Skripsi Sepuluh Halaman
-
Upload
uyabz-krasenkow -
Category
Documents
-
view
255 -
download
0
description
Transcript of Skripsi Sepuluh Halaman
PEMBUATAN DAN PENCIRIAN POLIPADUAN GABUS POLISTIRENA−PATI
MUHAMMAD SYAEFUL FAHMI
DEPARTEMEN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGORBOGOR
2010
PEMBUATAN DAN PENCIRIAN POLIPADUANGABUS POLISTIRENA−PATI
MUHAMMAD SYAEFUL FAHMI
SkripsiSebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains padaDepartemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGORBOGOR
2010
2
ABSTRAK
MUHAMMAD SYAEFUL FAHMI. Pembuatan dan Pencirian Polipaduan Gabus Polistirena−Pati. Dibimbing oleh SUMINAR S. ACHMADI dan TETTY KEMALA.
Gabus polistirena (PS) merupakan polimer yang banyak digunakan namun sulit terdegradasi. Oleh karena itu, telah dikembangkan polipaduan gabus PS−pati. Pengaruh tambahan gliserol sebagai pemlastis juga diamati melalui analisis mekanik dan termal. Polipaduan gabus PS−pati dihasilkan dengan mencampurkan larutan gabus PS dan larutan pati dengan nisbah komposisi 60:40, 65:35, 70:30, 75:25, dan 80:20 persen berdasarkan bobot. Sebanyak 20% poli(asam laktat) ditambahkan sebagai bahan pengkompatibel. Polipaduan dianalisis dengan pengujian kuat tarik, bobot jenis, dan sifat termal. Polipaduan gabus PS−pati yang dihasilkan berwarna putih keruh dan rapuh. Kuat tarik dan bobot jenis polipaduan berada pada kisaran kuat tarik dan bobot jenis gabus PS sehingga dapat dijadikan sebagai bahan pembuat gabus PS. Kuat tarik meningkat seiring dengan meningkatnya nisbah gabus PS dengan komposisi gabus PS−pati terbaik 80:20. Pengaruh tambahan gliserol tidak teramati pada analisis termal, serta sedikit menyebabkan penurunan kuat tarik dan bobot jenis.
ABSTRACT
MUHAMMAD SYAEFUL FAHMI. Preparation and Characterization Polystyrene Foam-Starch Polyblend. Under direction of SUMINAR S. ACHMADI dan TETTY KEMALA.
Polystyrene (PS) foam is a polymer that is widely used but not biodegradable. Therefore, PS foam-starch polyblend was developed. The influence of glycerol as plasticizer was also observed by mechanical and thermal analysis. PS foam-starch polyblend was produced by mixing PS foam and starch solution with composition ratio of 60:40, 65:35, 70:30, 75:25, and 80:20 percent by weight. Polylactic acid (20%) was added as compatibilizer. The polyblends were analyzed using tensile strength test, thermal properties, and density. The resulted PS foam−starch polyblends were white opaque in color and fragile. Tensile strength and density of polyblends in the range of PS foam, which can be used as materials for PS foam. Tensile strength increases as increasing of PS foam with best ratio 80:20 of PS foam−starch. The PS foam−starch polyblends tensile strength and density increased as increasing of PS foam. Additional influence of glycerol was not observed in thermal analysis, but caused a slight decreasing in tensile strength and density.
3
Judul : Pembuatan dan Pencirian Polipaduan Gabus Polistirena−PatiNama : Muhammad Syaeful FahmiNIM : G44051711
Disetujui
Pembimbing I
Prof. Dr. Ir. Suminar S. AchmadiNIP 19480427 1197412 2 001
Pembimbing II
Tetty Kemala, S.Si, M.SiNIP 19710407 199903 2 001
Diketahui
Ketua Departemen Kimia
Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS.NIP 19501227 197603 2 002
Tanggal Lulus :
4
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas berkat limpahan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah dengan judul Pembuatan dan Pencirian Polipaduan Gabus Polistirena–Pati. Salawat serta salam semoga selalu tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarganya, dan semoga kita semua menjadi pengikutnya hingga akhir zaman.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Prof. Dr. Ir. Suminar Setiati Achmadi dan Ibu Tetty Kemala, S.Si, M.Si selaku pembimbing yang senantiasa memberikan arahan, dorongan semangat, dan doa kepada penulis selama melaksanakan penelitian. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada staf laboran Laboratorium Organik (Pak Sabur dan Bu Yeni), Bu Aah, Pak Syawal, Ibu Grace, dan Pak Sugiardi atas bantuan serta masukan selama penelitian berlangsung.
Terima kasih tak terhingga penulis ucapkan kepada ayah, ibu, serta seluruh keluarga, atas doa dan kasih sayangnya. Kepada Kak Tuti, Kak Bekti, Mas Eko, Hafidz, Rizki, Dian S, dan Luthfan yang telah membantu memberi masukan dan saran, penulis ucapkan terima kasih.
Penulis berharap karya ilmiah ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan.
Bogor, Maret 2010
Muhammad Syaeful Fahmi
5
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 14 Desember 1987 dari ayah Pendi Suryanda dan ibu Elis Siti Cholisoh (alm). Penulis adalah putra ketiga dari lima bersaudara. Tahun 2005 penulis lulus dari SMA Negeri 10 Bogor dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia TPB pada tahun ajaran 2006/2007 dan 2007/2008, asisten praktikum Kimia Organik Layanan pada tahun ajaran 2007/2008, asisten praktikum Kimia Organik Kompetensi tahun ajaran 2007/2008, asisten Kimia Organik Program Diploma 3 tahun ajaran 2008/2009, dan asisten Kimia Pangan Program Diploma 3 tahun ajaran 2008/2009. Penulis juga aktif mengajar mata kuliah Kimia TPB di bimbingan belajar dan privat mahasiswa MSC Education. Penulis juga pernah aktif sebagai staf Departemen Sosial dan Kesejahteraan Mahasiswa BEM TPB IPB. Bulan Juli–Agustus 2008 penulis melaksanakan Praktik Lapangan di Pusat Penelitian Fisika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (PPF-LIPI) Bandung dengan judul Pencirian Polistirena Tersulfonasi Hasil Sulfonasi Heterogen pada Pelarut Kloroform dan Etil Asetat.
Penulis juga aktif mengikuti lomba karya tulis ilmiah tingkat mahasiswa. Beberapa prestasi yang pernah diraih oleh penulis antara lain Juara I Kompetisi Karya Tulis Mahasiswa Bidang Pendidikan Tingkat IPB tahun 2008, Juara III Lomba Inovasi Teknologi Lingkungan ITS Tingkat Perguruan Tinggi Nasional 2008, Juara II Lomba Penulisan Ilmiah Agroindustri (PIMAGRIN) se-Indonesia Himalogin IPB 2007, dan Juara I Lomba Karya Tulis Ilmiah Nasional BEM FMIPA UNS 2007.
6
DAFTAR ISI
HalamanDAFTAR TABEL..............................................................................................viiiDAFTAR GAMBAR..........................................................................................viiiDAFTAR LAMPIRAN......................................................................................viii
PENDAHULUAN.............................................................................................. 1
METODE............................................................................................................ 1Bahan dan Alat............................................................................................. 1Lingkup Kerja............................................................................................... 1
HASIL................................................................................................................. 2Ciri Bahan Baku........................................................................................... 2Polipaduan Gabus PS−Pati........................................................................... 3Sifat Mekanik (Kuat Tarik).......................................................................... 3Sifat Termal.................................................................................................. 3Bobot Jenis ................................................................................................... 4
PEMBAHASAN................................................................................................. 4Ciri Fisik Polipaduan.................................................................................... 4Kuat Tarik..................................................................................................... 4Sifat Termal.................................................................................................. 5Bobot Jenis.................................................................................................... 5
SIMPULAN DAN SARAN................................................................................ 6Simpulan....................................................................................................... 6Saran............................................................................................................. 6
DAFTAR PUSTAKA......................................................................................... 6LAMPIRAN....................................................................................................... 8
7
DAFTAR TABEL
Halaman1 Formulasi pembuatan polipaduan............................................................... 2
DAFTAR GAMBAR
Halaman1 Struktur (a) monomer PS dan (b) pati......................................................... 12 Gabus polistirena........................................................................................ 3 3 Lembaran film (a) polipaduan tanpa pemlastis,
(b) dengan pemlastis, (c) 100% gabus PS................................................... 34 Data analisis kuat tarik................................................................................ 35 Termogram DSC pada nisbah gabus PS−pati............................................. 36 Bobot jenis polipaduan gabus PS−pati....................................................... 47 Struktur kimia poli(asam laktat)................................................................. 4
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman1 Diagram alir penelitian .............................................................................. 92 Data penentuan bobot molekul gabus PS.................................................... 103 Data penentuan kadar air pati..................................................................... 114 Data penentuan kuat tarik........................................................................... 125 Data pengukuran bobot jenis...................................................................... 13
8
(a)
PENDAHULUAN
Maraknya penggunaan gabus polistirena (PS) saat ini mengakibatkan perlunya upaya untuk
membuatnya menjadi biodegradabel. Oleh karena itu, mulai banyak dikembangkan produk
polimer biodegradabel, salah satunya adalah dengan membuat polipaduan berbasis pati. Telah
banyak penelitian yang melaporkan pembuatan polipaduan pati, di antaranya dengan polipropilena
(Azhari dan Wong 2001), polietilena (Raj et al. 2004), monmorilonit (Kampeerapappun et al.
2006), dan PS melalui teknik polimerisasi suspensi (Kaewtatip dan Tanrattanakul 2008). Siregar
(2009) berhasil mengembangkan polipaduan gabus PS–pati yang bersifat biodegradabel. Gambar 1
menunjukkan struktur monomer PS dan pati.
Perbedaan sifat PS (nonpolar dan hidrofobik) dengan pati (hidrofilik) memerlukan bahan
pengkompatibel agar dihasilkan polipaduan yang homogen. Bahan pengkompatibel yang dapat
digunakan adalah asam akrilat, anhidrida maleat, dan vinil alkohol (Shujun et al. 2005). Bahan lain
yang juga dapat digunakan sebagai bahan pengkompatibel adalah poli(asam laktat) dengan
tambahan optimum sebesar 20%b/b (Siregar 2009). Selain itu, bahan pemlastis juga sering
ditambahkan pada proses pembuatan polipaduan agar dihasilkan produk yang homogen dan
memiliki sifat mekanik yang baik. Bahan pemlastis yang dapat digunakan antara lain air, gliserol,
dan sorbitol (Schlemmer et al. 2007).
Penelitian ini bertujuan membuat polipaduan gabus PS−pati, menganalisis sifat mekanik dan
termal polipaduan yang dihasilkan, mempelajari pengaruh nisbah gabus, dan mempelajari
pengaruh tambahan gliserol pada film yang dihasilkan.
Gambar 1 struktur (a) monomer PS dan
9
(b)
(b) pati.
METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah gabus PS kotak makanan
(komersial), pati singkong, dan poli(asam laktat) (Toyota, Mw 60.000).
Alat-alat analisis yang digunakan adalah viskometer Ostwald, piknometer, alat uji kuat tarik
Torsee PA-104-30, dan alat kalorimetri pemayaran diferensial (DSC) Perkin Elmer.
Lingkup Kerja
Penelitian ini terbagi menjadi dua tahapan (Lampiran 1). Tahap pertama adalah penentuan
bobot molekul sampel gabus PS dilanjutkan dengan pembuatan polipaduan gabus dan tahap kedua
adalah analisis, meliputi analisis mekanik (kuat tarik) dan analisis termal (DSC). Juga dilakukan
penentuan bobot jenis produk untuk mengetahui pengaruh pemlastis.
Penentuan Bobot Molekul Gabus PS
Analisis berdasarkan metode yang dilakukan Kemala (1998). Dibuat larutan gabus PS dalam
toluena dengan ragam konsentrasi 0,1; 0,2; 0,3, dan 0,4%b/v. Kemudian dilakukan pengukuran
waktu alir pelarut murni (t0), yaitu toluena dan setiap konsentrasi larutan polimer menggunakan
viskometer Ostwald, hingga diperoleh t0, t1, t2, t3, dan t4. Selanjutnya nilai viskositas spesifik (ηsp)
dihitung dan dibuat kurva hubungan viskositas tereduksi (ηsp/C) dengan konsentrasi (C). Kemudian
grafik tersebut diekstrapolasi ke konsentrasi nol, sehingga diperoleh viskositas intrinsik (η). Bobot
molekul diperoleh melalui Persamaan 1 yang dikemukakan oleh Mark-Houwink-Sakurada (Chuah
et al. 2001):
[η] = KMva …1
dengan:
η = viskositas intrinsik
K = tetapan 11 × 10-5
a = 0,725 (Danusso dan Moraglio 1957)
Mv = Massa molekul relatif
Preparasi Polipaduan Gabus PS−Pati
Polipaduan gabus PS-pati dibuat melalui modifikasi metode Felani (2010). Gabus PS
dipotong-potong dengan ukuran 2 cm2, dilarutkan dalam diklorometana, dan diaduk hingga
homogen dengan pengaduk magnet sehingga dihasilkan larutan gabus PS. Pati yang telah
dikeringkan di dalam oven pada suhu 80 ºC selama 24 jam sampai kadar airnya tetap (Bikiaris et
al. 1997), dilarutkan dalam diklorometana kemudian diaduk hingga homogen dengan pengaduk
10
magnet. Ke dalam larutan pati ditambahkan sebanyak 2 gram (20%b/v) poli(asam laktat) dan
pengadukan dilanjutkan hingga homogen. Bobot gabus PS dan pati diragamkan berdasarkan
nisbah gabus PS : pati (Tabel 1). Setelah larutan gabus PS dan pati-poli(asam laktat) homogen,
keduanya dicampurkan dan diaduk dengan laju pengadukan 300 rpm selama 3 jam. Dibuat ragam
perlakuan pada saat pencampuran, yaitu dengan tambahan gliserol dan tanpa tambahan gliserol.
Tabel 1 Formulasi pembuatan polipaduan
Komposisi Bobot sampel (g) Bobot
gliserol
(g)
Gabus PS:Pati
(%)
Gabus
PSPati
60:40 5,00 3,00 -
65:35 5,50 2,50 -
70:30 6,00 2,00 -
75:25 6,50 1,50 -
80:20 7,00 1,00 -
60:40 4,75 2,75 0,50
65:35 5,25 2,25 0,50
70:30 5,75 1,75 0,50
75:25 6,25 1,25 0,50
80:20 2,75 0,75 0,50
Setelah diaduk selama 3 jam campuran polipaduan dicetak di atas pelat kaca kemudian
dikeringudarakan selama 10 menit. Film yang dihasilkan dipindahkan untuk dianalisis bobot jenis,
sifat mekanik, dan sifat termalnya.
Analisis Kuat Tarik (TAPPI T404-CM-92)
Analisis mengacu pada Technical Association of the Pulp and Paper Industry (TAPPI) No.
T404. Film yang akan dianalisis dipotong dengan ukuran panjang 18 cm dan lebar 1 cm.
Kemudian spesimen dijepitkan pada alat uji tarik universal dan ditarik dengan kecepatan konstan
dan beban maksimum 5 kgf. Dari nilai yang diperoleh dapat ditentukan besarnya kuat tarik dan
persentase perpanjangan dengan menggunakan Persamaan 2 dan Persamaan 3.
…2
Keterangan :
= kuat tarik (MPa)
Fmaks = tegangan maksimum (N)
A = luas penampang lintang (mm2)
…3
11
Keterangan :
%E = perpanjangan (%)
ΔL = pertambahan panjang spesimen (mm)
L = panjang spesimen mula-mula (mm)
Analisis Sifat Termal
Analisis sifat termal dilakukan dengan alat DSC. Sampel ditempatkan di atas wadah yang
terbuat dari kuarsa yang terletak di dalam tungku pemanas (furnace) pada alat DSC. Pengukuran
dilakukan rentang suhu 50−200 ºC dengan kecepatan 20 ºC/menit. Data yang dihasilkan dalam
bentuk termogram.
Penentuan Bobot Jenis
Sampel dipotong dengan ukuran yang sama, kemudian dimasukkan ke dalam piknometer yang
telah diketahui bobot kosongnya (W0). Bobot piknometer dan sampel dicatat sebagai W1. Ke dalam
piknometer yang berisi potongan sampel ditambahkan akuades hingga tidak terdapat gelembung
udara, kemudian ditimbang bobotnya (W2).
Bobot piknometer berisi air juga ditimbang dan bobotnya dicatat sebagai W3. Suhu air dan
suhu udara dicatat untuk menentukan faktor koreksi suhu. Bobot jenis sampel dihitung
menggunakan Persamaan 4:
…4
Keterangan:
D = bobot jenis sampel (g/mL)
W0 = bobot piknometer kosong (g)
W1 = bobot piknometer sampel (g)
W2 = bobot piknometer + air (g)
W3 = bobot piknometer + air + sampel (g)
DI = bobot jenis air (g/ml)
Da = bobot jenis udara (g/ml)
12
HASIL
Ciri Bahan Baku
Bobot molekul relatif (Mv) sampel gabus PS (Gambar 2) yang ditentukan dengan viskometer
Ostwald menghasilkan Mv sebesar 4461 g/mol. Lampiran 2 menunjukkan rincian perhitungan Mv.
Gambar 2 Gabus polistirena.
Polipaduan Gabus PS−Pati
Hasil pembuatan film polipaduan gabus menunjukkan ciri film yang berwarna putih keruh
dan cukup rapuh. Tidak ada perbedaan yang mencolok pada warna film yang dihasilkan pada
setiap perlakuan. Hasil foto dengan menggunakan kamera digital ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3 Lembaran film polipaduan tanpa pemlastis (atas) dan dengan pemlastis (bawah).
13
80:20 Tanpa pemlastis
Selain itu, dapat diamati bahwa dengan tambahan gliserol sebagai pemlastis terbentuk
granula-granula kecil berwarna putih yang muncul sesaat setelah tambahan gliserol, sehingga film
yang dihasilkan tanpa tambahan gliserol tampak lebih homogen (Lampiran 3). Tambahan gliserol
secara fisik mengurangi kerapuhan film yang dihasilkan. Film yang terbentuk dari 100% gabus PS
menunjukkan warna yang transparan.
Sifat Mekanik (Kuat Tarik)
Hasil pengukuran kuat tarik menunjukkan bahwa terjadinya peningkatan kuat tarik dengan
meningkatnya nisbah gabus PS. Pengaruh tambahan pemlastis juga terlihat menurunkan kuat tarik
polipaduan gabus (Gambar 4). Namun, persentase perpanjangan menunjukkan hasil yang
seragam, yaitu 5,56% untuk semua perlakuan (Lampiran 4).
Gambar 4 Data analisis kuat tarik:
▲= tanpa pemlastis, ● = dengan pemlastis.
Sifat Termal
Hasil pencirian dengan penggunakan alat DSC pada sampel dengan nisbah gabus PS−pati
60:40 dan 80:20 (dengan tambahan pemlastis dan tanpa tambahan pemlastis) ditunjukkan pada
Gambar 5. Berdasarkan termogram DSC yang dihasilkan, diperoleh suhu transisi kaca (Tg) film
100% gabus PS adalah 100,15 ºC. Polipaduan dengan nisbah gabus PS−pati 60:40 tidak
menunjukkan Tg di daerah gabus PS. Pada nisbah tersebut hanya teramati puncak pelelehan
polipaduan pada suhu 162−165 ºC. Polipaduan dengan nisbah gabus PS−pati 80:20 menunjukkan
Tg pada 97,49 ºC (dengan pemlastis) dan 97,19 ºC (tanpa pemlastis). Puncak pelelehan polipaduan
teramati pada kisaran suhu yang sama dengan gabus PS.
14
Tg
Tg
Tg
(a)
(b)
(c)(d)(e)
Gambar 5 Termogram DSC pada nisbah gabus PS−pati: (a) 80:20 dengan pemlastis, (b) 80:20
tanpa pemlastis, (c) 60:40 dengan pemlastis, (d) 60:40 tanpa pemlastis, dan (e) 100% gabus PS.
Bobot Jenis Polipaduan
Pencirian bobot jenis pada produk polipaduan yang dihasilkan menunjukkan adanya
kecenderungan peningkatan bobot jenis dengan meningkatnya nisbah gabus PS Data rincian
analisis bobot jenis polipaduan ditunjukkan pada Lampiran 5. Selain itu, dapat diamati pula bahwa
tambahan gliserol sedikit menurunkan bobot jenis polipaduan yang dihasilkan. Bobot jenis
polipaduan berkisar pada 1,0728−1,4555 g/ml. Gambar 6 menunjukkan pola peningkatan bobot
jenis polipaduan gabus PS−pati.
Gambar 6 Bobot jenis = gabus PS 100%, polipaduan gabus PS−pati: = tanpa pemlastis, =
dengan pemlastis.
15
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
100% PS 60:40 65:35 70:30 75:25 80:20
Nisbah gabus PS-pati
Bob
ot je
nis
(g/m
l)
PEMBAHASAN
Ciri Fisik Polipaduan
Film polipaduan gabus berwarna keruh tetapi tampak homogen. Film dikatakan homogen jika
tidak terlihat lagi perbedaan antara komponen-komponen penyusunnya, baik dalam bentuk,
ukuran, maupun warna karena komponen-komponennya telah tercampur secara merata (Rosida
2007). Hal ini menunjukkan bahwa poli(asam laktat) yang ditambahkan ke dalam campuran pati
mampu menjadi bahan pengkompatibel antara gabus PS dan pati.
Gabus PS secara alamiah memiliki sifat nonpolar dan hidrofobik mampu bercampur dengan
pati yang bersifat hidrofilik melalui bantuan poli(asam laktat) sebagai bahan pengkompatibel.
Poli(asam laktat) merupakan suatu polimer yang memiliki struktur dengan gugus hidrofilik
maupun hidrofobik (Gambar 7). Dengan demikian, poli(asam laktat) mampu mengatasi perbedaan
sifat antara gabus PS dan pati melalui interaksi secara fisik (Siregar 2009).
Gambar 7 Struktur kimia poli(asam laktat).
Film polipaduan yang dihasilkan bersifat rapuh. Hal ini dapat disebabkan oleh rendahnya
bobot molekul bahan baku gabus PS yang digunakan. Bobot molekul rerata gabus PS yang
digunakan pada penelitian ini adalah 4461 g/mol. Secara umum Carraher (2003) menyatakan
bahwa bobot molekul sangat berpengaruh pada kekuatan mekanik suatu polimer. Polimer dengan
bobot molekul yang rendah akan memiliki kekuatan mekanik yang rendah pula. Dengan demikian,
pemanfaatan polipaduan gabus kurang cocok untuk dijadikan sebagai produk berupa lembaran
atau film, melainkan produk yang memiliki ketebalan yang cukup untuk menutupi sifatnya yang
rapuh.
Kuat Tarik
Uji tarik suatu bahan dapat memberikan informasi mengenai sifat mekanik bahan seperti kuat
tarik dan perpanjangan. Berdasarkan hasil analisis kuat tarik, peningkatan nilai kuat tarik terjadi
seiring dengan meningkatnya nisbah gabus PS. Tambahan pati menyebabkan polipaduan semakin
rapuh dan memiliki kuat tarik yang rendah. Hal ini juga sesuai dengan laporan Nawang et al.
16
(2001) dan Shujun et al. (2005) yang mengamati pengaruh tambahan pati pada komposit
polietilena−pati. Menurunnya kuat tarik ini dapat disebabkan oleh amilopektin yang merupakan
salah satu komponen penyusun pati. Amilopektin adalah komponen penyusun pati yang memiliki
struktur bercabang dan tidak teratur sehingga bersifat amorf. Semakin besar nisbah pati dalam
polipaduan semakin meningkat sifat amorf pada polipaduan tersebut.
Kuat tarik polipaduan yang dihasilkan berada pada kisaran 4,0−4,8 MPa (tanpa pemlastis) dan
2,9−4,5 MPa (dengan pemlastis). Hasil tersebut tidak berbeda jauh dengan laporan Agranoff
(1977) yang menyatakan kuat tarik gabus PS berada pada kisaran 2,1−9,1 MPa dan memiliki
persentase perpanjangan 2−8%. Besarnya kuat tarik dipengaruhi oleh bobot molekul dan jenis
polistirena yang digunakan. Polistirena yang tidak berbentuk gabus dapat memiliki kuat tarik
hingga 30 MPa (Mark 1999).
Faktor lain yang juga dapat menyebabkan penurunan kuat tarik polipaduan ini adalah jenis
interaksi yang terjadi. Siregar (2009) menyatakan bahwa interaksi yang terjadi pada polipaduan
gabus PS−pati adalah interaksi secara fisik. Dengan demikian, interaksi yang hanya terjadi secara
fisik dari dua bahan yang memiliki sifat yang berbeda menyebabkan semakin lemahnya interaksi
yang terjadi.
Uji kuat tarik juga bertujuan mengevaluasi pengaruh tambahan gliserol pada campuran
polipaduan gabus PS−pati. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa tambahan gliserol
berpengaruh pada penurunan kuat tarik. Nilai kuat tarik produk dengan tambahan gliserol masih
berada pada kisaran kuat tarik gabus PS. Hasil ini sesuai dengan prinsip kerja gliserol yang
berfungsi sebagai bahan pemlastis. Kemala (1998) menyatakan bahwa pemlastis menyebabkan
gaya kohesi antar−rantai akan berkurang dan akan menurunkan kuat tarik.
Sifat Termal
Analisis sifat termal pada polipaduan gabus PS−pati menunjukkan puncak pelelehan
polipaduan pada kisaran 162−165 ºC. Hal ini menunjukkan bahwa polipaduan yang terbentuk telah
homogen. Hal ini didukung oleh suhu pelelehan yang lebih tinggi dari suhu pelelehan pati, yaitu
160 ºC dan lebih rendah dari suhu pelelehan gabus PS, yaitu 200 ºC (Mark 1999).
Pola puncak pelelehan lain juga teramati pada polipaduan dengan nisbah gabus PS−pati 60:40.
Puncak pelelehan teramati memiliki dua puncak yang tergabung. Hal ini disebabkan oleh
meningkatnya nisbah pati sehingga muncul dua puncak pelelehan yang saling berhimpit.
Polipaduan dengan nisbah gabus PS yang besar (80%) teramati memiliki Tg pada kisaran
97,0−97,5 ºC. Nilai Tg tersebut berada pada kisaran Tg gabus PS. Sampel dengan 100% gabus PS
teramati memiliki Tg pada 100,15 ºC. Nilai Tg yang sedikit lebih rendah tersebut dapat disebabkan
oleh adanya pati (20%) pada polipaduan. Hal ini didukung oleh Pimentel et al. (2007) yang
menyatakan bahwa kandungan pati pada polipaduan gabus PS−pati dapat menurunkan Tg.
Meningkatnya nisbah gabus PS pada polipaduan menyebabkan teramatinya Tg polipaduan pada
kisaran Tg gabus PS.
17
Pengaruh pemlastis pada penurunan Tg tidak teramati. Menurut Kemala (1998) pemlastis
dapat menurunkan interaksi antarmolekul pada rantai polimer, sehingga derajat kebebasan rantai
polimer meningkat dan entropi sistem bertambah. Oleh karena itu, polimer akan lebih mudah
mengalami perubahan dari keadaan kaku ke keadaan fleksibel dan nilai Tg menurun. Dengan
demikian, tidak terjadi perubahan sifat termal yang berarti pada polipaduan gabus PS−pati
dibandingkan dengan gabus PS.
Bobot Jenis
Peningkatan bobot jenis terjadi dengan meningkatnya nisbah gabus PS. Peningkatan bobot
jenis polipaduan juga terjadi seiring dengan peningkatan kuat tarik. Hal ini didukung oleh Kemala
(1998) yang melaporkan bahwa bobot jenis suatu polimer akan meningkat apabila kuat tarik,
kekerasan, dan kekakuannya meningkat.
Bobot jenis polipaduan berada pada kisaran bobot jenis gabus PS, yaitu sebesar
1,0728−1,4555 g/ml. Mark (1999) melaporkan bahwa bobot jenis PS sebesar 1,1 g/ml. Bobot
jenis polipaduan meningkat seiring dengan peningkatan nisbah PS. Hal ini dapat disebabkan oleh
meningkatnya keteraturan molekul dalam polipaduan dengan meningkatnya nisbah gabus PS.
Peningkatan bobot jenis ini dapat disebabkan oleh dominasi gabus PS yang bersifat linear
sehingga penyusunan molekul dalam polipaduan yang dihasilkan menjadi teratur. Selain itu,
tambahan pati yang memiliki komponen amilopektin juga menyebabkan turunnya keteraturan
molekul polipaduan. Oleh karena itu, peningkatan nisbah pati menyebabkan turunnya bobot jenis
polipaduan.
Pengaruh pemlastis juga dapat diamati dengan mengukur perubahan bobot jenis pada
polipaduan yang dihasilkan. Dengan tambahan pemlastis, maka keteraturan molekul di dalam
polipaduan akan menurun sehingga bobot jenis polipaduan juga akan mengalami penurunan. Hal
ini ditunjukkan dengan hasil yang diperoleh bahwa terjadi penurunan bobot jenis dengan tambahan
pemlastis (Gambar 5). Bobot jenis tidak menurun secara signifikan akibat tambahan pemlastis.
Dengan demikian, penggunaan polipaduan gabus PS−pati dapat digunakan sebagai bahan
pembentuk gabus. Perbedaan kepolaraan diduga menjadi faktor penyebab gliserol tidak
menurunkan bobot jenis secara signifikan pada polipaduan gabus PS−pati. Hal ini juga didukung
oleh terbentuknya granula-granula yang terbentuk pada polipaduan dengan tambahan gliserol.
18
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Polipaduan gabus PS−pati berhasil dibuat dengan tambahan 20% poli(asam laktat) sebagai
bahan pengkompatibel. Kuat tarik polipaduan berada pada kisaran kuat tarik gabus PS sehingga
dapat digunakan sebagai bahan pembentuk gabus. Nisbah gabus PS−pati 80:20 memiliki kuat tarik
paling baik. Analisis sifat termal menunjukkan polipaduan yang dihasilkan telah homogen.
Tambahan gliserol sebagai pemlastis sedikit menurunkan kuat tarik dan bobot jenis polipaduan,
serta tidak mengubah sifat termal.
Saran
Perlu dilakukan pengujian pengaruh ragam laju pengadukan pada nisbah gabus PS−pati 80:20.
Juga perlu dilakukan analisis morfologi polipaduan dengan menggunakan mikroskop elektron
payaran (SEM).
19
DAFTAR PUSTAKA
Azhari CH, Wong SF. 2001. Morphology−Mechanical Property Relationship of Polypropylene/Starch Blends. Pakistan Journal of Biological Sciences 4:693−695.
Bikiaris D, Prinos, Panayiotou C. 1997. Effect of EAA and Starch on the Termooxidative Degradation of LDPE. Polymer Degradation and Stability 56:1−9.
Carraher CE. 2003. Polymer Chemistry: An Introduction Ed Ke-4. New York: Marcel Dekker.
Chuah HH, Lin-Vien D, Soni U. 2001. Poly(trimethylene terepthalate) molecular weight and Mark-Houwink equation. Polymer 42:7137−7139.
Danusso F, Moraglio G. 1957. Some solution properties of isotactic and atactic polystyrenes. Journal of Polymer Science 24:161−172.
Felani N. 2010. Sifat mekanis polipaduan polistirena-pati menggunakan zat pemlastis epoksida minyak jarak pagar. [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Kaewtatip K, Tanrattanakul V. 2008. Preparation of cassava starch grafted with polystyrene by suspension polymerization. Carbohydrate Polymers 73:647−655.
Kampeerapappun P. et al. 2007. Preparation of Cassava Starch/Montmorillonite Composite film. Carbohydrate Polymers 67:155−164.
Kemala T. 1998. Pengaruh Zat Pemlastis Dibutil Ftalat pada Polyblend Polistirena-Pati. [tesis]. Bandung: Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
Mark JE. 1999. Polymer Data Handbook. New York: Oxford University.
Nawang R. et al. 2001. Mechanical properties of sago starch-filled linear low density polyethylene (LLDPE) composites. Polymer Testing 20:167−172.
Pimentel TAPF et al. 2007. Preparation and characterization of blends of recycled polystyrene with cassava starch. Journal of Material Sciences 42:7530−7536.
Raj B, Udaya SK, dan Siddaramaiah. 2004. Low Density Polyethylene Starch Blend Films For Food Packaging Applications. Advances in Polymer Technology 23:32-45.
Rosida A. 2007. Pencirian Polipaduan Poli(asam laktat) Dengan Polikaprolakton. [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Schlemmer D, Oliveira ER, Sales MJA. 2007. Polystyrene/thermoplastic Starch Blends with Different Plasticizers. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 87: 635–638.
Shujun W, Jiugao Y, Jinglin Y. 2005. Preparation and Characterization of Compatible Thermoplastic Starch/polyethylene blends. Polymer Degradation and Stability 87:395−401.
Siregar BA. 2009. Karakterisasi dan Biodegradasi Polipaduan (Styrofoam-Pati) dengan Poli(asam laktat) sebagai Bahan Biokompatibel. [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
[TAPPI] Technical Association of the Pulp and Paper Industry. 1992. Tensile Breaking Strength and Elongation of Paper and Paperboard (Using Pendulum-Type Tester). Georgia: TAPPI; (TAPPI Standard: T404-CM-92).
20
Gabus polistirenadilarutkan dalam diklorometana
Patidilarutkan dalam diklorometana
Ditambahkan poli(asam
laktat)
Dicampurkan dan diaduk selama 3 jam
Dicetak di atas pelat kaca
Analisis bobot jenisAnalisis mekanik (kuat tarik)
Analisis termal (DSC)
LAMPIRAN
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
21
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Konsentrasi (g/ml)
Vis
kosi
tas
tere
duks
i
Lampiran 2 Data penentuan bobot molekul gabus PS
Waktu alir toluena (t0)
Ulangan Waktu alir (detik)1 7,522 7,673 7,44
Rerata 7,54
Waktu alir gabus polistirena dalam pelarut toluena (t)
Konsentrasi larutan polimer (%b/v)
0,1 0,2 0,3 0,4
Waktu alir (detik) 7,88 8,30 8,98 9,557,91 8,27 8,87 9,557,82 8,39 8,85 9,60
Rerata 7,87 8,32 8,90 9,57
Perhitungan untuk membuat grafik penentuan bobot molekul polimert0 t ηsp = (t-t0)/t0 C ηsp/C
7,54 7,87 0,0438 0,1018 0,42997,54 8,32 0,1034 0,2006 0,51577,54 8,90 0,1804 0,3044 0,59257,54 9,57 0,2692 0,4050 0,6648
Grafik hubungan konsentasi dengan viskositas tereduksi
Dari grafik di atas diperoleh persamaan garis: y = 0,7708x + 0,3558, R2 = 0,9980Titik potong pada sumbu y = viskositas intrinstik [η] = 0,3558
22
80:20 Tanpa pemlastis
Bobot molekul gabus PS:[η] = KMv
a Mv = (η/K)1/a K = 11,0 × 10-5 (ml/g), a = 0,725 (Danusso dan Moraglio 1957)Sehingga diperoleh, Mv = 4461 g/mol
Lampiran 3 Lembaran polipaduan gabus PS−pati
23
Lampiran 4 Data penentuan kuat tarik
Panjang spesimen awal = 180 mmFaktor konversi: 1 kgf = 98,1 N
Sampel* Tebal (mm)
Perpanjangan (mm)
Persentasi Perpanjangan
Tegangan (kgf)
Gaya (N)
Kuat Tarik (MPa)
Rerata kuat tarik
(MPa)Dengan Pemlastis
60:40 1,3 10 5,56% 5,33 52,2873 4,02214,0221
1,3 10 5,56% 5,33 52,2873 4,0221
65:35 1,1 10 5,56% 4,44 43,5564 3,95974,1380
1,1 10 5,56% 4,84 47,4804 4,3164
70:30 1,3 10 5,56% 5,97 58,5657 4,50514,4183
1,3 10 5,56% 5,74 56,3094 4,3315
75:25 1,2 10 5,56% 5,88 57,6828 4,80694,6802
1,2 10 5,56% 5,57 54,6417 4,5535
80:20 1,1 10 5,56% 5,24 51,4044 4,67314,8560
1,1 10 5,56% 5,65 55,4265 5,0388Tanpa Pemlastis
60:40 1,3 10 5,56% 3,73 36,5913 2,81472,8826
1,3 10 5,56% 3,91 38,3571 2,9505
65:35 1,2 10 5,56% 4,82 47,2842 3,94043,7564
1,2 10 5,56% 4,37 42,8697 3,5725
70:30 1,2 10 5,56% 5,66 55,5246 4,62714,0303
1,2 10 5,56% 4,20 41,2020 3,4335
75:25 1,1 10 5,56% 4,57 44,8317 4,07564,1960
1,1 10 5,56% 4,84 47,4804 4,3164
80:20 1,1 10 5,56% 4,81 47,1861 4,28964,4948
1,1 10 5,56% 5,27 51,6987 4,6999
* komposisi gabus PS : pati (%)
Contoh perhitungan:
%Perpanjangan =
24
Kuat tarik =
Lampiran 5 Data pengukuran bobot jenis
Suhu pada saat percobaan 28 ºCDI = 0,99623 g/mLDa = 0,00125 g/mL
Sampel W0 W1 W2 W3 DDengan Pemlastis
60:40 14,1652 14,1680 19,3914 19,3912 1,072865:35 14,1652 14,1679 19,4150 19,4148 1,075870:30 14,1652 14,1673 19,4059 19,4055 1,230375:25 14,4984 14,5022 20,3730 20,3720 1,351680:20 14,4990 14,5006 20,3572 20,3567 1,4485
Tanpa Pemlastis60:40 14,5003 14,5153 20,3545 20,3530 1,106865:35 14,2941 14,2947 19,4633 19,4632 1,195270:30 14,2938 14,2948 19,4649 19,4647 1,245075:25 14,4984 14,4999 20,3704 20,3700 1,358080:20 14,4984 14,5003 20,3764 20,3758 1,4555
100% gabus PS 14,2938 14,2954 19,4602 19,4598 1,3279
Contoh perhitungan :
25