BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Serat Tandan Kosong Sawit dan Bahan Selulosa

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Serat Tandan Kosong Sawit dan Bahan Selulosa Tandan kosong sawit (TKS) merupakan salah satu limbah padat yang dihasikan oleh industri perkebunan kelapa sawit yang banyak mengandung serat (Nuryanto, 2000).

Diperkirakan saat ini limbah TKS di Indonesia mencapai 20

juta ton. Sampai saat ini, pemanfaatan TKS masih relatif terbatas, yaitu digunakan langsung sebagai mulsa di perkebunan kelapa sawit, atau dibakar dalam incinerator dan abunya dimanfaatkan sebagai subtitusi pupuk kalium. Pemanfaatan TKS sebagai pupuk kalium atau mulsa masih dinilai tidak ekonomis, karena biaya transportasi dari pabrik kelapa sawit dan penyebarannya di kebun kelapa sawit memerlukan biaya yang relatif tinggi. Di samping itu pembakaran TKS di incinerator menyebabkan terjadi polusi udara. Ditinjau dari sifak fisik, morfologi, dan komposisi kimia TKS, sebenarnya TKS dapat digunakan sebagai bahan baku potensial untuk pengisi atau penguat komposit polimer. Hal ini disebabkan pada TKS kandungan seratnya mencapai sekitar 70 % dan komposisi kimia TKS mengandung selulosa yang cukup banyak yaitu 37,76%.

Seperti

bahan kayu dan jaringan penunjang tumbuh-tumbuhan lainnya menurut Darnoko dkk (2001) dan Wirjosentono (1999) komposisi kimia tandan kosong sawit limbah kelapa sawit terdiri dari selulosa (37,76%), lignin (22,23%), holoselulosa (66,07%) dan bahan terestraksi (7,78%). Dari komposisi di atas serat limbah kelapa sawit yang berasal dari tandan kosong kelapa sawit dapat diolah menjadi selulosa dengan penghilangan lignin. Dua bagian tandan kosong kelapa sawit

Universitas Sumatera Utara

yang banyak mengandung selulosa adalah bagian pangkal dan bagian ujung tandan kosong sawit yang agak runcing dan agak keras. Komposisi kimia dari serat tandan kosong sawit dapat dilihat pada tabel 2.1 dan terlihat kandungan lignin, ekstraktif, pentosan dan abu cukup tinggi.

Tabel 2.1. Komposisi kimia tandan kosong sawit No

Parameter

Kandungan

1.

Lignin

22,60

2.

A-Selulosa

45,80

3.

Holoselulosa

71,80

4.

Pentosa

25,90

5.

Kadar abu

6.

Kelarutan dalam

1,60

- Air dingin

13,89

-Air panas

2,50

-Alkohol benzen

4,20

-NaOH 1 %

19,50

(Purwito, 2005 dan Nuryanto, 2000 )

Komposisi serat alam terdiri dari selulosa, hemiselulosa, lignin pektin, lilin dan abu. Beberapa komposisi kimia serat alam dari beberapa jenis serat alam yang telah pernah diuji dapat dilihat pada tabel 2.2.


Tabel 2.2 Komposisi kimia dari beberapa serat alam Jenis serat

Selulosa

Lignin

(%)

(%)

Hemiselulosa atau Pentosa (%)

Pektin

Flaks

71

2,1

18,6 – 20,6

2,3

Jerami

43 - 47

21 – 23

24 - 26

-

Jut

45 – 71,5

12 – 26

13,6 - 21

-

Kenaf

31 - 57

15 – 19

21,5 - 23

0,2

Hemp

57 - 77

3,7 – 13

14 – 22,4

0,9

(Mohanty AK, Misra M, Drzal LT,2001) Pengujian limbah sawit dari tandan kosong sawit sudah pernah diuji dalam kegiatan penelitian Purwito (2005), Darnoko (2001) dan Nuryanto (2000). Berdasarkan hasil pengujian sifat kimia tandan kosong sawit dapat dilihat pada tabel 4.2 alfa selulosanya cukup tinggi (45,80 %), lignin 22,60 %, pentosa 25 90 % dan hampir sama dengan kadar selulosa dan lignin dalam kayu. Menurut Laurent ( 1998) komposisi kimia kayu terdiri dari selulosa 47 %, lignin 24 %, hemiselulosa 29 % dan ekstraktif 8 %. Sedangkan hasil pengujian sifat fisiknya terlihat pada tabel 2.3 ternyata kekuatan tariknya cukup tinggi dan daya ikatnya cukup baik

Sementara itu dari hasil penelitian isolasi lignin pada TKS yang telah dilakukan

oleh Sulhatun (2005) dapat dilihat pada tabel 2.4,

menunjukkan bahwa kadar lignin maksimum yang dihasilkan dari proses


ekstraksi tandan kosong sawit adalah 64,895 dengan kemurnian 90 % pada kondisi proses 1600C, waktu reaksi 4 jam dan konsentrasi basa 20 %. Tabel .2.3 Sifat Fisik dan Morfologi Serat TKS Parameter

TKS bagian pangkal

TKS bagian ujung

1.20

0,76

Diameter serat, μm (D)

15,0

114,34

Diameter Lumen, μm (l)

8,04

6,99

Tebal dinding, μm(W) Bilangan Rumkel (2W/l)

3,49

3,68

0,87

1,05

Kelangsingan (L/D)

79,95

53,00

Kelemasan (l/D)

0,54

0,49

Kadar serat (%)

72,67

62,47

Bukan serat (%)

27,33

37,53

Panjang serat, mm Rata-rata (L)

(Darnoko, dkk, 1995) Tabel 2.4 Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap persentase kadar lignin pada isolasi lignin TKS No

Waktu ekstraksi

Konsentrasi

Kadar lignin

(jam)

NaOH

(%)

1

1

5%

8,745

2

2

10 %

16,44

3

3

15 %

34,80

4

4

20 %

64,895

(Sulhatun, 2005)


2.2. Komposisi Kimia Serat Tandan Kosong Sawit Serat tandan kosong sawit terdiri dari zat organik yaitu selulosa, hemiselulosa, lignin, pektin, ekstraktif dan juga zat organik yang berbeda-beda (Darnoko, 1995). Gabungan molekul selulosa dan hemiselulosa membentuk mikrofibril yang membentuk lamela dan seterusnya bersatu dengan lignin untuk membentuk dingding sel-sel kayu. 2.2.1. Selulosa Jaringan berserat dalam dinding sel mengandung polisakarida selulosa. Polisakarida ini adalah polimer alam yang paling banyak terdapat dan paling tersebar di alam. Jutaan ton selulosa digunakan setiap tahun untuk membuat perabot kayu, tekstil dan kertas. Sumber utama selulosa ialah kayu. Umumnya kayu mengandung sekitar 42% selulosa, lignin 28% dan hemiselulosa 28% (Lauren, 1996). Pemisahan selulosa dari kayu melibatkan pencernaan kayu dengan larutan belerang dioksida dan hidrogen sulfit (bisulfit) dalam air pada proses sulfit, atau larutan natrium hidroksida dan natrium sulfida dalam air pada proses sulfat (kraf). Pada kedua proses ini lignin dilarutkan sehingga diperoleh selulosa. Ekstraksi dilakukan dengan mereaksikannya dengan larutan natrium hidroksida di bawah tekanan, yang kemudian dilanjutkan dengan pengelantangan dengan gas klor klasium hipokrolit. Sumber lain selulosa ialah kapas, yang hampir seluruhnya memang selulosa. 2.2.1.1.Struktur molekul selulosa Rumus molekul selulosa ialah (C6H10O5)n dan n dapat berupa angka ribuan. Sangat sukar untuk mengukur massa molekul nisbi selulosa, karena (1)


tidak banyak pelarut untuk selulosa, (2) selulosa sangat cenderung terombak selama

proses dan (3) cukup rumit menggunakan selulosa dari sumber yang

berbeda. Cara yang acap kali dipilih ialah menitratkan selulosa dengan cara tak merusak, dan massa molekul nisbi bagi selulosa kapas sekitar satu juta. Selulosa dibangun oleh rangkaian glikosa yang tersambung melalui - β 1,4. Untuk memahami peristilahan ini pertama-tama kita harus melihat struktur glukosa itu sendiri. Glukosa mempunyai rumus molekul C6H12O6. Dengan kata lain kita dapat menggambarkan struktur glukosa sebagai rantai lurus ataupun struktur cincin. Struktur cincin dapat terbentuk dari hasil pembentukan hemiasetal internal. Namun, penelahan yang mendalam terhadap mekanisme ini menunjukkan bahwa terdapat

dua kemungkinan bagi konfigurasi glukosa,

bergantung pada bahwa terdapat dua kemungkinan pada cara gugus -OH pada atom korban nomor 1 (C1) diarahkan. Bilamana gugus - OH pada atom karbon C nomor satu terarah ke bawah, glukosa mengambil bentuk α , bilamana gugus – OH terarah ke atas disebut bentuk

β . Dalam larutan, kedua bentuk itu

seimbang, karena glukosa menunjukkan sifat mereduksi seperti aldehida (bereaksi dengan pereaksi Tollens dan larutan Fehling), hal ini membuktikan adanya sejumlah kecil struktur terbuka atau struktur rantai lurus. Telah dikemukakan bahwa polisakarida dibangun dari banyak kesatuan monosakarida yang saling bergabung dengan melepaskan air,

dan hasilnya ialah deret ikatan glikosida

(jembatan oksigen). Deret ikatan glikosida dalam selulosa antara C1 dari satu kesatuan C4 dari kesatuan berikutnya diperlihatkan pada gambar 2.1. Hal ini juga


menjadi bukti mengapa selulosa tergolong bukan pereduksi, karena titik ikatan adalah pada atom karbon nomor satu pereduksi.

Gambar 2.1. : Ikatan β 1,4 - glikosida selulosa

Gambar 2.2. Selulosa

Source: http://www.lsbu.ac.uk/water/hycel.html

Ditinjau dari struktur, dapat saja diharapkan selulosa mempunyai kelarutan yang besar dalam air, karena banyaknya kandungan gugus hidroksi yang dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air (antaraksi yang tinggi antara pelarut-


pelarut). Akan tetapi kenyataannya tidak demikian, dan selulosa bukan hanya tidak larut dalam air tetapi juga dalam pelarut lain. Penyebabnya ialah kekuatan rantai dan tingginya gaya antar rantai

akibat ikatan

hidrogen antara gugus

hidroksil pada rantai yang berdekatan. Faktor ini dipandang menjadi penyebab kekeristalan yang tinggi dari serat selulosa. Jika ikatan hidrogen berkurang, gaya antaraksipun berkurang, dan oleh karenanya gugus hidoksil selulosa harus diganti sebagian atau seluruhnya oleh pengesteran. Hal ini dapat dilakukan, dan ester yang dihasilkan

larut dalam sejumlah pelarut. Selulosa juga larut dalam

larutan tembaga (II) hidroksida berammonia. Pembentukan kompleks yang melibatkan gugus hidroksil selulosa, ion Cu2+, dan ammonia menjelaskan gejala larutnya selulosa dalam larutan tembaga (II) hidroksida beramonia.

2.2.1.2. Turunan Selulosa Selulosa yang secara langsung

dapat dijadikan serat sangatlah terbatas.

Yang lebih lazim dilakukan ialah memproses larutan turunan selulosa, dan kemudian membuat polimer itu menjadi bentuk yang dikehendaki (misalnya serat atau lapisan tipis) setelah selulosa dikembalikan lagi. selulosa yang diperoleh dengan cara itu disebut selulosa teregenerasi. Serat yang dibuat dari selulosa disebut rayon, dan pembuatannya dilakukan dengan menggunakan cara di atas. Misalnya proses awal untuk menghasilkan serat selulosa teregenerasi melibatkan reaksi selulosa dengan larutan tembaga (II) hidroksi beramonia. Larutan yang dihasilkan kemudian ditekan melalui kepala pemintal ke dalam larutan asam untuk meregenerasi selulosa dalam bentuk benang yang panjang. Kemungkinan


lain cara regenerasi ialah melarutkan selulosa dalam larutan natrium hidroksida dan karbon disulfida. Larutan yang dihasilkan disebut viskosa, disemprotkan melalui kepala pemintal ke dalam larutan asam, dan selulosa diregenerasi sebagai serat yang dapat diproses lebih lanjut. Hasil proses ini disebut rayon viskosa, yang kini menjadi serat utama tekstil. Kemungkinan lain ialah jika larutan viskosa ditekan melalui celah tipis ke dalam larutan asam, lalu selulosa diregenerasi sebagai lapisan tipis, dan jika diproses lebih lanjut dapat digunakan sebagai selopan. Selulosa nitrat pertama kali dibuat secara industri pada tahun 1870 dengan mereaksikan kertas dengan asam nitrat (Cowd, 1991). Selulosa nitrat adalah selulosa ester anorganik turunan selulosa dengan asam nitrat.

Bahan kimia

pembuatan selulosa nitrat yaitu asam nitrat dan asam sulfat. Contoh selulosa eter adalah selulosa etil hidroksil dan selulosa natrium karboksimetil, merupakan modifikasi selulosa eter. Selulosa etil reaksi antara selulosa alkali dengan etil klorida melalui reaksi penguatan alkali dan dapat larut dalam air, umumnya selulosa

etil klorida digunakan

sebagai perekat logam untuk

mencegah

pengaratan (Anil, 1998). Selulosa karboksilmetil (CMC) dibuat melalui selulosa alkali yang diperoleh melalui reaksi selulosa (X-(OH)3) dengan natrium hidroksida. CMC terutama digunakan untuk perekat kertas dinding, obat-obatan, kosmetik, industri es krim dan detergen (Anil, 1998).


Selulosa etanoat (selulosa asetat) dapat dibuat dengan memanasi selulosa dengan anhidrida etanoat (anhidrida asetat) dan asam asetat di dalam asam sulfat. Selulosa asetat digunakan untuk membuat serat, film, dan pernis. Derivat selulosa yang lain adalah selulosa hidroksietil (gambar 2.2) yang mempunyai perbedaan dengan derivat selulosa yang lain. Perbedaan selulosa hidroksietil dengan derivat selulosa yang lain adalah bahwa beberapa atau semua gugus hidroksi atau OH dari unit ulang glukosa mempunyai gugus hidroksietil eter. Hidroksietil merupakan polimer yang tidak dapat larut dalam air sehingga polimer ini harus diubah menjadi kristal. Dengan penambahan laxati selulosa hidroksietil dapat digunakan sebagai pembersih rambut misalnya shampo dan berfungsi sebagai pembersih rambut yang baik. (gambar 2.3).

(a)

(b)

Gambar 2.3. (a) Unit pengulangan selulosa hidroksietil dan (b) rantai selulosa hidroksietil sedang mengelilingi partikel kotor.


Selulosa merupakan

homopolisakarida

yang

tersusun atas unit-unit D-

glukopiranosa yang terikat satu sama lain dengan ikatan glikosida β -1-4. Molekul-molekul selulosa seluruhnya berbentuk linier dan mempunyai kecenderungan kuat membentuk ikatan hidrogen intra dan intermolekul. Molekul selulosa membentuk agregat bersama-sama dalam bentuk mikrofibril, dengan tempat

yang sangat

teratur disebut kristalin dan yang kurang teratur disebut

amorf. Mikrofibril membentuk fibril yang kemudian menjadi serat selulosa (Sjostron, 1998). Selulosa memiliki ikatan hidrogen antar molekul yang kuat, hal inilah yang menyebabkan selulosa tidak dapat larut dalam air meskipun memiliki banyak gugus hidroksil dan polar (Seymour, 1975) dan kekakuan rantai selulosa mencegah terjadinya hidrasi molekul pada daerah kristalinnya (Billmeyer, 1984). Setiap unit β -D glukopiranosa di dalam rantai selulosa mempunyai tiga gugus hidroksil reaktif, dua sekunder (HO-3) dan satu primer (HO-6), karena pengaruh subtituen-subtituen didekatnya, maka pada, gugus hidroksil primer (HO6) memiliki reaktivitas yang lebih tinggi (Sjostron, 1998). Modifikasi terhadap struktur

polimer selulosa dilakukan dengan cara

mereaksinya dengan anhidrida asetat dan pelarut asam asetat glasial membentuk selulosa asetat serta asam sulfat sebagai katalis. Karena adanya efek sterik yang dimiliki struktur molekul selulosa menyebabkan

proses protonasi tidak merata pada setiap atom oksigen dan

bergantung pada atom-atom tempat melekatnya gugus hidroksil tersebut. Terjadinya protonasi pada atom-atom oksigen gugus hidroksil ini menyebabkan atom karbon tempat menempelnya gugus hidroksil yang


terprotonasi bersifat elektrofil karena memiliki muatan parsial positif. Adanya anhidrida asetat yang memiliki atom oksigen yang bersifat nukleofil terjadi penyerangan nukleofil terhadap elektrofil. Ikatan antara atom karbon dengan gugus hidroksil yang terprotonasi tidak stabil dan akhirnya putus. Proses ini berlangsung

hingga gugus-gugus hidroksil yang dihasilkan akan mengalami

asetilasi lebih lanjut selama anhidrida masih ada. 2.2.1.3. Esterifikasi selulosa dengan asam lemak Menurut Reveley (1995) 10% produksi pulp dunia diubah ke bentuk turunan selulosa yaitu 4,4 juta ton pertahun sedangkan menurut Engelhardt (1995) ester selulosa organik berjumlah 815 ribu ton pada tahun 1995. Diketahui ester selulosa dan campuran ester asam karboksilat alifatis banyak digunakan pada industri luas seperti coating (pelapisan), film, tekstil dan industri filter rokok. Secara teoritis pembentukan ester selulosa adalah mungkin dengan asam lemak. Adanya tiga gugus OH yang bebas pada setiap unit glukosa memungkinkan pembentukan mono, di atau triester. Gugus-gugus OH yang bebas mempunyai reaktifitas yang berbeda dan merupakan gugus polar yang dapat diganti oleh gugus-gugus atau senyawa nukleofil dalam larutan asam kuat (Yixiyangyu dan Hanna, 2004) .


Gambar 2.4 reaksi subtitusi nukleofilik pada atom karbon dari anhidrida asetat Gambar 2.4 adalah

sebuah contoh subtitusi nukleophilik pada atom

carbon yang tidak jenuh dari anhidrat asetat. Reaksinya berlangsung sesuai dengan mekanisme adisi eliminasi (Robert, 1965). Karena OH pada C6 lebih reaktif maka asetilasi lebih cepat daripada salah satu sekunder pada C2 dan C3 .OH primer yang berada diluar permukaan dari molekul selulosa bereaksi lebih cepat dengan group asetat. Sementara dua sekunder yang berada pada bagian dalam selulosa adalah bentuk ikatan hidrogen dengan group OH berdekatan dengan unit glukosa. Dari dua group OH sekunder, OH pada C2 lebih reaktif daripada C3 karena lebih hemiasetal dan lebih asam (Fedorova & Rogovin, 1963). Awalnya pembentukan ester selulosa dengan asam lemak memerlukan reagen-reagen yang pekat sehingga menghasilkan HCl yang agresif sebagai hasil samping reaksi esterifikasi dan dapat mendegradasi selulosa. Untuk mengatasi degradasi selulosa dan asam, digunakan piridin (Malm, 1951) dan trietilamin


(Samaranayake, 1993) untuk menetralkan HCl yang terbentuk. Perkembangan terbaru telah memperkenalkan esterifikasi material selulosa dengan asam lemak klorida tampa pelarut untuk menghilangkan HCl gas dari sistem reaksi dengan menggunakan aliran nitrogen atau vakum (Thiebaud, 1995; Kwarta, 1992). Asam lemak merupakan bahan pengester yang tidak menyebabkan degradasi selulosa. Namun reaktifitasnya yang sangat rendah terhadap gugus hidroksil selulosa dapat menghambat reaksi esterifikasi. Beberapa molekul seperti disikloheksil karbodimida dan 4-pyrolidinopiridin, p-toluensulfonil klorida, metasulfonil atau trifloroasetat anhidrat (TFAA) telah digunakan untuk mengubah asam karboksilat menjadi lebih sangat reaktif. Dengan TFAA atau metode “Impelling” (memaksa) sebagian besar ester lemak dari selulosa telah dibuat. Variasi metode ini pada asetat anhidrat yang dibutuhkan hydroquinon, pottasium asetat telah digunakan untuk mendukung asam akrilat pada selulosa. Beberapa hasil penyelidikan yang berhubungan dengan esterifikasi selulosa dengan asam lemak telah dilaporkan. Diantaranya Vaca dkk (1998) telah melakukan penyelidikan esterifikasi selulosa dengan asam lemak dan asetat anhidrat

dengan

menggunakan

pelarut

Lithium

Chlorida/

N,N

–

Dimethilacetamida. 2.2.1.4. Esterifikasi selulosa asetat Selulosa asetat merupakan selulosa ester yang paling penting yang berasal dari asam organik dan merupakan polimer yang dapat didegradasi. Selulosa asetat biasanya digunakan untuk membuat serat, film dan pernis. Dalam laporan Carlos (2005) selulosa asetat dapat diperoleh melalui reaksi asetilasi antara selulosa pulp


kayu dan asam asetat anhidrat. Asetilasi adalah reaksi yang telah ditemukan untuk mengurangi sedikit sifat dasar dari selulosa. Menurut R.M. Rowell (2005), penghilangan ini adalah hal yang diharapkan dimana adanya reaksi asetilasi akan menambah kebasaan yang terjadi pada esterifikasi group OH pada dingding sel. Asetilasi reaksi selulosa asetat diperoleh melalui hidrolisis katalisasi dari triasetat dengan rata rata tingkatan subtitusi 2,4 dari group asetil per unit glukosa. Selulosa triasetat mengandung 2,9–3,0 group asetil per unit glukosa. Selulosa akan bereaksi pada kondisi anhidrat, dalam sebuah katalis asam dengan anhidrat asetat, untuk membentuk selulosa triasetat sesuai dengan gambar reaksi 2.5.

OH

+

OH

C6H7O2 Selulosa

3n (C H 3CO)2O

OH n

Asetat anhidrat H2SO4

OOCCH3 C6H7O2

OOCCH3

+ 3n (C H 3OOH

OOCCH3 Selulosa Triasetat

n

Asam Asetat

Gambar 2.5. Reaksi selulosa dan asetat anhidrat dengan katalis asam sulfat Asetilasi selulosa triasetat kemudian dihidrolisa untuk memberikan selulosa asetat sesuai dengan gambar 2.6.


OOCCH3 OOCCH3

C6H7O2

+ 3n (C H 3OOH

OOCCH3 Selulosa Triasetat

n

(OCCH3)24 C6H7O2 Selulosa Triasetat

(OH)

06

+

0,6nCH3COOH

n

Asam Asetat

Gambar 2.6. Reaksi asetilasi selulosa triasetat

2.2.2. Hemiselulosa Hemiselulosa mirip dengan selulosa yang merupakan polimer semihablur yang terdiri dari gula pentosa dan heksosa dapat dilihat pada gambar 2.7. Pada awalnya hemiselulosa dipercaya menjadi perantara dalam biosintesis selulosa. Sekarang telah diketahui bahwa hemiselulosa tergolong dalam kumpulan polisakarida heterogen yang terbentuk melalui biosintesis yang berbeda seperti biosintesis dalam selulosa. Sifat hemiselulosa adalah heteropolisakarida sedangkan sifat selulosa adalah homopolisakarida dimana selulosa dan hemiselulosa mempunyai fungsi yang sama sebagai penyokong dingding sel. Hemiselulosa mudah dihidrolisis oleh asam yang monomernya terdiri dari Dglukosa, D-manosa, D-galaktosa, D-xilosa, L-arabinosa dan sejumlah kecil L-


ramnosa dan asam galaktonik. Kebanyakan hemiselulosa mempunyai derajat polimer sekitar 200 saja.

Gambar 2.7. Hemiselulosa Struktur hemiselulosa dapat dipahami dengan mempertimbangkan terlebih dahulu konformasi unit monomer.Tedapat tiga jalan masuk dalam setiap monomer. Dalam setiap jalan masuk, huruf D dan L adalah konfigurasi untuk dua isomer optik gliseraldehid yaitu karbohidrat. Huruf Greek, α dan β adalah merupakan konfigurasi kumoulan hidroksil pada atom karbon nomor satu. Dua konfigurasi tersebut inamakan anome. Piranosa terdiri dari enam atom karbon dalam bentuk kursi dan furanosa yang terdiri dari lima atom karbon dalam bentuk perahu. Pada mulanya, hemiselulosa mempunyai berat molekul yang lebih renah daripada selulosa dan stengah molekul hemiselulosa adalah bercabang. Hemiselulosa berhubungan erat dengan selulosa dan sebagai satu kompnen struktur dalam tumbuh-tumbuhan. Hemiselulosa bisa dilarutkan dalam alkali dan mudah dihidrolisis oleh asam. Jumlah hemiselulosa dalam berat kering kayu


biasanya ialah antara 20%-30%. Komposisi dan struktur hemiselulosa kayu lunak berbeda dengan kayu keras dimana perbedaan ini terlihat dalam kandugan hemiselulosa dan komposisinya pada batang, dahan akar dan kulit kayu. 2.2.3. Lignin Selain karbohidrat dan ekstraktif, serat tandan kosong sawit juga mengandung lignin (gambar 2.8). Lignin adalah molekul komplek yang tersusun dari unit phenylphropane yang terikat di dalam struktur tiga dimensi. Lignin adalah material yang paling kuat di dalam biomassa. Lignin sangat resisten terhadap degradasi, baik secara biologi, enzimatis, maupun kimia. Karena kandungan karbon yang relative tinggi dibandingkan dengan selulosa dan hemiselulosa, lignin memiliki kandungan energi yang tinggi. Lignin adalah jaringan polimer amorfus tiga dimensi yang dibentuk daripada unit-unit fenilpropana serta mempunyai derajat polimer yang tinggi.

Gambar 2.8. Lignin


Di dalam kayu lunak, lignin adalah berdasarkan lignin guailasil dan didalam kayu keras linin mengandung kedua monomer guailasil dan siringil. Lignin ialah polimer berunit fenilpropana dan merupakan polimer terbanyak kedua setelah selulosa didalam tumbuhan. Lignin berfungsi sebagai bahan yang memberi dukungan terhadap kekuatan mekanik tumbuhan. Secara umumnya, lignin adalah terbentuk daripada monomer P-kumaril, alkohol sinapil dan alkohol koniferil. Konsep lignin sebagai polimer

fenilropana telah dijelaskan oleh

beberapa ahli. Diantaranya Lange (1945) berhubungan dengan sifat aromatik lignin dalam reaksi in situ dan juga Klason (1987) telah mengkaji mengenai lignin spruce adalah terdiri dari unit fenilpropana. Dalam menganalisis sifat kimia dan fisik lignin telah digunakan UV, IR, HNMR, dan 13 CNMR. Polimer lignin mengandung kumpulan metoksi, hidroksi fenol dan beberapa aldehid dan hanya sedikit hidroksil fenolik yang bebas yang kebanyakan kumpulan ini melalui rangkaian unit-unit fenilpropana. Sifat polimer lignin adalah keterlarutan lignin sangat rendah dalam kebanyakan pelarut. Hal ini menjadi satu masalah dalam penyelidikan sifa makromolekul lignin. Beberapa kajian yang telah dilakukan dalam polimer lignin seperti osmometri tekanan uap, penyerapan cahaya. Larutan lignin yang terpisah, lignosulfonat dan lignin kraf biasanya mepunyai ikatan rendah dan ini bermakna struktur lignin yang larut adalah padat dan berbentuk sfera. Oleh karena itulah, kelakuan lignin berbeda di dalam larutan dibandingkan dengan selulosa.


2.2.4. Ekstraktif Selain daripada selulosa, hemiselulosa dan lignin yang merupakan unsur utama di dalam kayu dan serat tumbuh-umbuhan, serat tandan kosong sawit juga mengandung unsur-unsur lain tapi dalam jumlah yang kecil. Kebanyakan unsurunsur ini dapat dilarutkan di dalam pelarut organik. Unsur-unsur ini ini adalah terpenoid, lemak dan lilin yang dikenal sebagai ekstraktif. Ekstraktif dapat diangap sebagai bahan kayu yang tidak mempunyai struktur dan hanya terdiri diluar sel dan mempunyai berat molekul rendah. Ekstraktif memainkan peranan yang penting dalam penggunaan kayu dan dapat mempengaruhi sifat fisik kayu terutama diperlukan untuk menjaga fungsi biologi kayu. Contohnya, lemak merupakan sumber tenaga sel kayu, jika terpenoidnya rendah, sedangkan resin dan fenolik berfungsi untuk melindungi serangan serangga atau kerusakan mikrobiologi. Ekstraktif hanya memenuhi sebahagian morfologi di dalam struktur kayu. Contohnya, asam resin terdapat dalam saluran resin, sedangkan lemak dan lilin terdapat dalam sel parenkim. Ekstraktif fenol ada terutama di dalam kulit kayu, ekstraktif seperti gum polisakarida, resin yang tidak larut dalam air dan minyak yang mudah menguap, merupakan estraktif yang biasanya dihasilkan oleh kayu. Ekstraktif merupakan bahan mentah yang bernilai bagi mendapatkan bahan kimia organik. Kebanyakan ekstraktif yang digunakan sekarang adalah diperoleh dari kayu.


2.3. Polietilena Struktur dari polietilena merupakan bahan termoplastik yang transparan, berwarna putih mempunyai titik leleh bervariasi antara 1100 C-1370 C. Struktur ini dapat dilihat pada gambar 2.9. CH2

CH2

Gambar 2.9. Polietilena. Umumnya polietilena bersifat resisten terhadap zat kimia. Pada suhu kamar, polietilena tidak larut dalam pelarut organik dan anorganik (Bilmeyer, 1994). Polietilena dapat teroksida di udara pada temperatur tinggi atau dengan sinar UV. Struktur rantai polietilena dapat berupa linier, bercabang atau berikatan silang seperti yang terlihat pada gambar 2.10.

a.

b.

c.

Gambar 2.10. Struktur rantai polietilena a. HDPE, b. LDPE, c. LLDPE. Beberapa jenis polietilena antara lain Low Density Polyethylene (LDPE), High Density Polyethylene (HDPE) dan Linear Low Density Polyethylene (LLDPE). Low Density Polyethylene (LDPE) memiliki struktur rantai


percabangan

yang tinggi dengan cabang-cabang yang panjang dan pendek.

Sedangkan High Density Polyethylene (HDPE) mempunyai struktur rantai lurus, Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) memiliki rantai polimer yang lurus dengan rantai-rantai cabang pendek. HDPE (High Density Polythylene), LDPE (Low Density Polyethylene), sebaliknya dengan sedikit cabang-cabang

pada

rantai terutama akan memperkuat gaya-gaya ikatan antar molekuil. Dengan berdekatannya rantai-rantai utama akan menaikkan kristalinitas, rapat massa dan kekuatannya. Adanya beberapa struktur dari polietilena akan mempunyai sifat fisik dan kimia dari bahan polimer. Struktur rantai bercabang mempunyai kekuatan yang lebih rendah karena cabang-cabang akan mengurangi gaya-gaya ikatan antar molekul. Adanya rantai-rantai cabang pada rantai polimer sehingga merupakan polimer linier yang mempunyai kristalinitas tinggi. Proses pembuatan rantai panjang dari polimer termoplastik polietilena secara umum dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu : 1. Proses dengan kondisi dan tekanan tinggi yang menghasilkan LDPE (Low Density Polyethylene). 2. Proses dengan kondisi pada tekanan rendah yang menghasilkan HDPE (High Density Polyethylene) Proses pada tekanan tinggi dengan kondisi tekanan (PO)>1000 atm dan temperatur 100-3000C pertama kali diperkenalkan di England tahun 1933. Polietilena yang dihasilkan pada proses ini mempunyai berat molekul tinggi, mengandung rantai-rantai cabang yang banyak dan kristalinitas rendah/sedang


proses polimerisasi ini ternyata kurang begitu menguntungkan sehingga dilakukan penelitian selanjutnya. Sekitar tahun 1953 Karl Ziegler dari Jerman menemukan proses polimerisasi, proses ini dilakukan pada tekanan dan temperatur kamar dengan bantuan katalis yang disebut katalis Ziegler Natta, yaitu yang merupakan senyawa kompleks yang terbentuk dari alkil aluminium yang dikombinasikan dengan titanium klorida. Polietilena yang dihasilkan mempunyai berat molekul yang tinggi, polimer lebih kaku dibandingkan dengan polimer yang dihasilkan pada tekanan tinggi. Kekakuan tersebut disebabkan tidak adanya rantai-rantai cabang pada rantai polimer sehingga merupakan polimer linier yang mempunyai kristalinitas tinggi. Polietilena adalah polimer yang termasuk golongan poliolefin, dengan berat molekul rata-rata (Mw) = 50.000 – 300.000. Jenis polietilena yang banyak digunakan adalah LDPE (Low Density Polyethylene) yang mempunyai rantai cabang digunakan sebagai pengemas yaitu sekitar 44,5 % dari total

plastik

kemas kemudian diikuti HDPE (High Density Polyethylene) yang tidak mempunyai rantai cabang tetapi merupakan rantai utama yang lurus kurang lebih 25,4 % (Curlee, 1991). Sifat-sifat dari polietilena sangat dipengaruhi oleh struktur rantai dan kerapatannya. Low Density Polyetylene (LDPE) lebih bersifat elastis dibanding High Density Polyethylene (HDPE). Hal ini karena kristalinitasnya rendah disebabkan oleh adanya cabang-cabang dari rantai polimer, sedangkan High Density Polyethylene (HDPE) mempunyai sifat kristalinitasnya lebih tinggi dan lebih kaku, karena High Density Polyethylene (HDPE) merupakan polimer linier.


Dengan adanya perbedaan bentuk rantai dan kerapatan ini dapat menyebabkan

perbedaan sifat

kedua jenis polietilena tersebut. Sedangkan

LLDPE (Linear Low Density Polyethylene) merupakan satu jenis polietilena yang paling prospektif karena kemudahan proses pembuatan dapat diproduksi dalam berbagai pembuatan yaitu proses polimerisasi menggunakan berbagai jenis katalis Ziegler Natta. Sifat-sifat linear Low Density Polyethylene (LLDPE) sangat dipengaruhi oleh kromonomer yang ditambahkan. Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) dapat digunakan dalam berbagai produk

dan aplikasi, juga sebagai pengemas. Linear Low Density

Polyethylene (LDPE) dipakai dalam bentuk film, botol, tabung lipat, tas, dan penutup (Cowd, 1991). Pengaruh irradiasi terhadap LLDPE dapat menimbulkan berbagai fenomena pada kondisi

irradiasi yang diterapkan.

Jika dilakukan

irradiasi hampa udara, terjadi pengurangan berat, akibat hilangnya hidrogen. Analisis spektra FTIR menunjukkan bertambahnya gugus tak jenuh. Selain itu dapat juga terjadi reaksi ikatan silang yang menggambarkan kekuatan tarik LLDPE meningkat (Mark 1970). Polietilena adalah

polimer yang selalu digunakan

dalam kehidupan

sehari-hari dan secara populer dikenal sebagai plastik. Polimer digunakan

ini banyak

di antaranya adalah untuk pembuatan tas, kemasan botol sampo,

mainan anak-anak dan sebagainya. Polietilena adalah material yang dapat dibentuk sesuai dengan yang diinginkan, strukturnya sangat sederhana

dan

merupakan polimer yang sangat komersil. Molekul polietilena merupakan atom karbon rantai panjang, dengan dua atom hidrogen mengikat masing-masing


setiap atom karbon. Di bawah ini akan ditunjukkan gambar 2.11 dari polietilena dengan rantai atom karbon yang panjangnya bisa sampai beberapa ribu atom.

Gambar 2.11. Polietilena dengan rantai atom karbon Polietilena linier normalnya dihasilkan dengan berat molekul 200.000 sampai 500.000 dan bahkan bisa dibuat lebih besar lagi. polietilena dengan berat molekul tiga sampai enam million yang dapat dihasilkan sebagai ultra-high molecular weight poliethylene atau UHMWPE. UHMWPE dapat dipergunakan untuk membuat serat yang sangat kuat. Polietilena adalah polimer vinil yang dibuat dari monomer etilena dan ini adalah salah satu model monomer etilena. Polietilena yang mempunyai cabang dibuat dari polimerisasi radikal vinil. Polietilena linier dapat dibuat dengan menggunakan prosedur yang sangat komplit yang disebut dengan polimerisasi Ziegler Natta. Polimerisasi Ziegler-Natta dapat juga digunakan untuk membuat LDPE. Dengan kopolimerisasi monomer etilena dengan sebuah ikatan

monomer juga

salah satu memperoleh kopolimer yang mempunyai ikatan pendek hidrokarbon dan kopolimer seperti ini disebut linier low-density polietilena atau LLDPE.


2.4. Komposit matriks polimer Menurut Feldman (1995) komposit merupakan sejumlah sitem multi fasa sifat gabungan antara bahan matriks atau pengikat dengan pemerkuat. Kekuatan dan sifat menyeluruh ditingkatkan dengan memasukkan fasa terdispersi kedalam matriks. Matriks yang digunakan dapat berupa keramik, logam maupun berupa polimer. Secara umum dikenal tiga kelompok komposit yaitu komposit serat (berpenguat serat), komposit laminer/laminant (penguatnya lembaran kertas, kain) dan komposit partikel/partikulat (penguatnya butiran, kerikil, pasir, filler lain dalam matriks kontinu). Sedangkan komposit polimer ialah makrokomposit bermatriks polimer. Polimer yang biasa digunakan untuk matriks komposit adalah polimer termoplastik (polietilena, polipropilena dan PVC) dan termoset (poliester, fenol formaldehida, epoksida, silikon dan lain-lain). Beberapa komposit matriks polimer dari jenis termoset dan termoplastik telah banyak diproduksi dan digunakan. Komposit dari matriks termoset yang lazim dipakai adalah poliester glas dipakai untuk atap dan isolasi bangunan. Komposit dari matriks termoplastik yang banyak dikomersilkan adalah komposit matriks polietilena dengan menggunakan serat glas dan dimanfaatkan untuk pipa air minum. Sedangkan komposit matriks polipropilena digunakan untuk alat rumah tangga, karpet, alas sepatu, tali, pipa dan lain-lain. Untuk pengolahan komposit polimer dapat dilakukan dengan penguatan fisik dan penguatan kimia. Penguatan fisik dengan cairan dingin dan korona dan penguatan kimia dengan anhidrida maleat, organosilena, isocyanat, natrium hidroksida, permanganat dan peroksida (Wambua, 2003).


2.4.1. Faktor-faktor yang mempengaruhi komposit Sifat komposit yang berdasarkan serat tergantung kepada bahan pengisi, penyebaran serat dan interaksi antara matriks dengan serat (Abdul Khalil et al, 2000). Selain itu, sifatnya bergantung kepada ikatan permukaan antara matriks dengan serat, sifat serat, ukuran serat, bentuk serat, jumlah serat dalam matriks, teknik pemerosesan dan penyebaran serat dalam matriks. Selain daripada komposisi kimia yang dapat menentukan sifat sesuatu komposit yang dihasilkan, ia juga turut dipengaruhi oleh beberapa keadaan serat seperti bagaimana serat itu diperoleh, ukuran dan bentuk serat. Ukuran dan bentuk serat sangat diperlukan untuk tujuan yang tertentu seperti pemerosesan dan perekatan dengan matriks. Selain itu

menurut Rozman (2001 dan 2002)

kandungan serat biasanya juga dapat mempengaruhi kekuatan mekanik komposit. Dalam hal penyebaran, pengisi adalah penyebab tanpa pengetumpukan atau pengelompokan, atau dengan kata lain serat tersebar di sekitar matriks. Dua faktor yang dapat mempengaruhi sebaran pengisi ialah interaksi antara sesama pengisi dan panjang pengisi. Menurut Razaina (1998), interaksi antara sesama pengisi lignoselulosik melalui ikatan hidrogen menyebabkan pengetumpukan serat yang mengakibatkan keretakan atau terputusnya serat. Selain itu, jenis pengisi dapat juga mempengaruhi kekuatan komposit karena pengisi lignoselulosik yang berlainan mempunyai kandungan selulosa, lignin dan hemiselulosa yang berbeda. Misalnya dalam serat tandan kosong sawit mengandung 65% selulosa dan 95% lignin sedangkan serat kelapa mengandung 32-43% selulosa dan 40-45% lignin.


2.4.2. Serat Selulosa sebagai penguat komposit polimer Dalam beberapa dekade yang lalu, penelitian dan ilmu rekayasa telah tertarik pada material serat sebagai penguat komposit polimer. Dalam hal ini serat komposit yang digunakan adalah aramid, carbon dan serat glas sebagai plastik. Menurut Wambua dkk (2003) serat glas adalah paling banyak digunakan untuk penguat polimer karena harganya murah dibandingkan dengan aramid dan carbon dan begitu juga dengan sifat mekaniknya serat glas jauh lebih baik. Namun bagaimanapun baiknya serat glas ini mempunyai beberapa kelemahan seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.2. Tabel 2.2 membandingkan serat glas dan serat alam dan jelas terlihat dukungan untuk komposit serat alam jauh lebih baik untuk dikembangkan di kemudian hari. Karbon dioksida bersifat netral pada serat alam dan atraktif sedangkan karbon dioksida pada serat glas tidak netral sehingga dapat berdampak negatip terhadap udara. Hal ini dipercaya menjadi pendukung dari efek masalah lingkungan dan dapat berhubungan dengan keadaan iklim di dunia (Larbig, Schezer, Dahlke

dan Poltrock, 1998). Serat yang digunakan untuk

penguat plastik biasanya adalah serat glas. Komposit yang menggunakan serat glas sebagai penguat telah banyak digunakan dalam bidang otomotif, industri sport, kontruksi bahan bangunan dan dalam bidang aerospace. Selain itu sejumlah besar menggunakan serat glas sebagai penguat plastik karena harganya yang rendah dibandingkan dengan serat aramid dan karbon dan mempunyai sifat mekanis yang baik. Saat ini, perhatian lebih besar pada serat alam.


Tabel 2.5. Perbandingan antara serat alam dan serat gelas

Density Harga Dapat diperbaharui Dapat di daur ulang Komsumsi energi Distribusi CO2 Abrasi Disposal Menurut

Serat alam Rendah Rendah Ya Ya Rendah Lebar Netral Tidak Biodegradasi

Serat gelas Dua kali serat alam Rendah Tidak Tidak Tinggi Lebar Tidak netral Ya Tidak biodegradasi

Raj dkk (1989), Maiti dan Hassan (1989), Youngquist dan

Rowell (1990), Chtourou dkk (1992) dan

Balatinez & Woodhams (1993)

pemakaian serat alam tambah menarik dunia sejak tahun 1980, karena secara ekologi sangat baik dan begitu juga dengan keuntungan ekonomi. Sementara itu pemakaian beberapa serat selulosa pada komposit polimer ternyata mempunyai sifat mekanik yang lebih baik dari serat glas. Laporan ini diperoleh dari hasil penelitian Wambua dkk (2003) yang menyelidiki sifat mekanis dari komposit polipropilena yang diperkuat oleh serat rami, sisal dan jute dibandingkan dengan propilena dengan berpenguat serat glas. Sedangkan menurut Han Seung Yang dkk (2004) dengan menggunakan lignoselulosa yang berasal dari sekam padi untuk memperkuat polimer polipropilena terjadi pertambahan sifat fisik, sifat mekanis dan hasil morfologi menunjukkan adhesi yang lebih baik. Pada saat ini, secara umum topik penelitian yang potensial adalah didasarkan pada penggunaan serat selulosa sebagai penguat komposit. Hal ini disebabkan karena lignoselulosa sebagai penguat komposit polimer yang tidak hanya murah tetapi juga dalam hal mengurangi polusi lingkungan karena sifat-


sifat biodegradasinya (Premalal dan Ismail, 2002; Mwaikambo dan Anselle, 2003). Oleh karena itu, menurut Son dan Kim (2003) riset dalam mengembangkan komposit dengan menggunakan berbagai bahan yang dapat diperbaharui sangat baik dikembangkan khususnya pemakaian lignoselulosa sebagai penguat dan matriks polimernya adalah temoplastik akan dapat bersahabat dengan lingkungan. 2.4.3. Komposit matriks polietilena berpenguat selulosa Sejak tahun 1980 penyelidikan komposit matriks polimer kayu atau biasa disebut dengan Wood Polymer Composite (WPC) berkembang pesat karena menggunakan selulosa yang berasal dari kayu yang memberi banyak keuntungan misalnya harganya rendah, graviti spesifiknya rendah dan merupakan komposit alam karena dapat diperbaharui. Selain itu komposit polimer kayu secara meluas telah banyak dipakai untuk komponen kenderaan, bahan- bahan bangunan dan juga perabotan ( Drzal dkk, 2001). Komposit polimer kayu yang menggunakan matriks poliolefin seperti polietilena telah banyak diselidiki. Seperti diketahui komposit matriks polietilena berpenguat selulosa mempunyai kompatibilitas yang rendah karena serat alam yang berasal dari kayu mempunyai sifat hidrofilik sehingga tidak dapat menempel dengan baik pada matriks polimer. Untuk itu sejumlah penyelidikan yang berhubungan dengan komposit polietilena berpenguat selulosa telah berhasil diselidiki. Secara umum penyelidikan diarahkan pada proses pengembangan komposit matriks polietilena berpenguat kayu. Beberapa hasil penyelidikan yang sudah dilakukan adalah sebagai berikut :


2.4.3.1.Perubahan cairan pada komposit polietilena berpenguat kayu Menggunakan teknik pengukuran kapiler untuk mengetahui perubahan cairan pada komposit plastik kayu telah diselidiki. Dalam laporannya Li dan Michael (2005) menyatakan pengaliran cairan komposit HDPE-kayu diselidiki dengan menggunakan pengukuran kapiler untuk mengetahui efek kandungan dan bentuk partikel kayu pada polietilena anhidrida maleat (MAPE). Data viscositas dibandingkan dengan harga matriks polietilena berdasarkan literatur. Efek bentuk partikel kayu yang komersil diuji pada kandungan kayu 60 %. Hasil yang diperoleh adalah kedua

viscositas pengaliran bertambah dengan jumlah

kandungan kayu tetapi pengisi kayu tidak signifikan sebagai suspensi dari pengisi organik pada penambahan yang sama. Pada bentuk partikel kayu yang komersil hasil yang ditemukan adalah terjadi perobahan sedikit viscositas. Li dan Michael (2006) juga telah meneliti aliran putus dan aliran perpanjangan dari komposit HDPE dan kayu dengan menggunakan pengukuran plat rotasi paralel dan teknik hiperbolik. Hasil test menunjukkan modulus HDPE mempunyai tegangan yang sangat rendah. 2.4.3.2.Penentuan dan proses pengembangan cetak tekan pada komposit polietilena Dalam penyelidikan komposit polietilena-kayu oleh Michael (2003) telah dilakukan proses penentuan campuran kayu dan HDPE (High Density Polyethylene) menggunakan teknik konvensional cetak tekan panas. Analisa termal digunakan untuk mengetahui pengembangan tekanan dan jumlah aliran.


2.4.3.3.Kompatibilisasi komposit polietilena dengan terminasi polietilena isocyanat Cheng Zhang dkk (2006) menyelidiki sifat mekanik dan resistensi melalui efek terminasi polietilena alkohol (PEA), PE-MDI dan PE- MDI. Ternyata PEMDI mempunyai modulus yang lebih tinggi daripada dengan PEA. Efek kompatibilisasi PE=MDI dan PE-PMDI telah menimbulkan tejadinya ikatan kovalen antara isocyanat dengan kayu. Ikatan kovalen ini dapat terlihat melalui FT-IR. Sedangkan penyelidikan dari SEM hasilnya adalah terminasi PE isocyanat mengubah adhesi antara kayu dan PE. 2.4.3.4. Efektifitas fungsionalisasi poliolefin pada komposit polietilena Yeh Wang dkk (2003) telah menyelidiki beberapa efek fungsionalisasi pada komposit matriks poliolefin dengan pengisi serbuk kayu. Fungsionalisasi yang diselidiki adalah seperti LLDPE grafting maleat, HDPE grafting akrilat dan HDPE grafting maleat.Metode yang dipakai untuk menguji efektifitas dari kompatibilitas polioefin didasarkan pada struktur kimia, berat molekul dan tingkat grafting. Permukaan komposit dipelajari melalui SEM (Scanning Electron Microscope) dan FTIR untuk mengetahui fisasi kimia. Hasil yang diperoleh adalah bahwa kompatibilitas HDPE grafting maleat mempunyai kompatibilitas yang lebih baik ini terlihat dari sifat mekanik, morfologi dan penyelidikan infra merah.


2.4.4. Pengolahan Komposit Polietilena dengan selulosa Proses pencampuran polimer mencakup dua jenis pencampuran, yaitu pencampuran distributif dan pencampuran dispersif. Contoh pencampuran distributif antara lain pencampuran bahan aditif padat seperti antioksidan, pengisi, pigmen, atau penguat ke dalam matriks polimer. Proses pencampuran ini memerlukan bahan pendispersi dan bahan penghubung untuk mendapatkan hasil campuran yang homogen. Bahan pengisi kayu dan bahan selulosa yang ringan, murah dan tersedia dalam jumlah besar dapat diolah secara distributif-dengan matriks polimer. Polietilena dan serat selulosa merupakan dua bahan polimer yang sukar bercampur homogen, karena sifat kepolarannya berbeda. Karena itu proses pencampurannya adalah distributif, dan untuk mendapatkan campuran yang homogen, pengolahannya tidak dapat dilakukan dengan cara konvernsional, yang hanya melibatkan interaksi fisik antar komponen polimer. Brown (1992) memberikan beberapa cara umum untuk meningkatkan kompatibilitas campuran, yaitu melalui beberapa proses antara lain; (a) kokristalisasi, (b) pengikatan silang secara in-situ, (c) penambahan bahan penghubung, (d) pembentukan kopolimer dari reaksi gugus fungsi pada bagian spesifik kedua polimer. Keempat proses di atas, dapat dilakukan di dalam mesin pengolah, yang sekaligus berfungsi sebagai reaktor modifikasi, dengan mengatur kondisi untuk mendapatkan hasil reaksi optimum. Modifikasi

dengan cara ini dikenal

dengan “Teknik Pengolahan

Reaktif” (Cacele, 1979), yang secara defenisi dapat diartikan sebagai pengolahan bahan polimer, bersama bahan aditif, yang melibatkan reaksi kimia selain proses


pencampuran fisik. Jenis reaksi

yang terlibat tergantung dari kebutuhan dan

bahan yang ada, yang mungkin merupakan reaksi radikal bebas, ionik, atau koordinasi. Teknik pengolahan reaktif ini telah dikembangkan oleh al-Malaika dkk (1987) yang dapat digunakan dalam berbagai bidang teknologi polimer. 2.4.5. Kompatibilitas komposit polietilena dengan selulosa Pencampuran dua atau lebih bahan polimer umumnya menghasilkan sistem fase terpisah, meskipun juga terdapat beberapa campuran polimer yang dapat campur (miscible) secara molekuler. Campuran polimer yang tidak dapat campur (immicible) juga dapat memberikan keuntungan untuk mendapatkan sifat campuran polimer yang diinginkan, yaitu dengan meminimalkan sifat yang lemah dan mengoptimalkan sifat yang menguntungkan. Bentuk akhir campuran polimer multifasa sangat bergantung

pada fasa morfologi dari bahan polimer dan sifat

intermolekuler antara fasa-fasa polimer penyusun. Campuran polimer yang tidak dapat campur memiliki sifat mekanik yang relatif rendah dibanding penyusunnya dan bentuk dari campuran polimer sangat bergantung pada proses pencampuran bahan polimer. Fase morfologi benar-benar bergantung pada cara proses pencampuran. Campuran polimer yang dihasilkan dengan metode campuran lelehan (melt

mixing) lebih baik dari pada pencampuran dalam larutan. Buruknya

interaksi antara bagian-bagian molekul menyebabkan tingginya tegangan antar muka pada lelehan yang mengakibatkan sulitnya mendispersikan komponen penyusun sebagaimana mestinya selama pencampuran dan rendahnya adhesi antar muka dari komponen-komponen tersebut. Gejala berakibat dininya kegagalan


mekanik, dan kerapuhan campuran polimer. Cara untuk mengatasi hal ini disebut kompatibilitasi (Al-Malaika, 1997). Banyak cara yang telah dilakukan dalam mendapatkan kompatibilitas antara maktriks dan bahan pengisi. Diantaranya, Quin (1985) mereaksikan bahan pemantap atau pelekat turunan anhidrida asam maleat ke dalam matriks polipropilena

untuk

meningkatkan

polipropilena serat kaca.

kekuatan

Banyak usaha-usaha

dan

kemantapan

komposit

yang telah dilakukan untuk

mengikat anhidrida maleat ke dalam bahan poliolefin, untuk meningkatkan polaritas, hidrofilisitas, daya rekat, daya ikat, dan kepekaannya terhadap pengikatan silang (Krul, 1984). Hasil akhir dari reaksi modifikasi tersebut adalah

kenaikan kompatibilitas polimer tersebut dengan bahan pengisi dan

polimer lainnya. Joly dkk (1996) melakukan kompatibilitas matriks polipropilena direaksikan melalui ikatan ester yang menghasilkan ikatan kimia dengan serat selulosa, dan melibatkan pembentukan rantai alifatis pendek pada permukaan serat, yang ternyata menghasilkan kenaikan ketahanan bahan terhadap propagasi retakan.

Sedangkan

hendenberg

dan

Gatenholm

(1996)

meningkatkan

kompatibilitas campuran polimer polietilena-serbuk selulosa dengan perlakuan ozon terhadap matriks polietilena. Perlakuan dengan ozon tersebut, dilaporkan menghasilkan

gugus karbonil dan hidroperoksida pada rantai polietilena, yang

akan terdekomposisi selama pengolahan dan menghasilkan gugus karbonil dan hidroperoksida pada rantai polietilena, yang akan terdekomposisi

selama

pengolahan dan menghasilkan ikatan kimia dengan serbuk selulosa.


2.5. Teori adhesi Adhesi adalah permukaan antaramuka daripada unsur-unsur yang dicampur atau disatukan. Antaramuka pada komposit adalah satu permukaan yang dibentuk ikatan bersama antara serat dan matriks yang membentuk ikatan perantaraan yang diperlukan untuk pemindahan beban. Ia memiliki sifat fisik dan mekanik yang unik, yang tidak mungkin dihasilkan oleh serat atau matriks saja. Matriks dapat melekat dengan serat dan juga memindahkan tegasan kepada serat dengan adanya adhesi atau pengikatan antaramuka antara matriks dengan serat yang baik. Sifat ini sangat penting untuk adhesi daripada dua bahan yang berpasangan. Fasa antara muka merupakan kawasan yang paling tinggi menerima tegasan. Antaramuka yang baik dapat memindahkan tegasan ke serat dengan sempurna seterusnya dapat meningkatkan komposit. Walaupun serat yang kuat digunakan sebagai agen penguat dalam suatu komposit, namun bila adhesi yang terbentuk lemah, kekuatan komposit yang dihasilkan akan lemah (Khalil, 2004). Kawasan pertemuan antara matriks dengan serat dikenal sebagai interfasa. Interfasa bagi suatu komposit adalah kawasan dimana beban dialihkan antara bahan matriks dan penguat. Interaksi yang terjadi antara matriks dan bahan penguat adalah berbeda dan wujudnya dalam berbagai bentuk. Bentuknya dapat berupa ikatan kimia atau fisika. Ikatan kimia didapati dalam bentuk yang lemah seperti interaksi van der walls, daya sebaran sedangkan ikatan yang kuat terdiri dari ikatan kovalen dan ikatan hidrogen. Dalam bentuk fisik, ikatan yang terlibat adalah sifat mekanik yang melibatkan interaksi fisik permukaan. Interfasa ini


menunjukkan keadaan saling mempengaruhi yang kompleks antara faktor-faktor fisika dan kimia dan mempunyai pengaruh yang banyak dalam komposit. Terdapat banyak kajian yang telah dilakukan adhesi antara serat dan resin terhadap sifat-sifat komposit polimer untuk serat. Didapati interaksi interfasa bergantung pada nisbah aspek serat, besaran interfasa, kekuatan interaksi, anisropi, orientasi, penyatuan dan lain-lain (Sreekala et al , 1997). 2.5.1. Adhesi selulosa dengan matrik polietilena Seperti yang telah dikemukakan Larbig (1998) semua para peneliti yang bekerja dalam pembuatan komposit dan menggunakan serat alam sebagai penguat komposit setuju dengan sumbernya dari bahan yang dapat diperbaharui. Menurut Wichage

(2003) matriks polimer yang cocok untuk komposit polimer yang

diperkuat serat alam adalah matriks poliolefin seperti polietilena karena harganya murah, bebas masalah ekologi dan stabilitasnya baik. Namun menurut (Vaguez dan Carvalho (1999) kebanyakan penggunaan selulosa dengan matrik polietilena mempunyai beberapa hambatan misalnya : interaksi lemah, tidak kompatibel dengan matriks polietilena dan absorbsi kelembapannya tinggi dengan serat. Namun salah satu problem yang sangat penting pada kompsit matriks polietilena dengan penguat selulosa adalah adhesi serat dengan matriks polietilena. Dalam hal ini, adhesi yang terjadi antara hidrophilik dari serat selulosa yang bersifat polar dengan hidrophobik yang bersifat non polar dari matriks polietilena. Oleh karenanya adhesi yang terjadi antara serat selulosa dengan polietilena mempunyai adhesi yang lemah ini dikemukakan oleh Hague (1995)


dan berdasarkan laporan Keller dkk (1999) sebabnya diketahui dari kerusakan serat yang terikat menjadi satu. Menurut Vignon dkk (1996) dan Kessler & Becker (1998) ikatan serat ini dapat dipisahkan secara biologi melalui sel serat. Nickel & Riedel (1995) dan Leupin (1998) mengemukakan beberapa metode kimia enzym maupun metode fisika telah dikembangkan untuk proses pemisahan ini. Proses ini memerlukan ikatan yang baik antara matriks polimer dengan serat selulosa. Adhesi yang lemah pada permukaan artinya bahwa kekuatan komposit tidak dapat dimanfaatkan dan dapat menimbulkan kerawanan pada linkungan hidup oleh karenanya dalam jangka panjang dapat berpengaruh terhadap kehidupan (Wambua dkk, 2003). Di dalam penyelidikan Bledzki dkk (1996), Nickel

& Riedel (1998) dan Yeh Wang (2003) tidak kuatnya adhesi diantara

polimer hidrophobik dan serat yang hidrophilik akan menghasilkan sifat mekanik yang rendah dari komposit polimer yang diperkuat serat alam. 2.5.2. Adhesi interaksi asam basa pada komposit polimer Energi permukaan dari sebuah material dapat diuraikan oleh jumlah komponen dispersi dan interaksi spesifik. Komponen dispersi disebut dengan tenaga dispersi London dan interaksi spesifik dikatakan bersifat polar, ionik, elektrik, metalik dan interaksi asam basa. Fowkes dan Mostafa (1978) menyebutkan bahwa dispersi dan interaksi asam basa adalah kekuatan dasar proses perpindahan bidang pemisah. Oleh karenanya adhesinya dapat ditulis sebagai berikut : Wa

= Wa d + Wa AB

Dimana; Wa Wa d

= jumlah adhesi = tenaga dispersi


Wa AB = interaksi asam basa Donnet dkk (1998) juga telah memperlihatkan interaksi asam basa yang kuat yang dihubungkan kuatnya bidang pemisah dari sebuah serat pada komposit. Menurut Dwigh dkk (1990) sejumlah interaksi asam basa biasanya adalah interaksi kimia yang digunakan untuk modifikasi merupakan bentuk baru untuk mengubah adhesi matriks polimer dan serat dan ini sangat penting untuk penentuan karakterisasi serat alam. Untuk menentukan komponen dispersi dari permukaan energi dan karakteristik serat alam adalah dengan menggunakan inversi chromatographi gas. Metode modifikasi dengan menggunakan penguatan asetilasi dan coupling agent telah digunakan Mwaikambo dan Ansell (1999), Gassan dan Bledzki (1999) dan Belgacem dkk (1994) untuk mengubah adhesi pada interaksi asam basa. Interaksi asam basa antara serat dan matriks polimer poliester juga telah dilaporkan oleh Schultz dkk (1995). 2.6. Teknik esterifikasi selulosa dapat meningkatkan adhesi polimer polyolefin

komposit

Teknik esterifikasi selulosa merupakan modifikasi kimia yang telah dilakukan untuk meningkatkan adhesi antara serat permukaan selulosa dan matriks polimer. Beberapa hasil penelitian telah dilaporkan menggunakan teknik esterifikasi dan memperoleh hasil yang baik. Diantaranya Kumar,

dan Kohli (

1985), Matsumura dan Saka (1997) telah melakukan modifikasi kimia pada serat kayu dengan pembentukan ikatan non polar dari jenis karbon – oksigen – karbon dengan menggunakan sejumlah bahan kimia seperti anhidrida asetat melalui asetilasi. Sedangkan Seymor (1975) dan Li dkk (1998) menggunakan cara


esterifikasi untuk memperbaiki kestabilan dimensi dan sifat anti nyala bahan baku. Menggunakan modifikasi esterifikasi juga telah dilakukan Shiraishi (1989) yaitu dengan gugus lauroil CH3–(CH2)10-CO yang disubtitusikan kedalam rantai selulosa melalui reaksi transesterifikasi telah menghasilkan kayu terlauroilasi yang dapat dicetak tekan menjadi film. Mishra dkk (2000) juga telah menggunakan modifikasi esterifikasi serat turunan selulosa dengan matriks polimer. Hasil akhir diperoleh modifikasi serat dijumpai memiliki kompatibilitas yang lebih baik setelah diolah dengan anhidrida maleat daripada tampa modifikasi esterifikasi pada serat selulosa. Serat selulosa yang terkandung dalam rami juga telah diesterifikasi oleh Depaksh dan Gulati (2006). Serat selulosa dari rami ini kemudian digunakan sebagai penguat komposit polimer poliester. Hasil akhir diperoleh peningkatan adhesi yang ditunjukkan dengan kenaikan sifat mekanik

2.7. Teknik penguatan alkali (NaOH) serat selulosa dapat meningkatkan adhesi komposit polimer polyolefin Penguatan alkali (merserisasi) adalah salah satu teknik penguatan kimia yang banyak digunakan pada serat alam apabila dipakai sebagai penguat pada matriks termoplastik dan termoset ( Li Xue dkk, 2007). Modifikasi penguatan alkali akan merusak ikatan hidrogen dan cara demikian akan membuat permukaan serat menjadi lebih kasar. Adanya penguatan alkali pada serat akan menghilangkan sejumlah lignin, lilin dan minyak pada permukaan serat dingding, sehingga terjadi depolimerisasi pada selulosa dan membuat serat lebih pendek (Mohanty AK dan Mihsra M, 2001). Dalam hal ini penambahan NaOH adalah


untuk membuat ionisasi gugus OH pada serat sehingga akan menjadi alkoksi (Agrawal, 2000) seperti pada gambar 2.12.

Serat-OH + NaOH → Serat-O-Na + H2O Gambar 2.12. Reaksi serat selulosa dengan NaOH

Oleh karenanya proses alkalisasi serat selulosa lansung pada derajat polimerisasi dan menghilangkan lignin dan senyawa hemiselulosa (Jahn A, 2002). Dalam penguatan alkali, serat dimasukkan kedalam larutan NaOH dengan waktu yang tertentu. Ray et al., Keller A, (2003) dan Mihsra et al. (2001) menyelidiki penguatan serat rami dan serat sekam dengan larutan NaOH 5 % pada waktu 2 jam sampai 72 jam pada temperatur kamar. Penguatan yang sama juga telah dilakukan oleh Morrison (2000) dan Garcia (1998) pada 2% larutan alkali yang menghasilkan pertambahan amorphous kandungan selulosa. Dalam komposit polimer teknik penguatan alkali pada serat selulosa merupakan modifikasi kimia yang telah dilakukan untuk meningkatkan adhesi antara permukaan serat selulosa dan matriks polimer karena menghasilkan ikatan yang baik. Beberapa hasil penelitian telah dilaporkan menggunakan teknik penguatan alkali

dan

memperoleh hasil yang baik. Diantaranya Gassan dan Blezki (1999) telah mempelajari penguatan alkali dan tanpa penguatan dari serat rami pada komposit epoksi dan melaporkan morfologi permukaan

dan sifat mekanik dengan

mengunakan NaOH akan meningkatkan kekuatan komposit sampai 60 % untuk komposit dengan penguatan dibandingkan tanpa penguatan. Ray dan Sarkar (2001) menggunakan efek penguatan alkali serat rami pada komposit vinilester.


Dalam penyelidikan ini penguatan NaOH 5 % dilakukan selama 8 jam dan 6 jam. Berdasarkan hasil penyelidikan SEM retakan permukaan serat lebih besar sedangkan hasil penyelidikan sifat mekanik memperlihatkan peningkatan setelah penguatan alkali. Rodriquez (2007) juga menyelidiki efek dari penguatan alkali serat rami

selama 24 jam pada komposit untuk memperbaiki sifat mekanik

komposit . Menggunakan penguatan NaOH pada komposit juga telah dilakukan Thongsang (2006) yaitu dengan membandingkan efek NaOH pada partikel silika dalam fly ash dan efek NaOH pada karet alam untuk mengubah kekuatan tarik pada komposit. Sedangkan Alberto (2000) telah melakukan penguatan alkali pada beberapa jenis kayu pada komposit cement untuk menyelidiki kompatibilitasnya dengan menggunakan metode kalorimeter. Hasil akhir diperoleh peningkatan kompatibilitas dengan penguatan NaOH yang dibandingkan tanpa penguatan alkali serat kayu. Serat

selulosa yang terkandung dalam rami juga diberi

penguatan alkali oleh Depaks dan Gulati (2006). Serat selulosa dari rami ini kemudian digunakan sebagai penguat komposit polimer poliester yang ditunjukkan dengan peningkatan adhesi dalam penyelidikan sifat mekanik.

2.8. Penyelidikan peningkatan adhesi pada komposit polimer berpenguat serat selulosa Pada pembuatan komposit poliolefin berpenguat selulosa seperti komposit polietiena diperkuat selulosa, adhesi antara permukaan matriks polimer dengan permukaan serat selulosa berperan penting dalam menentukan kekuatan komposit. Penggunaan selulosa sebagai penguat komposit polimer selalu dihadapkan dengan


masalah kekuatan komposit polimer. Hal ini menjadi penting karena hal yang menarik untuk dikomersilkan pada komposit polimer adalah apabila komposit polimer yang dihasilkan kuat dan kaku serta tidak menimbulkan kerusakan lingkungan (Yeh Wang, 2003). Seperti telah diketahui hambatan utama penggunaan komposit polietilena yang berpenguat selulosa adalah kompatibilitas yang rendah karena adhesi antara matriks polimer dan serat selulosa rendah. Tidak kuatnya adhesi antara polimer yang hidrophobik dan serat selulosa yang hidrophilik akan menghasilkan sifat mekanik yang rendah sehingga akan menurunkan kekuatan komposit polimer. Menurut Rowell (1999) melalui reaksireaksi senyawa kimia, modifikasi selulosa kayu dimungkinkan dengan menambahkan senyawa organik pada group hidroksil dan reaksi ini merupakan jenis penguatan dingding sel kayu. Reaksi-reaksi kimia ini akan menghasilkan sifat mekanik yang lebih baik pada komposit polimer karena adanya penambahan dimensi stabilitas sehingga terjadi peningkatan adhesi. Modifikasi kimia yang dapat dilakukan misalnya dengan penguatan anhidrida maleat, isocyanat, permanaganat dan asam klorida, dan organosilan. Untuk itu sejumlah penyelidikan telah dilakukan untuk peningkatan adhesi pada komposit polietilena berpenguat selulosa. 2.8.1 Peningkatan adhesi dengan penguatan anhidra maleat Coupling agent maleat banyak digunakan untuk meningkatkan kekuatan komposit yang mengandung pengisi dimana seratnya diperkuat (Keener, 2004 dan Cantero, 2003). Penguatan kimia anhidrida maleat tidak hanya dipakai untuk modifikasi serat tetapi juga membuat permukaan komposit matriks PP dan serat


dapat lebih baik sehingga meningkatkan kekuatan tarik komposit. Rantai PP dan anhidrida maleat menjadi terikat dan menghasilkan grafting anhidrida maleat polipropilena (MAPP). Kemudian penguatan serat selulosa dengan kopolimer MAPP menghasilkan permukaan dengan ikatan kovalen. Mekanisme reaksi anhidrida maleat dengan PP dan serat dapat dilihat pada gambar 2.13. Cara penguatan anhidrat maleat telah banyak dilakukan untuk penyelidikan peningkatan adhesi pada komposit polimer dengan penguat selulosa. Diantaranya Quin (1985) mereaksikan bahan pemantap atau pelekat turunan anhidra maleat ke dalam matriks polipropilena untuk meningkatkan kekuatan dan kemantapan komposit polipropilena serat kaca.

Gambar 2.13. Mekanisme reaksi serat selulosa dengan anhidrida maleat (Bledzki, 1996)


Menurut Krul (1984), tujuan penguatan anhidra maleat ke dalam bahan poliolefin, untuk meningkatkan polaritas, hidrofilisitas, daya rekat, daya ikat, dan kepekaannya terhadap pengikatan silang. Hasil akhir dari reaksi modifikasi tersebut adalah kenaikan kompatibilitas polimer tersebut dengan bahan pengisi dan polimer lainnya. Sedangkan Mishra (2000) melakukan penguatan anhidra maleat tujuannya adalah mengurangi kepolaran dari serat selulosa, sehingga dapat berinteraksi dengan matriks polipropilena yang non polar. Reaksi pengikatan anhidra maleat ini dengan rantai polipropilena juga telah lama dilakukan oleh Minoura (1969) dengan menggunakan radikal bebas peroksida di dalam pelarut organik. B. Wielage dkk (2003) melakukan penyelidikan pada komposit polipropilena dengan diperkuat serat rami dengan menambahkan asam anhidra maleat sebagai couplig agent. Hasil penyelidikan yang didasarkan pada scanning electron microscope (SEM) diperoleh adanya peningkatan adhesi setelah diberi penguatan dengan anhidra maleat. Yeh Wang dkk (2003), telah melakukan penyelidikan keefektifan dan peningkatan adhesi pada komposit poliolefin dengan serbuk kayu menggunakan anhidra maleat. Poliolefin yang telah diselidiki adalah LLDPE dan HDPE. Untuk mengetahui adanya peningkatan adhesi pada komposit poliolefin dengan serat selulosa dapat diketahui dengan menyelidiki sifat kimia dan sifat fisika. Sifat kimianya diselidiki dengan FTIR, morfologinya dengan SEM dan sifat mekaniknya diselidiki dengan DMTA. Dari hasil penyelidikan terjadi peningkatan adhesi antara pengisi serat selulosa dengan matriks polimer HDPE yang ditunjukkan dengan peningkatan harga kekuatan tegangan sehingga terjadi interaksi positip antara serat selulosa dengan HDPE. Penyelidikan efek


penguatan permukaan antara plastik dan serat kayu juga telah diselidiki Laurent (1998) untuk mengetahui bagaimana efek penguatan permukaan. Dalam penelitian ini penyelidikan diarahkan pada efektifitas komposit PVC/serat kayu untuk mengetahui bagaimana adhesi antara PVC dan serat kayu dengan memodifikasi serat yang diperkuat dengan anhidra maleat. Dari hasil spektroskopi X. Ray telah terjadi penguatan pada permukaan kayu dimana permukaan kayu telah berobah dari hidrophilik menjadi hidrophobik akibat adanya penguatan. Disamping itu kekuatan mekanik dari komposit serat kayu dan PVC telah diperoleh terjadi peningkatan yang cukup signifikaan setelah adanya penguatan. Nenkova dkk (2006) melakukan modifikasi serbuk kayu dengan penguatan anhidra maleat pada komposit polimer kayu. Komposit polipropilena dan modifikasi serbuk kayu tersebut dipelajari dengan scanning electron microscopy, FT. IR dan analisa DMTA. Hasil akhir diperoleh menunjukkan peningkatan adhesi antara matriks polipropilena dengan serbuk kayu yang telah dimodifikasi. 2.8.2. Peningkatan adhesi dengan penguatan isocyanat Isocianat adalah senyawa yang mengandung gugus fungsi N=C=O yang bereaksi dengan gugus OH serat selulosa dan lignin. Isocianat telah digunakan sebagai coupling agent untuk dipakai pada komposit yang diperkuat serat (Paul, 1997 dan Joseph K, 1996). Reaksi antara serat dan isocianat dapat dilihat pada gambar 2.14 dimana R adalah gugus kimia misalnya seperti alkil. H O │ ║ R-N=C=O + HO-Serat → R-N-C-O-Serat Gambar2.14. reaksi antara serat dan isocianat (Van Voomrn, 2001)


Wu et al (2000) telah menyelidiki grafting isocianat pada permukaan serat karbon (CF). Reaksi antara fenil isocianat (C6H5NCO) dan permukaan karboksil dan fenol diberikan pada gambar 2.15, 2.16 dan 2.17. Sejumlah penyelidikan peningkatan adhesi telah dilakukan dengan menggunakan isocyanat sebagai penguat. Diantaranya Chang Li (2006) telah sukses menyelidiki peningkatan adhesi pada komposit polimer polietilena dan kayu. Dari hasil penyelidikan yang diperoleh melalui SEM adhesi antara kayu dan polietilena menunjukkan adhesi yang lebih baik apabila menggunakan isocyanat sebagai penguat dibanding tanpa menggunakan penguat isocyanat.

Gambar 2.15. reaksi antara fenil isocianat dan permukaan karboksil (Van de Velve, 2002)


Gambar 2.16. Reaksi Pathway pada derivat uretan dari cardanol (Joseph, 1996)

Gambar 2.17. Reaksi antara gugus isocianat dan serat selulosa (Joseph, 1996) Selain itu Fujimura (1998) juga telah melakukan modifikasi kimia dalam komposit polimer kayu antara isocyanat dengan kayu untuk membuat kayu lebih


hidropobik. Didalam penyelidikan lain yang pula

Ellis (1999), melakukan

penyelidikan terhadap komposit polimer kayu dengan menggunakan isocyanat untuk mengetahui kekuatan komposit. Hasil akhir dari reaksi modifikasi tersebut adalah komposit polimer kayu mempunyai adhesi yang lebih baik bila menggunakan

penguatan isocyanat dibandingkan dengan tampa mengunakan

penguatan. Michael (2003), melakukan penyelidikan dengan membandingkan komposit polietilena kayu antara komposit polietilena kayu dengan resin metil diisocyanat (MDI) dan komposit polietilena kayu dengan resin phenol formaldehida. 2.8.3 Peningkatan adhesi dengan penguatan permanganat Permanganat adalah senyawa yag mengandung gugus permanganat MnO4. Penguatan permanganat digunakan pada serat selulosa yang berobah menjadi radikal melalui

pembentukan ion permanganat. Kemudian ion Mn3+ yang

reaktifitasnya tinggi sebagai inisiasi kopolimerisasi graf yang dapat dilihat pada gambar 2.18 (Frederick , 2004). O ║ + Selulosa─ H + KMNO4 → Selulosa ─ H─O ─Mn ─OK ║ O (a) Van de Velde, 2001 O O ║ ║ + Selulosa ─ H─O ─Mn ─OK → Selulosa + H─O ─Mn ─OK ║ ║ O O (a) Blekzki, 1999 Gambar 2.18. Reaksi pembentukan radikal selulosa melalui MnO3-


Kebanyakan penguatan permanganat dilakukan dengan menggunakan larutan potassium permanganta (KMNO4 ) atau dalam aseton dengan konsentrasi yang berbeda dengan waktu 1 (satu) sampai 3 (tiga) jam setelah penguatan alkalin (Paul, 1997 dan Joseph, 1996). Paul et al (1997) menguatkan serat rami dalam larutan permangant pada konsenterasi 0,033: 0,0626:dan 0,125 % dalam aseton selama satu menit. Sebagai hasil penguatan permanganat adalah terjadi reduksi pada serat, oleh karenanya absobsi air pada komposit yang diperkuat serat bertambah. Sifat serat yang hidrophilik akan berkurang dengan pertambahan konsentrasi KMNO4, akan tetapi pada konsentrasi KMNO4 1 % terjadi degradasi selulosa yang akan menghasilkan gugus polar antara serat dan matriks.

2.8.4. Peningkatan adhesi dengan penguatan asetilasi serat alam Asetilasi merupakan sebuah reaksi yaang menggunakan gugus asetil (CH3COO-) pada senyawa organik. Asetilasi serat alam diketahui merupakan metode esterifikasi yang baik dari serat selulosa. Dimetilformida, trietilamin, dimetilacetamida dan piridin merupakan pelarut yang dapat digunakan dalam reaksi asetilasi yang berfungsi sebagai agen pembengkakan dingding sel supaya kumpulan hidroksi keluar secara reaksi kimia. Reaksi asetilasi yang terbaik ialah mengunakan anhidrida asetat.

Modifikasi kimia

ini adalah subtitusi asam

anhidrat asetat gugus OH pada dingding sel serat dengan gugus asetil, yang mana hasil modifikasi ini menjadi hidrophobik (Hill, 1998). Reaksi anhidrida asetat dengan serat dapat dilihat pada gambar 2.19 .


Serat─OH + CH3─C(=O)─O─C(=O)─CH3→ Serat ─OCOCH3 + CH3COOH Gambar 2.19. Reaksi anhidrida asetat dan serat Asetilasi dapat membuat serat alam menjadi higroskopis dan menambah stabilitas dimensi komposit. Asetilasi telah dipakai dalam penguatan permukaan serat untuk serat yang diperkuat komposit. (Paul, 1997; Hill, 1998; dan Sreekala, 2003. Khalil (2004) mengemukan serat yang mengalami reaksi asetilasi akan mempunyai

sifat-sifat:

(1)Penyerapan

lembapan

yaitu

sifat

higroskopik

lignoselulosik dapat dikurangi dengan menggantikan gugus hidroksil yang terdapat pada dingding sel yang bersifat hidrofobik, (2) Kestabilan dimensi (3) Ketahanan terhadap UV dan (4) Sifat kekuatan. Penguatan asetilasi telah diselidiki pada serat rami untuk mengubah adhesi serat dan matriks. Mihsra (2003) menyelidiki serat pisang . Serat pisang dimasukkan kedalam larutan NaOH 5 dan 10 % selama 1 jam pada suhu 300C. Nair (2001) menguatkan serat alam pada larutan NaOH 18 %, kemudian kedalam larutan asetat glasial dan akhirnya kedalam anhidrida asetat dan 2 tetes H2SO4. Penguatan permukaan serat pisang ini

dilaporkan menjadi penyelidikan yang baik karena dapat merubah sifat

mekanik matriks polistirena yang lebih baik. Hipotesa model permukaan antar serat pisang dan polistirena ini telah dipostulatkan.

Sementara itu, stabilitas

termal pada komposit yang diperkuat serat lebih baik daripada komposit yang seratnya tanpa penguatan dan interaksi antara matriks dan serat yang diberi penguatan juga lebih baik (Nair, 2001).


BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Serat Tandan Kosong Sawit dan Bahan Selulosa

Recommend Documents