rumus umum yang dinyatakan sebagai

Al2O3.4SiO2.H2O + xH2O (Supeno, Minto. 2009). Struktur montmorillonit

ditunjukkan pada Gambar 13 dibawah ini :

Gambar 13. Struktur Montmorillonit (Anonim, 2012d)


commit to user

21

Dari gambar struktur diatas, diketahui bahwa bangun lembaran MMt terdiri dari 2

lapisan tetrahedral yang disusun unsur utama Si (O, OH) yang mengapit satu lapis

oktahedral yang disusun oleh unsur M (O, OH) (M=Al, Mg, Fe) sehingga disebut

juga mineral 2:1 (Supeno, Minto., 2009). Montmorillonit memiliki kemampuan

untuk mengembang (swelling) bila berada dalam air atau larutan organik serta

memiliki kapasitas penukar ion yang tinggi sehingga mampu mengakomodasikan

kation dalam antarlapisnya dalam jumlah besar (Ogawa, 1992 dalam Sekewael,

S.J.,2008). Dengan memanfaatkan sifat khas ini, maka antarlapis silikat lempung

MMt dapat disisipi (diinterkalasi) dengan suatu bahan seperti senyawa organik

atau oksida-oksida logam (Negara dkk, 2008).

8. Komposit

Komposit merupakan gabungan dari dua atau lebih polimer, dimana sifat

mekanik dari komponen pembentuknya berbeda-beda sehingga akan

menghasilkan material baru yang mempunyai sifat mekanik dan karakteristik yang

berbeda dari material-material pembentuknya (Fowler, Paul A., et al ; 2006).

Komposit terdiri dari matriks yang merupakan fase tersebar dan pengisi (filler)

sebagai fase terdispersi, dimana kedua fase ini dipisahkan oleh interfase (Hanafi,

2004). Pengisi dapat berupa serbuk logam, serat kaca, karbon, aramid (kevlar),

serat alam dan keramik (organo-clay) (Maulida, 2003). Untuk mendapatkan

komposit yang biodegradable dapat dilakukan dengan mencampurkan polimer

plastik dengan suatu serat alam atau filler anorganik seperti keramik (organo-

clay).

Menurut Cunyue, et al (2002), proses pembuatan komposit dapat

dilakukan dengan metode larutan, melt mixing (lebur), dan dapat menggunakan

inisiator atau katalis. Metode lebur biasanya digunakan dengan menggunakan

internal mixer, dimana dua polimer dipanaskan hingga meleleh berbentuk sangat

kental dan kemudian dicampurkan. Sedangkan pada metode larutan seperti yang

akan dilakukan dalam penelitian ini yaitu dengan melarutkan polimer menjadi

bentuk cairan atau semi cair dengan pelarut yang sesuai lalu diaduk. Kemudian

pelarut diuapkan sehingga didapatkan suatu komposit baru (Dyson, 1998).


commit to user

22

Selama proses pencampuran terjadi reaksi polimerisasi addisi dengan

reaksi pembentukan polimer dengan tahap-tahap yang terdiri dari inisiasi,

propagasi, dan terminasi. Tahapan dalam proses polimerisasi ini adalah sebagai

berikut :

Inisiasi : ROOR 2 RO●

ROOR ROO● + R●

R● + M RM●

Propagasi : RM● + M RMM●

Terminasi : Mx● + Mx+n M2x+n

Kim, et al (2005) melakukan sintesis komposit PBS/SP dan PBS/SK

dengan metode melt mixing tanpa penambahan inisiator. Pascual, et al (2008)

mensintesis komposit polipropilena (PP)/clay menggunakan metode melt mixing

dengan penambahan organomodifier cloisite 20A dan dihasilkan komposit yang

kekuatan mekaniknya meningkat. Suharty, et al (2007) membuat komposit

polistirena daur ulang dengan serbuk kayu sengon dan serbuk kayu kelapa secara

metode larutan, baik secara reaktif menggunakan inisiator benzoil peroksida

(BPO) maupun non reaktif. Hasilnya, komposit yang dibuat secara reaktif dengan

bantuan inisiator lebih kuat daripada komposit yang dibuat secara non reaktif.

Suharty, et al (2010) juga melakukan sintesis komposit polipropilen/serat kenaf

dengan metode larutan dengan bantuan inisiator BPO.

Menurut Liu, T., et al (2003), penggabungan polimer dengan lempung

akan dapat menghasilkan tiga jenis material komposit. Jenis pertama adalah

komposit konvensional, yang mana ukuran dari material penguatnya berukuran

mikrometer. Jenis komposit kedua adalah nanokomposit yang memiliki struktur

interkalasi, dimana dibentuk dengan penyisipan satu atau lebih rantai molekul dari

polimer kedalam antar lapisan silikat dari lempung. Jenis ketiga adalah

nanokomposit yang memiliki struktur eksfoliasi, dimana nanokomposit ini

dibentuk ketika lapisan silikat lempung yang berukuran tersebar secara individu

didalam matrik polimer yang kontinyu. Berikut adalah ilustrasi gambarnya :


commit to user

23

Gambar 14. Ilustrasi Persebaran Organoclay pada Polimer (A) Komposit

Konvensional ; (B) Komposit Terinterkalasi ; (C) Komposit Tereksfoliasi

(Charu, S., 2008)

9. Karakterisasi Geobiokomposit

a. Spektrofotometer Infra Merah

Spektroskopi IR merupakan salah satu metode analisa yang digunakan

untuk karakterisasi bahan polimer dan analisis gugus fungsi. Metode ini

didasarkan pada radiasi inframerah dengan materi (interaksi atom atau molekul

dengan radiasi elektromagnetik). Ikatan suatu senyawa organik bila dikenai sinar

infra merah akan diubah menjadi energi vibrasi. Energi vibrasi ini sebanding

dengan frekuensi vibrasi dimana frekuensi setiap ikatan berbeda-beda (Hartomo,

1981). Vibrasi dipengaruhi oleh faktor primer dan sekunder. Faktor primer antara

lain kekuatan ikatan, massa tereduksi serta efek massa sekunder. Sedangkan,

faktor sekunder antara lain vibrasi kopling, ikatan hidrogen, efek elektronik, sudut

ikatan, dan efek medan (Kemp, 1987).


commit to user

24

b. Difraksi Sinar-X

Kemajuan teknik karakterisasi dalam elusidasi struktur membuka

pandangan baru pada karakteristik material padat. Beberapa tehnik karakterisasi

yang penting antara lain spektroskopi infra merah, SEM, dan XRD. Difraksi sinar-

X (XRD) sangat penting digunakan dalam menentukan kristalinitas dari substansi

amorf. Suatu difraktogram XRD dari polimer tidak akan menunjukkan puncak

yang tinggi dan tajam, namun kristalografi suatu polimer nanokomposit akan

menunjukkan puncak yang tinggi dan tajam (Lageshetty dan Venkartraman,

2005).

Difraksi sinar-X (XRD) meruapkan metode analisa non destriktig yang

didasarkan pada pengukuran radiasi sinar-X yang terdifraksi oleh bidang kristal

ketika terjadi interaksi antara suatu materi radiasi elektromagnetik sinar-X.

Dimana suatu kristal memiliki kisi kristal tertentu dengan jarak antar bidang

kristal (d) spesifik, sehingga bidang kristal tersebut akan memantulkan radiasi

sinar-X dengan sudut-sudut tertentu sehingga radiasi sinar-X yang terdifraksi ini

spesifik terhadap suatu krisal tertentu. Dalam analisis kimia, XRD bermanfaat

untuk penentuan jenis kristal, penentuan kemurnian relatif dan derajat kristalinitas

sampel, deteksi senyawa baru maupun deteksi kerusakan oleh suatu perlakuan.

XRD akan menghasilkan suatu difraktogram dengan variabel intensitas dua kali

sudut difraksi (West, 1992).

c. Pengujian Daya Bakar

Pengujian daya bakar perlu dilakukan untuk mengetahui sifat ketahanan

bakar dari komposit yang terbentuk. Sain, et al (2004) telah melakukan pengujian

daya bakar secara horizontal terhadap sampel komposit yang ditambahkan

senyawa penghambat nyala berdasarkan pada ASTM D 635.

ASTM D 635 merupakan suatu standart metode pengujian daya bakar

yang digunakan untuk menentukan rata-rata pembakaran relatif yang disebabakan

oleh plastik yang diuji itu sendiri. Spesimen yang digunakan dalam pengujian ini

berukuran 125 mm x 13 mm x 3 mm. Pengujian dilakukan dengan menggunakan

nyala api biru dengan tinggi 2 cm. Pengamatan yang dapat dilakukan antara lain


commit to user

25

time to ignition (TTI), suhu sesaat setelah pembakaran, lamanya waktu bakar yang

diperlukan untuk mencapai panjang tertentu sehingga dapat ditentukan kecepatan

pembakaran, dan pengamatan fisik yang terjadi selama pembakaran berlangsung

berupa lelehan dan tetesan yang terjadi serta adanya pembentukan arang.

Gambar 15. Spesimen Pengujian Daya Bakar ASTM D 635

Kecepatan pembakaran dapat dihitung menggunakan rumus di bawah ini :

Kecepatan pembakaran (mm/menit) = tL60

Keterangan : L = panjang spesimen yang terbakar (mm) ; 75 mm

t = waktu pembakaran (detik)

Diharjo (2009) melakukan pengukuran heat release pada komposit. Heat release

adalah kemampuan suatu material untuk melepaskan panas setelah material

tersebut terbakar. Persentase heat release dapat diukur dengan menggunakan

rumus :

HR = ÷÷ø

öççè

æ-

0

11TT

x 100%

Keterangan : HR = Heat release

T1 = suhu panel setelah 5 detik api dimatikan

T0 = suhu pembakaran

d. Pengujian Sifat Mekanik

Pengujian sifat mekanik yang dilakukan meliputi pengujian kekuatan tarik

dan kekuatan impak. Pengujian kekuatan tarik adalah pengujian mekanik secara

statis dengan cara sampel ditarik dengan pembebanan pada kedua ujungnya.

Tujuannya untuk mengetahui sifat-sifat mekanik tarik (kekuatan tarik) dari

komposit yang diuji. Menurut ASTM D 638, uji kuat tarik menggunakan

specimen dengan ketebalan 0,1 mm sampai 14 mm (ASTM, 1998).


commit to user

26

Uji kuat tarik dilakukan dengan cara diberi tegangan maksimum (F) untuk

memutuskan spesimen bahan pada tensometer. Data tersebut dimasukkan ke

dalam rumus kuat tarik dan rumus kemuluran (Nirwana, 2001).

σ = AF

Keterangan : σ = kekuatan tarik bahan (N/mm2)

F = tegangan maksimum (N)

A = luas penampang (mm2)

Semakin besar berat molekul suatu komposit maka gaya yang dibutuhkan untuk

menarik komposit sampai patah juga semakin besar. Dengan demikian kuat

tariknya juga semakin besar.

LOD

GL

RO

R

W WO

T

Keterangan :

W (lebar) = 3,18 ± 0,125 mm G (panjang ukuran tempat tanda tes)

= 7,62 ± 0,3 mm

WO (lebar utuh) = 9,53 ± 0,375 mm L (panjang) = 9,13 ± 0,375 mm

D (jarak pegangan) = 25,4 ± 1,0 mm LO (panjang utuh) = 63,5 ± 2,5 mm

R (jari-jari kecil) = 12,7 ± 0,5 mm T (tebal) = 4,0 ± 0,4 mm

Gambar 16. Spesimen Uji Kekuatan Tarik ASTM D 638 Tipe V

Modulus young (E) atau modulus elastisitas merupakan perbandingan

antara kuat tarik dengan regangan. Suatu material kaku mempunyai Modulus

Young tinggi dan berubah bentuknya sedikit di bawah beban elastis, contoh:

intan. Suatu material fleksibel mempunyai Modulus Young yang rendah dan

berubah bentuknya dengan sangat mudah, contoh : karet (Hastomo B, 2009).

Modulus Young dapat dihitung dengan :


commit to user

27

Dimana : E = Modulus Young (MPa)

σ = Kuat tarik (MPa)

ε = Elongation/Regangan (%)

Energi serap (Es) adalah ukuran dari jumlah energi potensial dari hammer

atau pemukul yang diserap spesimen pada saat proses pematahan spesimen (Hadi

Q dan Gunawan, 2011). Sedangkan kekuatan impak (Is) merupakan suatu kriteria

penting untuk mengetahui ketangguhan material dengan cara memberi beban

secara tiba-tiba dengan kecepatan yang tinggi (Barleany, et al ; 2011). Pengujian

impak menggunakan Charpy Impact Testing Machine ASTM D 6110. Semakin

tinggi energi serap serta kekuatan impak dari material maka ketangguhan juga

semakin tinggi (Barleany, et al ; 2011). Energi serap (Es) dapat dihitung dengan

rumus :

Energi Serap = G x R x (Cos β – Cos α)

Dimana : Es = Energi serap (Joule)

G = Berat beban/ pembentur (Newton)

R = Jari-jari pusat putar ke titik berat pembentur (meter)

Cos β = sudut ayunan tanpa beban uji

Cos α = sudut ayunan saat mematahkan specimen

Sedangkan kekuatan impak (Is) dapat dihitung dengan rumus :

Dimana : Is = Kekuatan Impak (Joule/m2)

Es = Energi serap (J)

A = Luas penampang specimen (m2)

B. Kerangka Pemikiran

Sintesis biokomposit dilakukan dengan mencampurkan 4 senyawa awal

yaitu LPP, DVB, LPP-g-AA, dan STKS menggunakan metode larutan

Kuat Tarik (σ)

Elongation (ε) Modulus Young (E) =

Energi Serap (Es)

Luas Penampang (A) Kekuatan Impak (Is) =


commit to user

28

menggunakan xilena secara reaktif dengan inisiator BPO. Digunakannya metode

larutan dengan menggunakan xilena sebagai pelarut karena xilena dapat

melarutkan LPP hingga 100% pada titik didihnya. Selain itu, metode ini

memberikan kesempatan kepada LPP untuk bertumbukan secara maksimal

dengan bahan lain.

Polipropilena (PP) merupakan polimer sintetik yang tersusun dari

monomer propilena atau propena yang bersifat non polar. Setiap unit ulang

polipropena mempunyai karbokation pada karbon tersier yang stabil.

Polipropilena yang mengalami reaksi radikal bebas akan melepaskan atom

hidrogen yang terikat pada karbon atom tersier sehingga terbentuk karbon tersier

radikal yang bersifat non polar sebagai pusat reaksi.

Selulosa yang merupakan polimer alam tersusun dari monomer glukosa

yang tergabung ikatan 1,4-β-glikosidik. Setiap unit glukosa mengandung gugus

polar hidroksil pada C2, C3, dan C6 serta dua oksigen yang membentuk ikatan

glikosidik. Pada reaksi radikal maka gugus-gugus radikal yang terbentuk akan

menyerang rantai selulosa sehingga menghasilkan selulosa radikal yang

mempunyai pusat gugus radikal atom O pada C1 yang mengikat R.

Karena adanya perbedaan kepolaran gugus reaktif dari polipropilena,

selulosa, maka diperlukan suatu senyawa penggandeng antara gugus non polar

dari polipropilena dan gugus polar dari selulosa. Senyawa penggandeng ini harus

mempunyai gugus non polar dan polar, atau juga disebut sebagai senyawa


commit to user

29

penggandeng multifungsional. Asam akrilat (AA) adalah salah satu senyawa

penggandeng multifungsional yang mempunyai 3 gugus reaktif yakni gugus vinil

yang bersifat non polar dan gugus karbonil serta hidroksil yang bersifat polar.

Senyawa penggandeng AA disini akan di-grafting dengan PP melalui

reaksi radikal. Dimana gugus fungsi AA yang bersifat non polar akan berikatan

dengan gugus fungsi PP yang juga bersifat non polar. Sehingga dihasilkan

senyawa penggandeng LPP-g-AA.

Gugus reaktif non polar dari LPP-g-AA akan berikatan dengan gugus

reaktif dari LPP atau DVB yang bersifat non polar. Sedangkan gugus reaktif

polarnya akan berikatan dengan gugus polar dari selulosa yang terikat pada atom

O pada C1 membentuk ester.


commit to user

30

Untuk meningkatkan ikatan sambung silang pada biokomposit agar

jaringan yang terbentuk menjadi lebih besar dan lebih padat maka perlu

ditambahkan agen penyambung silang. Agen penyambung silang yang digunakan

dalam penelitian ini adalah divinil benzena (DVB) yang kedua gugus vinilnya

bersifat non polar sehingga dapat berikatan dengan gugus non polar dari

polipropilena maupun asam akrilat. Selain itu, inti aromatik DVB yang

mengandung 6 elektron π mampu bertindak sebagai penerima proton sehingga

dapat membentuk ikatan hidrogen dengan H parsial positif dari senyawa lain.

Ikatan primer dan sekunder yang terbentuk akan memperbesar jaringan polimer

sehingga polimer lebih masif dan keras dan konsekuensinya akan meningkatkan

sifat mekaniknya.

Sehingga kemungkinan struktur biokomposit yang terbentuk adalah sebagai

berikut :


commit to user

31

Untuk meningkatkan sifat hambat nyala biokomposit dan meningkatkan

kekuatan mekaniknya, maka pada biokomposit ditambahkan lempung bentonit

dan montmorillonit sehingga menjadi suatu geobiokomposit. Lempung selain

berfungsi sebagai bahan pengisi (filler) yang dapat meningkatkan sifat mekanik

dari LPP sekaligus juga berfungsi sebagai senyawa tahan nyala (flame retardant)

karena pada lempung mengandung senyawa aluminasilika. Lempung pada

geobiokomposit mampu membentuk lapisan arang saat proses pembakaran.

Lapisan arang ini dapat melapisi biokomposit sehingga menghalangi supply

oksigen sebagai gas pemicu pembakaran.

Lempung merupakan geopolimer yang bersifat hidrofilik yang tersusun

dari gugus fungsi Al-OH serta Si-O. Gugus tersebut dapat berikatan sekunder

yaitu ikatan hidrogen dengan awan elektro dari benzena, lonepair electron dari

atom O yang berasal dari AA atau selulosa, serta atom H bermuatan parsial positif

(δ+) yang berasal dari selulosa ataupun AA (jika kemungkinan OH pada AA

masih ada). Berikut adalah model struktur geobiokomposit yang terbentuk :


commit to user

32

Struktur LPP, STKS, maupun lempung akan berubah dalam pembentukan

geobiokomposit. Terjadinya ikatan antara LPP dengan serat dan lempung akan

meningkatkan sifat mekanik geobiokomposit. Untuk itu perlu dilakukan uji kuat

tarik, Modulus Young, energi serap, dan kekuatan impaknya. Perubahan struktur

kimia dari LPP dan geobiokomposit diamati dengan menggunakan

spektrofotometer infra merah, sedangkan kristanilitas dari lempung dan

geobiokomposit diamati dengan XRD yang dapat menunjukkan karakter bahan-

bahan penyusunnya.

Penambahan lempung kedalam formula biokomposit dapat memberikan

efek terhadap pembakaran. Lempung disini selain berfungsi sebagai filler, juga

berfungsi sebagai senyawa penghambat karena saat pembakaran lempung tersebut

dapat membentuk arang yang melapisi biokomposit sehingga menghambat

pembakaran. Untuk pengujiannya, maka dilakukan uji nyala menurut ASTM D

635. Sedangkan untuk mengetahui prosentase heat release dilakukan dengan

mengukur suhu pembakaran dan suhu setelah api dipadamkan.


commit to user

33

C. Hipotesis

1. Geobiokomposit dapat disintesis dari bahan awal LPP, STKS, dan lempung

bentonit serta montmorillonit dalam berbagai rasio konsentrasi, secara reaktif

dengan penggandeng multifungsional LPP-g-AA, serta agen penyambung

silang DVB sehingga diperoleh komposisi optimum geobiokomposit yang

mempunyai kemampuan hambat bakar yang tinggi yang ditandai dengan

lambatnya time to ignition (TTI), burning rate (BR) yang rendah, serta

persentase heat release (HR) yang tinggi.

2. Geobiokomposit dengan senyawa penghambat bakar lempung bentonit dan

montmorillonit akan memiliki sifat mekanik yang baik.


commit to user

34

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode ekperimen

dalam laboratorium. Ekperimen dilakukan dalam empat tahap. Tahap I adalah

preparasi limbah polipropilena (LPP) dan serat tandan kosong sawit (STKS).

Tahap II adalah sintesis LPP termodifikasi (LPP-g-AA). Tahap III yakni sintesis

biokomposit standar [LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS]. Tahap IV adalah sintesis


AA/STKS/Bent]. Tahap V yaitu karaterisasi dan pengujian daya bakar serta sifat

mekanik LPP, biokomposit, dan geobiokomposit yang dihasilkan.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Dasar Jurusan Kimia Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta dari

bulan Februari 2011 – Desember 2011.

C. Alat dan Bahan yang Digunakan

1. Alat

a. Ayakan 100 mesh

b. Peralatan gelas

c. Satu set alat refluks

d. Oven

e. Neraca Analitis

f. Pengaduk mekanik

g. Stopwatch

h. Alat cetak tekan panas (Hot Press)

i. Spektrofotometer Infra Merah (FTIR) Shimadzu model IR Prestige-21

j. X-Ray Diffraction (XRD) Shimadzu model XRD-600

k. Peralatan pengujian daya bakar


commit to user

35

l. Universal Testing Machine (UTM) Pearson Panke Equipment Ltd

m. Charpy Impact Testing Machine

2. Bahan

a. Limbah PP

b. Lempung bentonit dari Sukabumi

c. Montmorillonit p.a dari Puspiptek BIN Batan Serpong

d. Xilena p.a (Merck)

e. Bensoil peroksida p.a (Merck)

f. Asam akrilat p.a (Merck)

g. Divenilbenzen p.a (Merck)

h. Gas Nitrogen

i. Minyak Goreng

D. Prosedur Penelitian

1. Preparasi Limpah Polipropilen (LPP)

Polipropilen dalam bentuk cup Air Minum Dalam Kemasan (AMDK)

dengan merk sejenis dipotong dengan ukuran 5 mm x 2 mm. Kemudian pada

matriks PP dilakukan karakterisasi FTIR, XRD, pengujian daya bakar, serta

pengujian sifat mekanik.

2. Preparasi Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit (STKS)

STKS yang sudah dikeringkan selanjutnya dihaluskan hingga menjadi

serbuk. Untuk mendapatkan serbuk dengan ukuran 100 mesh, maka dilakukan

pengayakan dengan ayakan 100 mesh. Pada serbuk TKS dilakukan karakterisasi

FTIR.

3. Sintesis LPP Termodifikasi (LPP-g-AA)

Sintesis LPP termodifikasi (LPP-g-AA) dilakukan dengan metode larutan

dengan berat total 50 gram. Sebanyak 50 gram LPP dan 7,5 gram AA, BPO

0,025% dari presentasi berat total yaitu 0,013 gr dimasukkan kedalam labu alas


commit to user

36

bulat 500 ml yang sudah berisi 400 ml xilena. Labu tersebut juga dilengkapi

dengan pendingin balik, thermometer, gas nitrogen, dan pengaduk mekanik.

Campuran direfluks dengan penangas minyak pada suhu 1350C selama 3 jam

sehingga terbentuk LPP termodifikasi (LPP-g-AA). Campuran LPP-g-AA yang

terbentuk dituang kedalam loyang dan dibiarkan dalam lemari asam sampai semua

pelarut menguap pada suhu kamar. Selanjutnya dilakukan karakterisasi

menggunakan FTIR.

4. Sintesis Biokomposit Proses Larutan

Sintesis biokomposit [LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS] dilakukan dengan

metode larutan dengan berat total 40 gram. Sebanyak 26 gram LPP (65% dari

berat total), 6 gram LPP-g-AA (15% dari berat total), dan BPO 0,013 gram

(0,025% berat total) dimasukkan kedalam labu alas bulat 500 ml yang sudah

dilengkapi dengan pendingin balik, termometer, gas nitrogen, dan pengaduk

mekanik yang berisi 400 ml xilena mendidih dan dibiarkan hingga LPP dan LPP-

g-AA larut semua. Selanjutnya ditambahkan STKS 20% dari berat total yakni 8

gram dan DVB 0,1% dari berat total yaitu 0,04 gram. Campuran yang disebut

Formula FI [LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS] ini kemudian direfluks dengan

penangas minyak pada suhu 1350C selama 3 jam sehingga terbentuk suatu

biokomposit. Biokomposit yang terbentuk dituang kedalam loyang dan dibiarkan

dalam lemari asam sampai semua pelarut menguap pada suhu kamar. Selanjutnya

pada biokomposit dilakukan karakterisasi FTIR, pengujian daya bakar, serta

pengujian sifat mekanik.

5. Sintesis Geobiokomposit

Sintesis geobiokomposit dilakukan dengan metode larutan dengan berat

total 40 gram. Formula FI menempati 70% berat total (28 gram) dan dilakukan

penambahan lempung dengan berbagai variasi konsentrasi.

Sejumlah LPP, LPP-g-AA, dan BPO dengan komposisi masing-masing

45%, 10%, dan 0,025% dari berat total dimasukkan kedalam labu alas bulat 500

ml yang sudah dilengkapi dengan pendingin balik, termometer, gas nitrogen, dan


commit to user

37

pengaduk mekanik yang berisi 400 ml xilena mendidih dan dibiarkan hingga LPP

dan LPP-g-AA larut semuanya. Setelah itu, ditambahkan STKS 15% dari berat

total yakni 6 gram, DVB 0,1% dari berat total yaitu 0,04 gram, serta lempung

bentonit dengan berbagai variasi (10%, 20%, 30%, dan 40% dari berat total).

Campuran yang disebut Formula FII [LPP/DVB/LPP-g-AA/Bent] ini kemudian

direfluks dengan penangas minyak pada suhu 1350C selama 3 jam sehingga

terbentuk suatu geobiokomposit.

Begitu pula halnya dengan Formula FII, hanya saja senyawa lempung

bentonit yang digunakan diganti dengan montmorillonit (MMt) sehingga

geobiokomposit yang dihasilkan [LPP/DVB/LPP-g-AA/MMt] dan disebut sebagai

Formula FIII.

Tabel 6. Berbagai Jenis Formula Pada Sintesis Geobiokomposit

Formula Simbol LPP LPP-g-AA STKS DVB Bent MMt phr

FI FI 65 15 20 - - - FII BC1a

45 10 15 0,1

10 - BC1b 20 - BC1c 30 - BC1d 40 -

FIII BD1a - 10 BD1b - 20 BD1c - 30 BD1d - 40

Catatan : berat total adalah 40 gram

Hasil geokomposit yang terbentuk dituang kedalam loyang dan dibiarkan

dalam lemari asam sampai semua pelarut menguap pada suhu kamar. Selanjutnya

pada geokomposit dilakukan karakterisasi FTIR, XRD, dan sisanya dibuat

spesimen untuk pengujian daya bakar dan sifat mekanik.

6. Pembuatan Spesimen

Sebanyak 10 gram geobiokomposit diletakkan diantara lempengan baja

berukuran 15 cm x 15 cm yang sudah dilapisi dengan lembaran alumunium.

Lempengan selanjutnya diletakkan diantara pemanas mesin cetak tekan yang


commit to user

38

dipanaskan pada suhu 1800C selama 12 menit dengan tekanan 90 kN. Setelah itu

kedua lempengan baja segera diambil dan didinginkan dengan air pendingin.

7. Pengujian Daya Bakar

Pengujian daya bakar dilakukan berdasarkan ASTM D 635. Spesimen

disiapkan dengan ukuran 125 mm x 13 mm x 3 mm (masing-masing tiga kali

pengulangan). Sumber nyala diperoleh dengan bahan bakar gas yang kemudian

disiapkan dengan membiarkan nyala ± 5 menit hingga diperoleh api yang stabil

berwarna biru setinggi 2 cm. Spesimen dibakar dengan sumber nyala kemudian

dihitung time to ignition-nya (TTI), selanjutnya stopwatch dihidupkan saat

spesimen terbakar pada 25 mm sampai 100 mm kemudian api dipadamkan dan

stopwatch dihentikan. Waktu diperoleh dari hasil penghitungan stopwatch dicatat

untuk selanjutnya digunakan dalam perhitungan burning rate (BR). Selama terjadi

pembakaran juga dilakukan pengamatan secara fisik mengenai kondisi

geobiokomposit saat terbakar dan adanya pembentukan arang.

Untuk pengukuran heat release (HR) yakni dengan mengukur suhu

spesimen saat pembakaran dan suhu setelah 5 detik api dipadamkan. Suhu yang

diperoleh dari hasil pengamatan dicatat untuk selanjutnya digunakan dalam

perhitungan persentase heat release (HR).

E. Teknik Pengumpulan Data

1. Gugus-gugus fungsi pada LPP, LPP termodifikasi, biokomposit, dan

geobiokomposit diketahui dengan Spektrofotometer Infra Merah.

2. Karakterisasi kristalinitas LPP, lempung awal dan geobiokomposit diketahui

dengan XRD (X-Ray Diffraction).

3. Penentuan kemampuan hambat bakar diketahui dengan menentukan time to

ignition (TTI) dan burning rate (BR) menurut ASTM D 635 serta pengukuran

heat release (HR).

4. Penentuan sifat mekanik berupa kuat tarik dan Modulus Young dari LPP,

biokomposit, dan geobiokomposit diukur dengan Universal Testing Machine

(UTM) ASTM D 638.


commit to user

39

5. Penentuan sifat mekanik berupa energi serap dan kekuatan impak dari LPP,

biokomposit, dan geobiokomposit diukur dengan Charpy Impact Testing

Machine ASTM D 6110.

F. Teknik Analisis Data

1. Spektra IR

Spektra IR menunjukkan perubahan gugus fungsi PP dari LPP terhadap

spektra geobiokomposit yang terbentuk. Hilangnya gugus-gugus awal seperti

C=C pada AA maupun gugus vinil dari DVB menunjukkan adanya ikatan

yang hilang dan terbentuknya ikatan kimia yang baru pada geobiokomposit.

2. Data XRD

Difraktogram XRD menunjukkan adanya difraksi pada 2θ yang khas dari

lempung bentonit dan monmorillonit.

3. Pengujian Daya Bakar

Hasil dari pengujian daya bakar diperoleh time to ignition (TTI)

geobiokomposit terhadap nyala. Selain itu juga diperoleh data waktu (detik)

yang diperlukan untuk melakukan pembakaran spesimen geobiokomposit

sejauh L (75 mm).

Burning Rate (BR) (mm/menit) = tL60

Keterangan : L = panjang spesimen yang terbakar (mm) ; 75 mm

t = waktu pembakaran (detik)

Sedangkan persentase heat release dapat diukur dengan rumus :

HR = ÷÷ø

öççè

æ-

0

11TT

x 100%

Keterangan : HR = Heat release

T1 = suhu panel setelah 5 detik api dimatikan

T0 = suhu pembakaran

TTI yang paling tinggi, BR yang paling rendah, dan persentase HR yang

tinggi menunjukkan kemampuan hambat bakar yang baik.


commit to user

40

4. Kekuatan Tarik dan Modulus Young

Pengujian kekuatan tarik menghasilkan data gaya maksimum dan panjang

setelah dilakukan penarikan. Kuat tarik dapat ditentukan dengan rumus :

σ = AF

Keterangan : σ = kekuatan tarik bahan (N/mm2)

F = tegangan maksimum (N)

A = luas penampang (mm2)

Didapatkan data kekuatan tarik dari spesimen berbagai formula. Semakin

kuat suatu bahan, maka kuat tariknya semakin besar.

Modulus Young (E) atau modulus elastisitas merupakan perbandingan

antara kuat tarik dengan regangan. Modulus young dapat dihitung dengan :

Dimana : E = Modulus Young (MPa)

σ = Kuat tarik (MPa)

ε = Elongation/Regangan (%)

Semakin kaku suatu bahan, maka Modulus Young-nya semakin besar.

Kondisi optimum geobiokomposit ditentukan dari besarnya kekuatan tarik

dan Modulus Young yang dihasilkan serta masih bersifat termoplastis. Data

yang terbaik menunjukkan komposisi optimum tentang peningkatan sifat

mekanik.

5. Energi Serap dan Kekuatan Impak

Energi serap (Es) adalah ukuran dari jumlah energi potensial dari

hammer atau pemukul yang diserap spesimen pada saat proses pematahan

spesimen. Data yang diperoleh adalah sudut ayunan setelah spesimen tersebut

patah (β). Energi serap (Es) dapat dihitung dengan rumus :

Energi Serap (Es) = G x R x (Cos β – Cos α)

Dimana : Es = Energi serap (Joule)

G = Berat beban/ pembentur (Newton)

Kuat Tarik (σ)

Elongation (ε) Modulus Young (E) =


commit to user

41

R = Jari-jari pusat putar ke titik berat pembentur (meter)

Cos β = Sudut ayunan tanpa beban uji

Cos α = Sudut ayunan saat mematahkan spesimen

Sedangkan kekuatan impak (Is) merupakan perbandingan energi serap

terhadap luas penampang spesimen. Kekuatan impak (Is) dapat dihitung

dengan :

Dimana : Is = Kekuatan Impak (Joule/m2)

Es = Energi serap (J)

A = Luas penampang spesimen (m2)

Semakin tinggi energi serap serta kekuatan impak dari material maka

ketangguhan material tersebut juga semakin tinggi.

Energi Serap (Es)

Luas Penampang (A) Kekuatan Impak (Is) =


commit to user

42

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Sintesis geobiokomposit Formula FII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent)

dan Formula FIII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt) dilakukan untuk

menentukan komposisi optimum penambahan clay terhadap kemampuan hambat

bakar dan kekuatan mekanik. Variasi konsentrasi clay yang dilakukan adalah

10%, 20%, 30%, dan 40%. Hasil sintesis geobiokomposit selanjutnya

dikarakterisasi dan diuji kemudian dibandingkan dengan biokomposit standar

Formula FI (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS). Karakterisasi dan pengujian meliputi

meliputi karakterisasi menggunakan spektrometer infra merah untuk mengetahui

perubahan gugus fungsi, karakterisasi XRD unuk mengetahui kristalinitas,

pengujian daya bakar untuk mengetahui kemampuan bakar geobiokomposit

tersebut yang meliputi penentuan time to ignition (TTI), burning rate (BR), dan

heat release (HR), serta pengujian mekanik untuk mengetahui kekuatan mekanik

geobiokomposit tersebut yang meliputi uji kekuatan tarik (TS) dan Modulus

Young (E) dengan Universal Testing Machine (UTM) dan energi serap (Es) dan

uji kekuatan impak (Is) menggunakan Charpy Impact Testing Machine.

A. Penalaran Struktur

1. Biokomposit LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS

Analisis gugus fungsi dengan FTIR dilakukan pada senyawa awal yakni

limbah polipropilena (LPP), asam akrilat (AA), LPP-g-AA, divinil benzena

(DVB), dan serat tandan kosong sawit (STKS), serta biokomposit LPP/DVB/LPP-

g-AA/STKS untuk diketahui perubahan gugus fungsinya. Dari sepktra LPP

diketahui bahwa sampel mempunyai daerah serapan pada 2723 cm-1 yang

merupakan serapan dari gugus fungsi CH stretching dan merupakan serapan khas

PP (Suharty, et al ; 2007). Serapan pada daerah serapan 2962 cm-1 dan 2870 cm-1

merupakan serapan dari CH stretching dari gugus metil (-CH3), 1458 cm-1 dan

1165 cm-1 mewakili CH bending dari -CH2- (metilen), sedangkan serapan 1373

cm-1 menunjukkan serapan CH bending dari (-CH3) (Silverstein, 1981). Spektra


commit to user

43

43

FTIR AA menginformasikan adanya serapan yang kuat dan tajam pada 1728 cm-1

yang merupakan serapan khas untuk gugus fungsi >C=O karbonil asam (Suharty,

et al ; 2008). Serapan pada 3448 cm-1 (broad) menunjukkan gugus fungsi –OH

ikatan hidrogen, daerah 1635 cm-1 menunjukkan adanya gugus vinil (>C=CH2),

sedangkan pada serapan 1411 cm-1 menunjukkan vibrasi CH bending gugus vinil

(Suharty, et al ; 2008).

Berdasarkan spektra dari LPP-g-AA diketahui adanya serapan-serapan

pada daerah 1166 cm-1, 1377 cm-1, 1458 cm-1, 1728 cm-1, 2723 cm-1, dan 3421 cm-

1. Serapan pada 1166 cm-1 dan 1458 cm-1 merupakan serapan CH bending gugus

metilen (-CH2-), 1377 cm-1 menunjukkan CH bending gugus metil (-CH3), dan

2723 cm-1 adalah serapan dari gugus fungsi CH stretching yang merupakan

serapan khas dari LPP. Puncak serapan pada bilangan gelombang 1728 cm-1

menunjukkan serapan untuk gugus fungsi >C=O (karbonil asam), sedangkan

serapan pada 3421 cm-1 menunjukkan gugus fungsi –OH ikatan hidrogen dari

asam akrilat. Hilangnya puncak pada 1635 cm-1 menunjukkan bahwa gugus vinil

(>C=CH2) dari AA sudah berikatan dengan gugus metin LPP melalui reaksi

reaktif (Suharty, et al ; 2008).

Gambar 17. (a) Spektra LPP; (b) Spektra AA; (c) Spektra LPP-g-AA


commit to user

44

44

Hasil analisis spektra FTIR dari DVB memperlihatkan adanya C-H

stretching (aromatik) yang ditunjukkan oleh serapan 3086 cm-1. Daerah serapan

pada 1627 cm-1 merupakan serapan milik gugus >C=CH2 (vinil) dan serapan pada

1597 cm-1 menunjukkan serapan milik C=C aromatik atau terkonjugasi

(Silverstein, 1981).

Spektra FTIR dari serat tandan kosong sawit (STKS) mempunyai serapan

yang khas pada 3410 cm-1 (broad) yang merupakan serapan dari gugus fungsi -OH

ikatan hidrogen (Suharty dan Wirjosentono, 2005). Sedangkan serapan pada 2931

cm-1 adalah serapan dari CH stretching gugus fungsi –CH2-. Adanya serapan pada

puncak 1728 cm-1 menunjukkan adanya gugus C=O, serapan 1103 cm-1

menunjukkan adanya gugus fungsi C-O-C, serta puncak serapan pada 1056 cm-1

merupakan serapan dari O-C-C (Silverstein, 1981).

Spektra FTIR dari biokomposit Formula FI (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS)

menunjukkan adanya serapan pada 3421 cm-1, 3410 cm-1, 2723 cm-1, 1735 cm-1,

1458 cm-1, 1377 cm-1 dan 1165 cm-1. Serapan 3421 cm-1, 2723 cm-1, 1458 cm-1,

1377 cm-1 dan 1165 cm-1 merupakan serapan khas dari LPP dan LPP-g-AA.

Serapan 3421 cm-1 menunjukkan gugus fungsi –OH ikatan hidrogen dari LPP-g-

AA. Serapan 2723 cm-1 adalah serapan dari gugus fungsi >CH- stretching, serapan

pada 1458 cm-1 dan 1165 cm-1 menunjukkan adanya CH bending gugus metilen (-

CH2-), sedangkan serapan pada 1377 cm-1 adalah serapan milik CH bending gugus

metil (-CH3) dari LPP. Pita serapan 3410 cm-1 pada FI mengindikasikan adanya

serapan dari gugus fungsi -OH ikatan hidrogen dari STKS. Pada spektra FTIR

biokomposit FI, diketahui hilangnya serapan pada 1627 cm-1 yang merupakan

serapan vinil DVB menunjukkan terjadi reaksi reaktif antara vinil DVB dengan

gugus vinil AA atau dengan gugus metin LPP (Suhatrty, et al ; 2008). Selain itu,

juga diketahui terjadi pergeseran bilangan gelombang dari 1728 cm-1 yang

merupakan bilangan gugus fungsi >C=O untuk karbonil asam pada LPP-g-AA

menjadi 1735 cm-1 yang merupakan daerah serapan untuk >C=O (karbonil) ester.

Terbentuknya ester akan menggeser bilangan gelombang karbonil asam ke

bilangan gelombang yang lebih besar (Silverstein, 1981). Hal ini memberikan

informasi bahwa spektra FTIR yang diperoleh pada biokomposit menunjukkan


commit to user

45

45

terbentuknya ikatan secara esterifikasi radikal yaitu ikatan antara LPP dengan

selulosa, dimana selulosa terikat pada sisi polar LPP-g-AA yang juga terikat pada

LPP. Reaksi yang terjadi antara STKS dengan AA tersebut sesuai dengan

penelitian yang dilakukan oleh Suharty, et al (2008), bahwa selulosa dari serat

alam dapat berikatan dengan AA secara esterifikasi.

Gambar 18. Spektra FTIR (a) LPP ; (b) LPP-g-AA ; (c) DVB ; (d) STKS ; (e) LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS


commit to user

46

46

2. Geobiokomposit LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Clay

a. Karakterisasi Gugus Fungsi dengan FTIR

Spektra FTIR dari komposit Formula FII (LPP/DVB/LPP-g-

AA/STKS/Bent) tersusun dari komposit awal (FI) dengan senyawa penghambat

nyala bentonit (Bent) yang ditunjukkan dengan serapan-serapan yang khas dari

masing-masing penyusunnya. Gambar (20 (a)) menunjukkan spektra biokomposit

FI dan gambar (20 (b)) menunjukkan spektra dari bentonit. Sedangkan gambar (20

(c)) merupakan spektra dari geobiokomposit FII. Dari spektra gambar (20 (b))

dapat dilihat puncak-puncak khas dari bentonit, antara lain : 476 cm-1

menunjukkan adanya vibrasi tekuk dari Si-O (Navratilova, et al ; 2007), puncak

794 cm-1 diakibatkan dari adanya vibrasi ulur Si-O (Tabak, et al ; 2007), 912 cm-1

menunjukkan serapan dari Al-OH, 1058 cm-1 merupakan daerah vibrasi ulur

gugus Si-O, 1635 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi OH dari molekul air, dan

3618 cm-1 serta 3672 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi ulur dari OH pada Al-OH

(Navratilova, et al ; 2007).

Dari gambar (19 (c)) dapat dilihat pita-pita serapan yang muncul antara

lain: 3425 cm-1, 3414 cm-1, 2951 cm-1, 2723 cm-1, 1735 cm-1, 1462 cm-1, 1377 cm-

1, 1049 cm-1, 941 cm-1, 794 cm-1, dan 476 cm-1. Adanya serapan >CH- stretching

pada 2723 cm-1 , CH bending –CH2 pada 1462 cm-1 dan CH bending CH3- pada

1377 cm-1 yang merupakan serapan khas dari LPP sebagai penyusun terbesar

biokomposit. Puncak 3425 cm-1 merupakan puncak serapan gugus fungsi –OH

ikatan hidrogen dari LPP-g-AA. Puncak 3414 cm-1 mengindikasikan adanya

serapan dari gugus fungsi -OH ikatan hidrogen, sedangkan puncak 2951 cm-1

menunjukkan gugus -CH2- bending dari STKS. Adanya serapan karbonil (C=O)

ester pada 1735 cm-1 yang merupakan serapan khas dari biokomposit awal yang

menunjukkan terjadinya reaksi kimia yaitu ikatan antara selulosa dan LPP-g-AA

secara esterifikasi.

Puncak 476 cm-1, 794 cm-1, 941 cm-1, dan 1049 cm-1 pada spektra adalah

puncak milik lempung bentonit. Dari spektra gambar (20 (b)) dan (20 (c)) dapat

diketahui terjadinya pergeseran pada puncak OH yang terikat pada Al yakni dari

912 cm-1 menjadi 941 cm-1. Selain itu juga dari 1058 cm-1 menjadi 1049 cm-1.


commit to user

47

47

Pergeseran bilangan gelombang menunjukkan terjadinya perubahan tingkat

energi. Peningkatan energi ini menandakan terjadinya interaksi antara lempung

bentonit dengan suatu spesi (Permanasari, Anna., 2009 dan Joshi, Ghanshyam V.,

et al ; 2009).

Gambar 19. Spektra FTIR (a) Formula FI (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS) ; (b) Bentonit ; (c) Formula FII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent)

b. Karakterisasi Kristalinitas dengan XRD

Dalam penelitian ini, dilakukan pula analisis kualitatif pada LPP, clay, dan

geobiokomposit menggunakan XRD. Hasil karakterisasi kemudian dibandingkan

dengan standar JCPDS (Joint Commite Powder Diffraction Standar). Kondisi


commit to user

48

48

pengukuran dengan menggunakan XRD beserta nilai d dan I (Intensitas)

dibandingkan dengan standar.

Gambar 20 merupakan perbandingan difraktogram bentonit dengan

montmorillonit. Dapat dilihat puncak khas dari montmorillonit (Gambar 21 (a))

muncul pada sudut 3,80, 19,80, 35,520, dan 61,80. Sedangkan hasil karakterisasi

dari bentonit (Gambar 20 (b)) menunjukkan bahwa dalam bentonit ini

mengandung mineral montmorillonit. Puncak-Puncak yang menunjukkan adanya

montmorillonit adalah puncak : 3,60, 19,680, 35,60, dan 61,720. Selain

montmorillonit, bentonit ini juga mengandung beberapa mineral lain seperti

clinoptitolite, quartz, illite, analcime, dan dolomite (Fisli, A dkk., 2008). Berikut

adalah gambar perbandingan difraktogram bentonit dan monmorillonit.

Gambar 20. (a) XRD MMt (b) XRD Bentonit

Dari hasil karakterisasi LPP (Gambar 21 (a)) dapat diketahui bahwa LPP

yang memililiki fasa kristal dan fasa amorf (Sudirman, dkk ; 2000) memiliki

puncak utama pada 2θ sebesar 14,160, 16,930, 18,580, dan 21,430. Sedangkan hasil

karakterisasi XRD pada geobiokomposit Formula FIII (Gambar 21 (c))


commit to user

49

49

menunjukkan tidak adanya puncak difraksi MMt pada 2θ = 3,80. Dengan kata lain

puncak khas MMt hilang. Tidak adanya puncak khas MMt pada geobiokomposit

FIII mengindikasikan bahwa MMt tersebut mengalami eksfoliasi. Hal ini

menunjukkan bahwa partikel MMt terdispersi secara merata (Hsian Lee, C., et al ;

2008). Berikut adalah gambar pola difraksi dari geobiokomposit LPP/DVB/LPP-

g-AA/STKS/MMt.

Gambar 21. (a) LPP (b) MMt (c) LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt

B. Pengujian Daya Bakar

Pada penelitian ini, penambahan lempung bentonit maupun montmorillonit

diharapkan mampu meningkatkan kemampuan hambat bakar geobiokomposit

yang terbentuk. Dilakukan pengujian daya bakar pada geobiokomposit dengan

melihat time to ignition (TTI), burning rate (BR), dan heat release (HR)


commit to user

50

50

geobiokomposit. Metode yang digunakan dalam pengujian daya bakar

biokomposit adalah ASTM D 635 dengan menjepit sampel secara horizontal dan

mengenakan nyala api ke salah satu ujungnya.

Sampel Saat Uji Nyala

Sampel setelah Uji bakar

Gambar 22. Uji Nyala Geobiokomposit Formula FII

1. Time To Ignition (TTI)

Time to ignition (TTI) adalah waktu yang diperlukan oleh geobiokomposit

untuk menyala setelah dikenai sumber api. Oleh karena itu, data TTI diambil

dengan mencatat waktu yang diperlukan hingga terbentuk nyala pada spesimen

yang telah disiapkan. Semakin cepat waktu untuk membentuk nyala pada suatu

bahan, menandakan bahan tersebut mudah terbakar. Diperoleh TTI untuk

biokomposit standar (FI) adalah 2,25 sekon. Data TTI yang diperoleh

menunjukkan bahwa adanya bentonit dan montmorillonit pada biokomposit dapat

meningkatkan TTI, yang artinya pembentukan nyala menjadi semakin lama. Hal

tersebut menunjukkan sistem hambat nyala geobiokomposit telah terbentuk.

Berikut adalah grafik TTI untuk FII dan FIII.


commit to user

51

51

Gambar 23. Grafik Pengaruh % Clay Terhadap Time To Ignition (TTI) FII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan FIII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt)

Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa semakin tinggi konsentrasi clay

yang ditambahkan maka semakin tinggi pula nilai TTI-nya. Pada penambahan

40% clay, FII (BC1d) terjadi peningkatan 188,89 % dibandingkan dengan FI,

sedangkan pada FIII (BD1d) meningkat 263,56 %. Sebagaimana yang dilaporkan

Morgan, et. al (2005) bahwa clay dapat dijadikan sebagai senyawa tahan api

karena dapat menurunkan kemampuan bakar kompositnya. Begitu pula dengan

penelitian yang dilakukan Gilman (2000) yang menambahkan clay pada

kompositnya sehingga meningkatkan kemampuan hambat nyalanya. Kemampuan

hambat nyala ini disebabkan karena mineral clay merupakan mineral

aluminosilikat, dimana terdiri dari senyawa Al2O3 dan SiO2 (Supeno, Minto.

2009). Senyawa oksida tersebutlah yang mampu bertindak sebagai penyekat dan

pelindug lapisan polimer sehingga menghalangi interaksi dengan gas O2 selama

pembakaran (Sain, et al ; 2004).

Jika dilihat dari jenis clay-nya, ternyata montmorillonit memiliki TTI lebih

tinggi dibandingkan dengan bentonit. Hal ini dikarenakan tingkat kemurnian

monmorillonit lebih tinggi bila dibandingkan dengan bentonit. Karena dalam


commit to user

52

52

bentonit selain mengandung montmorillonit juga masih mengandung senyawa-

senyawa lain seperti kuarsa, illit, kalsit, dan lain-lain (Supeno, Minto, 2009).

2. Burning Rate (BR)

Kemampuan hambat bakar biokomposit dapat diukur dengan menentukan

kecepatan pembakaran atau burning rate (BR) dari biokomposit, dimana semakin

kecil kecepatan pembakaran menunjukkan bahwa kemampuan hambat nyalanya

semakin besar. Suharty, et al (2010) pernah melakukan penelitian dengan

menambahkan Al(OH)3+Mg(OH)2+H3BO3 pada biokompositnya, diperoleh hasil

BR dari biokompositnya menurun sebesar 12%. Kecapatan pembakaran tersebut

menurun dikarenakan logam hidroksida tersebut apabila terbakar maka akan dapat

menjadi arang yang mampu melapisi biokomposit dari nyala api. Asam borat

(H3BO3) juga memiliki peran yang tidak kalah penting, karena apabila dibakar,

asam borat mampu menghasilkan B2O3 yang bersifat lembab. Suharty, et al (2010)

juga melaporkan bahwa dengan penambahan nanoCaCO3+NaPP pada

biokompositnya dapat menurunkan BR sebesar 49%, sedangkan dengan

penambahan nanoCaCO3+DAP dapat menurunkan BR sampai 54%.

Diperoleh burning rate (BR) biokomposit standar FI (LPP/DVB/LPP-g-

AA/STKS) pada penelitian ini adalah 2,20 mm/menit. Data hasil pengukuran BR

geobiokomposit menunjukkan dengan adanya penambahan clay bentonit maupun

montmorillonit pada biokomposit dapat menurunkan kecepatan pembakaran, yang

berarti bahwa geobiokomposit memiliki kemampuan hambat bakar yang lebih

baik dibanding biokomposit awalnya. Hal tersebut mengindikasikan sistem

penghambat bakar geobiokomposit telah terbentuk.

Berdasarkan Gambar 24, dapat diketahui bahwa pada konsentrasi tertinggi

yakni 40% clay, nilai BR menunjukkan angka yang paling rendah. Seperti yang

dilaporkan Sudhakara, et al (2011) bahwa semakin banyak clay yang ditambahkan

maka semakin banyak char (arang) yang terbentuk selama pembakaran. Arang

tersebut dapat membatasi gas pembakaran dan mengurangi konduktivitas termal

sehingga kemampuan bakar menurun. Paul, D.R., et al (2008) juga menyatakan

bahwa arang yang terbentuk pada permukaan luar dapat mengurangi konsentrasi


commit to user

53

53

O2 yang berada di sekitar biokomposit sehingga dapat menghambat terjadinya

nyala karena diminimalisasinya O2. Data kecepatan pembakaran geobiokomposit

FII dan FIII disajikan pada Gambar 24 berikut.

Gambar 24. Pengaruh % Clay Terhadap Burning Rate (BR) Formula FII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan Formula FIII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt)

Berdasarkan data kecepatan pembakaran geobiokomposit diatas, diketahui

bahwa BR FIII lebih rendah dibanding BR FII pada kondisi optimumnya

(penambahan 40% clay). Pada FII (BC1d) mengalami penurunan 61,82%

dibandingkan dengan FI, sedangkan FIII (BD1d) mengalami penurunan 65,55%.

Hal ini disebabkan tingkat kemurnian montmorillonit lebih tinggi dibandingkan

dengan lempung bentonit. Karena dalam bentonit selain mengandung

montmorillonit juga masih mengandung senyawa-senyawa lain seperti

clinoptitolite, quartz, illite, analcime, dan dolomite (Fisli, A dkk., 2008).

3. Heat Release (HR)

Heat Release (HR) adalah kemampuan suatu material untuk melepaskan

panas setelah material tersebut terbakar. Semakin besar presentase HR

biokomposit, maka semakin cepat pula kemampuan biokomposit untuk

melepaskan panas. Artinya suhu biokomposit setelah terbakar akan cepat turun.


commit to user

54

54

Diperoleh heat release (HR) biokomposit standar (Formula I; LPP/DVB/LPP-g-

AA/STKS) pada penelitian ini adalah 85,84%. Berdasarkan hasil pengukuran

persentase HR pada biokomposit dengan penambahan clay dengan berbagai

konsentrasi, menunjukkan bahwa penambahan clay dapat menaikkan persentase

HR. Hal ini menunjukkan bahwa kemampuan geobiokomposit dalam melepaskan

panas lebih baik daripada Formula I (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS). Berikut

adalah grafik pengaruh jenis clay terhadap HR dengan berbagai konsentrasi.

Gambar 25. Grafik Pengaruh % Clay Terhadap Heat Release (HR) Formula II (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan

Formula III (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt)

Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa komposisi optimum penambahan

clay berada pada saat penambahan konsentrasi 40% clay, baik pada bentonit

maupun montmorillonit. Semakin banyak clay yang ditambahkan, maka semakin

banyak pula arang yang terbentuk. Arang yang terbentuk dari clay tersebut

merupakan insulator yang baik (Manias, 2002) sehingga arang akan menghambat

proses pembakaran selanjutnya.

Bila dibandingkan dari jenis clay-nya, ternyata montmorillonit

memberikan persentase HR lebih tinggi dibandingkan bentonit, dengan kenaikan

presentase sebesar 4,42% sedangkan bentonit 4,2% dibandingkan dengan FI.

Sehingga diperoleh kondisi optimum sifat hambat bakar yang baik dari


commit to user

55

55

geobiokomposit berdasarkan data TTI, BR, dan HR adalah geobiokomposit

Formula III (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt) pada konsentrasi MMt sebesar

40% wt (BD1d).

C. Pengujian Sifat Mekanik

1. Kekuatan Tarik (TS)

Pengujian kekuatan tarik (TS) pada geobiokomposit dilakukan

menggunakan Universal Testing Mechine (UTM). Hasil pengujian kekuatan tarik

formula geobiokomposit selanjutnya dibandingkan dengan formula biokomposit

sebelum ditambah dengan clay. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh

serat dan clay pada kekuatan mekanik geobiokomposit. Semakin kuat

geobiokomposit, maka kekuatan tariknya semakin besar. Kondisi optimum

geobiokomposit ditentukan dari besarnya kekuatan tarik yang dihasilkan serta

masih berada dalam koridor termoplastis.

Serat alam yang digunakan sebagai filler dalam biokomposit dapat

berfungsi sebagai penguat (Taj, S., et al ; 2007). Tetapi pada suatu saat jika sudah

melewati kondisi optimum, penambahan serat yang berlebih akan membuat

biokomposit menjadi rapuh sehingga mengakibatkan terjadinya penurunan nilai

kekuatan tarik biokomposit (Kim, et al ; 2005). Oleh karena itu pada penelitian ini

dipergunakan rasio LPP/STKS 8/2 yang merupakan kondisi optimum berdasarkan

penelitian Suharty, et al (2007). Lempung atau clay disamping berfungsi sebagai

senyawa penghambat bakar, juga dapat berfungsi sebagai penguat komposit.

Seperti penelitian yang telah dilakukan Cunyue, et al (2002) yang mensintesis

PE/MMt dengan metode in situ kopolimerisasi, melaporkan bahwa peningkatan

konsentrasi clay meningkatkan kekuatan mekaniknya. Lee, et al (2008) juga

melaporkan hal serupa, bahwa peningkatan persentase clay dapat meningkatkan

kekuatan tarik sampai 20 kali (pada penambahan 20% clay). Berikut adalah grafik

kekuatan tarik (TS) geobiokomposit FII dan FIII.


commit to user

56

56

Gambar 26. Grafik Pengaruh % Clay Terhadap Kekuatan Tarik Formula FII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan Formula FIII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt)

Dari penelitian, diperoleh nilai kekuatan tarik untuk FI (LPP/DVB/LPP-g-

AA/STKS) adalah 31,11 Mpa. Berdasarkan grafik kekuatan tarik (TS) diatas,

dapat diketahui bahwa terjadi peningkatan kekuatan tarik geobiokomposit pada

penambahan konsentrasi 10% dan 20% clay. Hal ini kemungkinan disebabkan

karena persebaran partikel clay yang merata pada geobiokomposit. Distribusi

partikel yang merata memberikan luas permukaan yang besar sehingga terjadi

interaksi yang baik antara clay dan matrik polimer (Chow, W.S., et al ; 2003).

Sedangkan pada penambahan 30% dan 40% clay terjadi penurunan kekuatan

mekanik. Hal ini kemungkinan disebabkan berkurangnya interaksi antara polimer

dan clay (Sudhakara, P., et al ; 2011 dan Sarkar, M., et al; 2007). Selain itu, clay

sendiri merupakan material yang memiliki kekakuan yang tinggi sehingga

konsentrasi clay yang berlebih akan mengakibatkan sifat dominan pada

geobiokomposit sehingga menjadi getas (Kusmono, 2010). Kondisi optimum

diperoleh pada penambahan 20% clay. Pada penambahan 20% bentonit, kekuatan

tarik meningkat 13,49% dibandingkan dengan Formula I, sedangkan pada

penambahan 20% montmorillonit, kekuatan tarik meningkat 18,76%.


commit to user

57

57

2. Modulus Young (E)

Pada Gambar 27 dapat dilihat pengaruh penambahan clay terhadap

Modulus Young. Terlihat bahwa penambahan konsentrasi clay kedalam

biokomposit meningkatkan nilai Modulus Young. Dari penelitian, diperoleh nilai

Modulus Young untuk FI (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS) adalah 86,12 MPa.

Setelah dilakukan penambahan 10% clay bentonit, nilai modulus meningkat

10,49%, sedangkan pada penambahan 10% montmorillonit nilai modulus

meningkat 13,96% dibandingkan nilai FI. Kenaikan optimum Modulus Young

diperoleh pada penambahan 40% clay. Pada bentonit mencapai 30,46% sedangkan

pada montmorillonit meningkat 32,28%. Hal ini sesuai dengan yang dilaporkan

oleh Chow, W.S, et al (2003) bahwa Modulus Young meningkat seiring dengan

penambahan jumlah clay. Barleany, D.R., et al (2011) juga melaporkan hal

serupa, bahwa semakin banyak clay yang ditambahkan maka semakin tinggi nilai

modulusnya. Hal ini berarti bahwa adanya clay telah meningkatkan kekakuan

polimer. Peningkatan kekakuan ini disebabkan karena clay sendiri merupakan

material yang memiliki kekakuan yang tinggi (Kusmono, 2010). Grafik Modulus

Young geobiokomposit disajikan dalam gambar dibawah ini.

Gambar 27. Grafik Pengaruh % Clay Terhadap Modulus Young Formula FII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan Formula FIII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt)

3. Energi Serap (Es) dan Kekuatan Impak (Is)


commit to user

58

58

Pengujian energi serap (Es) dan kekuatan impak dilakukan dengan

menggunakan Charpy Impact Testing Machine. Energi serap dan kekuatan impak

dari material dihubungkan langsung dengan ketangguhan dari material tersebut.

Ketangguhan (thougness) didefinisikan sebagai kemampuan dari polimer

menyerap energi yang diberikan (Barleany, D.R., et al ; 2011). Semakin tangguh

suatu geobiokomposit, maka energi serapn dan kekuatan impaknya semakin besar.

Berikut adalah grafik energi geobiokomposit Formula FII dan Fornula FIII.

Gambar 28. Grafik Pengaruh % Clay terhadap Energi Serap Formula FII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan Formula FIII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt)

Dari Gambar 28 terlihat bahwa adanya penambahan % clay pada

biokomposit dapat meningkatkan energi serap. Pada FI (LPP/DVB/LPP-g-

AA/STKS) diperoleh nilai energi serapnya sebesar 0,059 J. Setelah dilakukan

penambahan 10% bentonit, energi serap meningkat sebesar 20,34%. Sedangkan

pada penambahan 10% montmorillonit, energi serap meningkat 30,51% dari

formula awal. Nilai energi serap optimum berada pada saat dilakukan

penambahan 20% clay, baik pada bentonit maupun montmorillonit dengan

kenaikan 40,68% dan 50,85%. Kemudian pada penambahan 30% dan 40% clay,

nilai energi serap menurun. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan clay secara

berlebih dapat menurunkan ketangguhan dari geobiokomposit tersebut.


commit to user

59

59

Dari hasil pengujian diketahui nilai kekuatan impak dari biokomposit

standar (FI) adalah sebesar 6,47 J/mm2*10-3. Berdasarkan Gambar 29 dapat

diketahui bahwa penambahan konsentrasi clay juga akan meningkatkan kekuatan

impak, tetapi pada konsentrasi tertentu kekuatan impak menurun. Pada

konsentrasi 20% clay, kekuatan impak mencapai optimum dengan peningkatan

sebesar 41,07% untuk bentonit dan 48,03% untuk monmorillonit bila

dibandingkan dengan biokomposit standar. Pada konsentrasi 30% dan 40%

kekuatan impak geobiokomposit menurun. Penurunan kekuatan impak ini bisa

disebabkan karena jumlah clay yang semakin banyak mengakibatkan pembatasan

gerak rantai matrik polimer sehingga geobiokomposit menjadi rapuh (Ishak,

Z.A.M., 2008).

Gambar 29. Grafik Pengaruh % Clay terhadap Kekuatan Impak Formula FII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent) dan Formula FIII (LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt)

Berdasarkan pengujian daya bakar dan sifat mekanik, maka diperoleh

komposisi optimum geobiokomposit [LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent] pada

penambahan lempung bentonit sebesar 20%, dimana BR menurun sebesar

57,27%, kekuatan mekaniknya meningkat 13,49%, dan kekuatan impaknya

meningkat 41,07%. Sedangkan pada geobiokomposit [LPP/DVB/LPP-g-

AA/STKS/MMt] juga diperoleh komposisi optimum MMt pada konsentrasi 20%


commit to user

60

60

dengan penurunan BR sebesar 59,55%, peningkatan kekuatan mekaniknya

18,76%, serta peningkatan kekuatan impak sebesar 48,03%. Sehingga

geobiokomposit yang diperoleh memiliki kemampuan hambat bakar dan sifat

mekanik yang lebih baik dari biokomposit standarnya (FI).


commit to user

61

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Dari hasil pembahasan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Geobiokomposit FII [LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent] dan FIII

[LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt] dapat disintesis dengan metode larutan

secara reaktif dan diperoleh komposisi optimum geobiokomposit terhadap

kemampuan hambat bakar pada konsentrasi lempung bentonit dan

montmorillonit 20% sehingga memberikan penurunan burning rate (BR)

57,27% dan 59,55% dibanding biokomposit standar FI [LPP/DVB/LPP-g-

AA/STKS].

2. Berdasarkan sifat mekanik, komposisi optimum lempung bentonit dan

montmorillonit pada geobiokomposit [LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/Bent] dan

[LPP/DVB/LPP-g-AA/STKS/MMt] diperoleh pada konsentrasi 20% dimana

kekuatan tarik meningkat sebesar 13,49% dan 18,76% serta kekuatan impak

meningkat sebesar 41,07% dan 48,03% dibanding FI [LPP/DVB/LPP-g-

AA/STKS].

B. Saran

Berdasarkan hasil penelitian di atas perlu dilakukan tindak lanjut yang

disarankan sebagai berikut :

1. Perlu dilakukan analisis uji biodegradasi dan fotomikrografi SEM terhadap

geobiokomposit.

2. Perlu dilakukan analisis termal dari geobiokomposit menggunakan DTA.


commit to user

62

DAFTAR PUSTAKA

Adriani, A. 2003. Penggunaan Alumina untuk Meningkatkan Stabilitas Termal

dan Nyala Poliblen Polipropilena dengan Bahan Pengisi Cangkang sawit.

Tesis. Program Pasca Sarjana USU, Medan.

Achmadi, S. 2003. Kimia Organik: Suatu Kuliah Singkat. Edisi 11. Terjemahan:

Organic Chemistry: A Short Course. Hart Harold, Leslie E. Craine, David J.

Hart. Jakarta, Erlangga. aAnonim. 2012. BAB II. pdf

http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/28544/4/ Chapter%20II.

pdf, diakses 3 Januari 2012. bAnonim. 2010. Carbohydrates - Chemical Structure.

http://www.scientificpsychic.com/fitness/carbohydrates.html, diakses 7

Mei 2010. cAnonim. 2012. Flame Retardant Frequenly Asked Questions. The European

Flame Retardants Acossiation. http://www.flameretardants-

online.com/images/userdata/pdf/168_DE.pdf, diakses 5 Januari 2012. dAnonim. 2012. Montmorillonit.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Montmorillonite-en.svg, diakses 4

Januari 2012.

American Society for Testing and Materials D 635-97. 1998 . Standart Test

Method for Rate of Burning and/or Extent and Time of Burning of Plastics

in a Horizontal Position1. Annual Book of ASTM Standards. Vol.8. 01.


Method for Tensile Properties of Plastics. Annual Book of ASTM

Standards. Vol.8. 01.


Method for Determiningthe Charpy Impact Resistance of Notched

Specimensof Plastics. Annual Book of ASTM Standards. Vol.8. 03.

Arunvisut, S., Phummanee, S., and Somwangthanaroj, A. 2007. Effect of Clay on

Mechanical and Gas Barrier Properties of Blown Film LDPE/Clay


commit to user

63

Nanocomposites. Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering,

Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand.

Astutiningsih, Sotya., Kinasih, Pandu Lanang. Dan Wibowo, Arif Cahyo. 2009.

Stabilitas Termal Galeri Clay Pada Komposit Nano Polipropilena-Clay

Montmorillonit Dengan Pengkompetibel Polipropilena-g-Maleik Anhidrida.

Makara, Teknologi. Vol. 13, No. 1 (19-24).

Badri, Khairiah and Amin, K.A.M. 2006. Biocomposites From Oil Palm

Resources. Journal of Oil Palm Research (Special Issue – April 2006), p

103-113.

Barleany, D.R., Hartono, Rudi., dan Santoso. 2011. Pengaruh Komposisi

Montmorillonite pada Pembuatan Polipropilen Nanokomposit terhadap

Kekuatan Tarik dan Kekerasannya. Prosiding Seminar Nasional Teknik

Kimia “Kejuangan”. Pengembangan Teknologi Kimia untuk Pengolahan

Sumber Daya Alam Indonesia. ISSN 1693 – 4393.

Baroeno. 2010. Bisnis Air Minum Kemasan Terus Menggeliat.

http://bataviase.co.id/node/300123. Diakses pada tanggal 6 Mei 2010.

Bourbigot, Serge., Duquesne, Sophie., Fontaine, Gaëlle., Turf, Thomas. and

Serverine. 2010. Polymer Nanocomposites with and without Conventional

Flame Retardants: Reaction To Fire and Synergy. Diakses 6 Mei 2010.

Carlsson, M. 2005. The Inter and Intramolecular Selectivity of The Crbonate

Radical Anion in Its Reaction with Lignin and Carbohydrates. Doctoral

Thesis. Kungliga Tekniska Hongkolan Departement of Chemistry Nuclear

Chemistry, Stockholm.

Charu, Suksham. 2008. Studies on Development of Polypropylene-Clay

Nanocomposite for Automotive Applications. Thesis. School of Phisics and

Material Science. Thapar University.

Chow, W.S., Ishiaku, U.S., Ishak, Z.A.M., and Kocsis, J.K., 2003. Polyamide

6/Polypropylene/Organoclay Nanocomposites: Influence of Organoclay and

Compatibiliser on The Morfological and Tensile Properties. Jurnal

Teknologi 39(A) Keluaran Khas Dis.2003: 45-54.


commit to user

64

Chuayjuljit, Saowaroj., Hosililak, Suwasin. and Athisart, Anankran. 2009.

Thermoplastic Cassava Starch/Sorbitol-Modified Montmorillonite

Nanocomposites Blended with Low Density Polyethylene: Properties and

Biodegradability Study. Journal of Metals, Materials and Minerals. Vol. 19,

No.1, pp 59-65.

Cunyue, Guo., Zhi, M.A., Mingge, Zhang., Aihua, H.E., Yucai, K.E. and

Youliang, H.U. 2002. Preparation of PE/MMT Nanocomposite By

Monomer Intercalation and In Situ Copolymerization. Chinese Science

Billetin, Vol. 47, No.15.

Diharjo, Kuncoro. 2009. Rekayasa Bio-Nanokomposit Berkekuatan dan

Katahanan Nyala Api Tinggi untuk Kabin Kendaraan Umum. Usulan Hibah

Kompetitif Penelitian Sesuai Prioritas Nasional.

Dyson, R. W. 1998. Specialty Polymer. 2nd edition. London, Blackie Academic

and Professional.35.

Evrianni, S. 2009. Reaksi Grafting Maleat Anhidrida Pada Polipropilena Dengan

Inisiator Benzoil Peroksida. Skripsi. Departemen Kimia FMIPA USU,

Medan.

Fisli, Adel., Sumardjo dan Mujinem. 2008. Isolasi dan Karakterisasi

Montmorillonite dari bentonit Sukabumi (Indonesia). Jurnal Sains Material

Indonesia. Vol. 10, No. 1, hal. 12-17.

Fowler, Paul A., Hughes, J.Mark. and Elias, Robert M. 2006. Review

Biocomposites: Technology, Environmental Credentials and Market Forces.

Journal of the Science of Food and Agriculture J Sci Food Agric 86:1781–

1789 (2006).

G.,Supri A., Salmah, H., and Hazwan, K. 2008. Low Density Polyethylene-

Nanoclay Composites: The Effect of Poly(acrylic acid) on Mechanical

Properties, XRD, Morphology Properties and Water Absorption. Malaysian

Polymer Journal (MPJ), Vol. 3, No. 2, p 39-53.

Gilman, J.W., Jackson, C.L., Morgan, A.B., and Harris Jr, R. 2000. Flammability

Properties of Polymer-Layered-Silicate Nanocomposites. PolyPropylene

and Polystyrene Nanocomposites. Chem. Mater. 12, 1866-1873.


commit to user

65

Grant, M.H.1985. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Vol 1-20..

New York, John Wiley and Sons.

Hartomo, A. J. dan A. V. Purba. 1986. Penyidikan Spektrometrik Senyawa

Organik. Edisi IV. Jakarta : Erlangga. Terjemahan : Spectrometric

Identification of Organic Compound. Silverstein, Bassler and Morill.

1981. New York, John Willey and Sons.

Hastomo, Budi. 2009. Analisis Pengaruh Sifat Mekanik Material Terhadap

Distribusi Tegangan Pada Proses Deep Drawing Produk End Cup Hub

Body Maker dengan Menggunakan Software Abaqus 6.5-1. Jurusan

Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhamaddiyah Surakarta.

Ishak, Z.A.M., Kusmono., Chow, W.S., and Rochmadi. 2008. Effect of

Organoclay Modification on The Mechanical, Morphology, and Thermal

Properties of Injection Molded Polyamide 6/ Polypropylene/

Montmorillonite Nanocomposites. Proceeding of The Polymer Processing

Society 24th Annual Meeting-PPS-24-Salerno (Italy).

Ismail, H., Nordin, R., Ahmad, Z., and Rashid, A. 2010. Processability and

Miscibility of Linear Low-density Polyethylene/Poly(vinyl alcohol) Blends:

In Situ Compatibilization with Maleic Acid. Iranian Polymer Journal. Vol.

19 (4), 297-308.

Joshi, Ganshyam V., Kevadiya, B.D., Patel, H.A., Bajaj, H.C., and Jasra, R.V.

2009. Montmorillonite As A Drug Delivery System: Intercalation and In

Vitro Release of Trimolol Maleate. International Journal of Pharmaceutics

374, pp 53-57.

Kemp, William. 1987. Organic Spectoscopy. London, Marc Millan Publisher.

Khalid, M., Salmiaton, A., Rtnam, C.T., and Luqman, C.A. 2008. Effect of

Trimethylolpropane Triacrylate (TMPTA) on The Mechanical Properties of

Palm Fiber Empty Fri=uit Bunch and Cellulose Fiber Biocomposite.

Journal of Engineering Science and Technology. Vol. 3, No. 2, p 153-162.

Kim, H.S., Yang H.S., and Kim H.J. 2005 . Biodegradability and Mechanical

Properties of Agro-Flour-Filled Polybutylene Succinate Biocomposite,

Journal of Applied Polymer Science. Vol 97.


commit to user

66

Kusmono. 2010. Studi Sifat Mekanik dan Morfologi Nanokomposit Berbasis

Poliamid 6/Polipropilen/Clay. Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin

(SNTTM) Ke-9 Palembang, 13-15 Oktober 2010.

Kusumastuti, E.D. 2008. Bahaya Plastik Dibalik Kemasan.

http://www.kompoas.com/index.php/read/xml/2008/12/12/11412071/baha

ya.di.balik.kemasan/plastik. Diakses pada 7 Mei 2010.

Lagashetty, A. and A. Venkataraman. 2005 . Polymer Nanocomposites . School of

Chemistry and Biochemistry, Thapar Institute of Engineering and

Technology Patiala, Panjab.

Lee, Chia-Hsian.,Chien, An-Ting., Yen, Ming-Huei., and Lin, King-Fu. 2008.

Poly(Methyl Acrylate-Co-Methyl Methacrylate)/Montmorillonite

Nanocomposites Fabricated By Soap-Free Emulsion Polymerization. J

Polym Res (2008) 15:331-336.

Lee, Jong-Hoon.,Park, Ho-Sik., An, In-Gu., Lee, Yun Hui., Soo, Youn., Kim.,

Lee, Young-Kwan., and Nam, Jae-Do. 2003. Flame Retardancy and

Mechanical Property of Polypropylene/Nylon Nanocomposite Reinforced

with Montmorillonite. Polymer (Korea), Vol. 27, No.6 pp 576-582.

Liu, Tianxi., Lim, Kian Ping., Tjiu, Wuiwui Chauhari., Pramoda, K.P., and Chen,

Zhi-Kuan. 2003. Preparation And Characterization Of Nylon

11/Organoclay Nanocomposites. Elsivier. Polymer 44 (2003) 3529–3535.

Maulida. 2003. Pengenalan Bahan Komposit. Medan : USU Digital Library.

_______. 2006. Perbandingan Kekuatan Tarik Komposit Polipropena dengan

Pengisi Serat Pandan dan Serat Batang Pisang. Jurnal Teknologi Proses 5(2),

142-146.

Mwaikambo, L.Y. 2006. Review of the History, Properties and Aplication on

Plant Fibers. African Journal of Science and Technology (AJST). Vol 7,

No.2, pp 120-133.

Navratilova, Z., Wojtowicsz, Pert., Vaculikova, Lenka., and Sugarkova, Vera.

2007. Sorption of Alkylammonium Cations On Montmorillonite. Acta

Geodyn, Geomater, Vol. 4, No. 3 (147), 59-65.


commit to user

67

Negara, I.M.Sutha., Wijaya, Karna., dan Sugiharto, Eko. 2008. Preparasi dan

Karakterisasi Komposit Kromium Oksida-Montmorillonit. ISSN 1970-9850.

Nirwana. 2001. Pengikatan Pemlastis Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh dalam

Matriks Poly(Vinyl Chloride (PVC). Tesis. Program Pasca Sarjana USU,

Medan.

Nugraha, Muhammad Insan . 2010. Karakterisasi Nanomaterial.

http://www.vcbio.science.ru.nl/images/TEM-SEM-electron-beam.jpg.

Diakses pada 28 Oktober 2010.

Nurjana, S.M., 2007. Komposit Polietilena dengan Penguat Serat Tandan Kosong

Sawit. Tesis. Jurusan Kimia Sekolah Pasca Sarjana USU, Medan.

Pascual, J., Fages, E., Fenollar, O., García, D. and Balart, Rafael. 2008. Influence

of The Compatibilizer/Nanoclay Ratio On Final Properties of

Polypropylene Matrix Modified with Montmorillonite-Based Organoclay.

Polym. Bull. (2009) 62:367-380.

Patra, P.K., S.B. Warner, Kim Y.K., Qinguo Fan, P.D.Calvert and S. Adanur.

2005. Nano Engineered Fire Resistant Composite Fibre. NTC Annual

Report. No : M02-MD08.

Paul, D.R. dan Robeson, L.M. 2008. Polymer Nanotechnology: Nnocomposites.

Elsevier. Polymer 49, 3187-3204.

Permanasari, Anna. 2009. The Effect of Temperature, UV Radiation, and Soaking

Time in Drinking Water On Bentonite-Histidine Adsorbent Performence.

Chemisrty Education Department of UPI.

Pudjatmaka, A.H. 1986. Kimia Organik. Jilid 2. Edisi 3. Jakarta : Erlangga.

Terjemahan : Organic Chemistry. Fessenden, R.J. and J.S. Fessenden. 1979.

Singapore, Williard Grand Press.

Ray, S.S., Yamada, Kazunobu., Okamoto, Masami. and Ueda, Kazue. 2003.

Biodegradable Polylactide/Montmorillonite Nanocomposites. J. Nanosci,

Nanotech, 2003, Vol. 3, No. 6.

Rowell. R.M., et. al. 1997. Utilization of Natural Fibers in Plastic Composites:

Problem and Oportunities. Lignocellulosic-Plastic Composites.


commit to user

68

Sain,M., Park,S.H., Suhara, F and Law, S. 2004. Flame Retardant and

Mechanical Properties of Natural Fibre-PP Composites Containing

Magnesium Hydroxide. Jaournal of Polymer Degradation and Stability,

Science Direct. Vol 83, 363-367.

Sarkar, M., Dana, K., Ghatak, S., and Banerjee, A. 2008. Polypropylene-Clay

Composite Prepared From Indian Bentonite. Bull Mater. Sci., Vol. 31, No.

1, pp 23-28.

Sastrohamidjojo, Hardjono. 2005. Kimia Organik Stereokimia, Karbohidrat,

Lemak, dan Protein. Yogyakarta : Gadjah Mada University Press.

Sekewael, S.J. 2008. Karakterisasi Sifat Fisikokimia Komposit Besi Oksida-

Montmorillonit Hasil Interkalasi Silikat Lempung Montmorillonit.

Indonesia Chemica Acta. Vol. 1, No. 1.

Seymour, B.R., and C.E.Carraher, Jr. 1988 . Polymer Chemistry An Introduction.

Marcel Dekker Inc. New York.

Siburian, R. 2001. Impregnasi kayu Kelapa Sawit dengan Poliblen

Polipropilena/Karet Alam. Tesis. Program Pasca Sarjana. USU, Medan.

Silverstain. R. M., Bassler, G. C. dan Morril T. C. 1981. Spetrometric

Identification of Organic Compounds. 4th Edition. New York, Jhon Willey

and Sons Inc.

Soentanti. 2008. Ekonomi Bisnis. http://www.SuaraSurabaya.net. Diakses 6 Mei

2010.

Solomon, Michael J. and Somwangthanaroj, Anongnat. 2004. Intercalated

Polypropylene Nanocomposites. Dekker Encyclopedia of Nanoscience and

Nanotechnology.

Stefan. 2010. Bahan Bakar & Proses Pembakaran. http://ss-stefan.blogspot.com/

bahan_bakar_&_proses_pembakaran.html. Diakses 3 Januari 2012.

Sopyan, I. 2001. Kimia Polimer. Jakarta : Pradnya Paramita. Terjemahan :

Polymer Chemistry: An Introduction. Malcom Stevens. 2001. Oxford,

Oxford University Press.

Steven, Malcom P. 2001. Kimia Polimer. Jakarta, Pradnya Paramita.


commit to user

69

Sudhakara, P., Kannan, P., Obireddy, K., and Rajulu, A.V. 2011.

Organophosphorus and DGEBA Resins Containing Clay Nnocomposites:

Flame Retardant, Thermal, and Mechanical Properties. J.Mater Sci (2011)

46: 2778-2788.

Sudirman., K., Aloma K., H., Ari., Sugeng, Bambang., Betha, dan Mashuri. 2000.

Pengaruh Komposisi Filler Terhadap Strukturmikro dan Densitas Komposit

Polipropilena-Pasir. J. Mikroskopi dan Mikroanalisi, Vol.3, No.2.

Sudrajat, A., Arifin, M. 1996. The Prospect of Bentonite Business in Indonesia.

Bandung : PPTM.

Suharty, N.S. 1993 . Reactive Processing of Polyolefins using Antioxidant System,

Ph.D. Thesis. Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry,

Aston University, Birmingham, U.K.

Suharty, N.S. dan Firdaus, M. 2007. Pembuatan Biokomposit Polistirena Daur

Ulang termodifikasi Secara Reaktif Dengan Bahan Pengisi Serat Alam yang

Degradabel. Seminar Internasional Himpunan Polimer Indonesia, Medan.

Suharty, N.S., B. Wirjosentono, dan Firdaus, Maulidan. 2007. Pembuatan

BiokompositDegradabel dari Polipropilena Daur Ulang Dengan Serbuk

Sekam Padi atau Serbuk Bambu. Laporan Hibah Bersaing Th. 1/2 Angkatan

XVI, Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Depdiknas, Jakarta.

Suharty, N.S., B. Wirjosentono, Firdaus, Maulidan., Handayani. D.S., Sholikhah,

Jamilatus., dan Maharani, Y.A. 2008. Synthesis of Degradable Bio-

Composites Based on Recycle Polypropylene Filled with Bamboo Powder

Using a Reactive Process. Journal of Physical Science, Vol. 19(2), 105–

115.

Suharty, N.S., Sudirman., Diharjo, Kuncoro., Firdaus, Maulidan. dan Nida, Nidia

Sofa. 2010. Flammability and Biodegradability of Bio-composite Base On:

Recycled Polypropylene With Kenaf Fiber Containing Mixture Fire

Retardant.

Sukatik. 2001. Impregnasi Kayu Kelapa Saeit dengan Polipropilena Bekas yang

Dimodifikasi Asam Akrilat. Tesis S-2 Program Pasca Sarjana USU, Medan.


commit to user

70

Supeno, Minto. 2009. Bentonit Terpilar dan Aplikasi: Kimia Anorganik. Medan,

USU Press.

Tabak, A., Afsin, B., Aygun. F., and Koksal, E. 2007. Structural Characteristics

of Organo-Modified Bentonites of Different Origin. Journal of Thermal

Analysis and Calorimetry, Vol. 87, 375-381.

Taj, Saira., Munawir, M.A., and Khan, Shafiullah. 2007. Natural Fiber-

Reinforced Polymer Composites. Proc. Pakistan Acad.Sci. 44(2):129-144.

Tesoro, G. 1976. Current Research on Chemical Modification of Cellulose. Pure

& Application Chemistry, Vol. 46, pp 239-245.

Tucker, J.D, Lear, P.L, Atkinson, G.S, Lee, S., and Lee, S.J. 2000. Use of

Polymeric Compatibilizers in Polypropylene/Calcium Carbonate

Composites. Korean J. Chem. Eng., 17(5), 506-509.

Ullah, Sami., Ahmad, Faiz., and Yusoff, P.S.M. Megat. 2011. Effect of Boric Acid

and Kaolin Clay on Thermal Degradation of Intumescent Fire Retardant

Coating. Mechanical Engineering Department, Universiti Teknologi

PETRONAS.

West, A.R. 1992 . Solid State Chemistry and Its Applications. Scotland, John

Wiley and Sons.

Wirjosentono, B., P. Guritno, dan A. Nasution. 1998. Compatibility and

Biodegradability of Polypropilene Material Containing Cellulose

Derivatives and Oil Palm Empty Bunches Filler. Indonesian Journal of

Oil Palm Research.

Yang, H.S., Kim, H.J., Lee, B.J., Park, H.J., and Hwang, T.S. 2007. Effect of

Compatibilizing Agent on Rice Husk Flour Reinforced Polypropylene

Composites. Elsevier Sciencs Ltd.

SINTESIS KOMPOSIT LIMBAH POLIPROPILENA/SERAT …/Sintesis...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...

Documents

Transcript of SINTESIS KOMPOSIT LIMBAH POLIPROPILENA/SERAT …/Sintesis...perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id...