BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Komposit

Komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material penyusun, Gibson F.R(1994). Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat (fiber) sebagai pengisi dan bahan pengikat serat-serat tersebut yang disebut matrik. Penggunaan serat sendiri yang utama adalah untuk menentukan karakteristik bahan komposit, seperti : kekakuan, kekuatan serta sifat-sifat mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi serat digunakan untuk menahan sebagian besar gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik sendiri mempunyai fungsi melindungi dan mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gayagaya yang terjadi. Oleh karena itu untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia.

Komposit dapat dikelompokkan sebagai berikut: 1. Komposit jenis serat yang mengandung serat serat pendek dengan diameter kecil yang disokong oleh matriks yang berfungsi untuk menguatkan komposit, seperti serat tandan sawit, serat sintetis, kaca, atau logam. 2. Komposit jenis partikel yaitu partikel tersebar dan diikat bersama oleh matriks. Struktur Sandwich yaitu komposit yang tersusun dari 3 lapisan yang

Universitas Sumatera Utara

terdiri dari flat komposit sebagai kulit permukaan (skin) serta material inti (core) dibagian tengahnya berada diantaranya 3. Komposit strukstur bersadarkan struktur komposit terbagi menjadi dua yaitu: struktur lamina dan struktur sandwich. Lamina yaitu komposit yang mengandung bahan pelapis yang diikat bersama antara satu sama lain dengan menggunakan pengikat, Premasingan(2000).

2.1.1. Biokomposit

Biokomposit dapat didefinisikan sebagai materil komposit yang terdiri dari polimer alami atau biofiber (serat alami) yang dapat terdegradasi sebagai penguat dan polimer yang tidak dapat terdegradasi atau yang dapat terdegradasi sebagai matriks. Ilustrasi biokomposit ditunjukkan pada gambar 2.1

Gambar 2.1. Skema Sederhana Pembentukan Biokomposit Sumber: Zulfia (2011)

Material Biokomposit terbuat dari bahan yang dapat diperbaharui sehingga pembuatanya dapat mengurangi konsumsi energi dan biaya produksi. Selain itu biokomposit juga memiliki kemampuan terdegradasi yang baik. Perkembangan penelitian

biokomposit

sudah

sangat

beragam,

tidak

hanya

mencakup

produk‐produk untuk kebutuhan bahan bangunan, seperti papan partikel, kayu


lapis atau papan semen dan lainnya, tapi juga telah berkembang dengan pesat ilmu dan produk bio‐plastik atau plastik yang diperkuat dengan bahan‐bahan selulosa, baik berupa produk wood plastic composite (wpc) atau injection molded natural fiber‐polimer. Produk‐produk plastik ini berperan penting dalam pengembangan industri otomotif yang ramah lingkungan.

2.1.2. Biodegradasi Biokomposit

Degradasi adalah suatu reaksi perubahan kimia atau peruraian suatu senyawa atau molekul menjadi senyawa atau molekul yang lebih sederhana secara bertahap. Biodegradasi atau degradasi biotik adalah dekomposisi atau pemecahan zat kimia misalnya bahan polimer disebabkan oleh tindakan yang terjadi secara alami mikroorganisme seperti bakteri, jamur dan ganggang. Mikroorganisme pemecah ini tergantung pada substrat yang dipecahnya. Diantara substratnya adalah: Protein, Lemak dan Karbohidrat. Sedangkan degradasi kimia yang tidak melibatkan aktivitas biologis didefinisikan sebagai degradasi abiotik.

Tingkat biodegradasi dalam polimer berbasis bio tergantung pada struktur dan lingkungannya. Proses biodegradability biokomposit terkait dengan adanya organisme yang memiliki enzim khusus untuk menghidrolisis rantai karbon yang terkandung dalam polimer dari biokomposit. Penggunaan bio-komposit sebagai bahan bangunan menawarkan beberapa keuntungan yaitu murah, ringan, ramah lingkungan, biorenewable, dan lebih tahan lama. Namun, di samping kelebihan tersebut, mereka memiliki beberapa kelemahan juga, seperti penyerapan air dan degradasi fotokimia karena radiasi UV. 2.2. Polimer

Polimer ialah makromolekul yang terbentuk dari perulangan satuan-satuan sederhana

monomernya.

Akibatnya

molekul-molekul

polimer

umumnya

mempunyai massa molekul yang sangat besar. ada polimer yang merupakan


molekul individual, ada yang bercabang, ada yang merupakan jaringan raksasa makroskopik. Berdasarkan asalnya polimer dapat dikelompokkan polimer alam dan polimer sintetis. Polimer alam adalah polimer yang berasal dari makhluk hidup. Contoh polimer alam ialah; pati/amilum, selulosa, protein, asam nukleat, dan karet alam. Sedangkan polimer sintetis ialah polimer yang tidak terdapat di alam dan harus dibuat oleh manusia. Contoh polimer sintetis ialah; polietena, polipropena, PVC,

2.2.1. Polimer Pelietilena

Polietilena adalah termoplastik linear yang mudah dibentuk dengan kombinasi panas dan tekanan. Unit dasar struktur (mer) yang berulang diturunkan dari etena atau etilena, molekul Monomer ini mempunyai dua ikatan

, yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. bebas dan disebut tidak jenuh dan

bifungsional. Polietilena merupakan contoh komersil penting dan serbaguna. Bentuk awal dengan kerapatan rendah (LDPE) memiliki tingkat percabangan tinggi, dengan sekitar 15-30 cabang pendek dan cabang penjang per seribu atom karbon, dan kerapatan kurang dari 940 kg m-3. Smallman dan Bishop(1999)

Gambar.2.2. Etilena suatu monomer dan unit berulang polietilena


Struktur rantai polietilena dapat berupa linier atau berikatan silang. Polietilena adalah bahan termoplastik yang kuat dan dapat dibuat dari yang lunak sampai yang kaku. Ada dua jenis polietilena yaitu polietilena densitas rendah (low-density polyethylene/LDPE) dan polietilen densitas tinggi (highdensity polyethylene/HDPE). LDPE relatif lemas dan kuat, digunakan antara lain untuk pembuatan kantong kemasan, tas, botol, industri bangunan, dan lain-lain. HDPE sifatnya lebih keras, kurang transparan dan tahan panas sampai suhu 170oC. Campuran polietilena densitas rendah dan polietilena densitas tinggi dapat digunakan sebagai bahan pengganti karet, mainan anak-anak, dan lainlain(Azizah, 2004). Low Density Polyetylene memiliki struktur rantai percabangan yang tinggi dengan cabang yang panjang dan pendek. Sedangkan High Density Polyetylene mempunyai struktur rantai lurus dan Linier Low Density Polyetylene (LLDPE) memiliki rantai polimer yang lurus dan rantai-rantai bercabang yang pendek. Sedikitnya cabang-cabang pada rantai akan memperkuat gaya ikatan antar molekul. Dengan berdekatannya rantai-rantai utama akan menaikkan kristalinitas, rapat massa dan kekuatannya. Pengaruh kristalinitas dapat dilihat pada data di tabel 2.1.

Tabel 2.1. Karakteristik Polietilena Sifat

LDPE

HDPE

Kekuatan Tarik, MPa

5-15

20-40

Modulud Young, Mpa

100-250

0,94-0,96

Muai Termal, oC-1

180.10-6

120.10-6

Perpanjangan

100%

500%

Densitas, Mg/m3

0,92

0,96

55-80

80-120

(=g/cm3) Ketahanan panas pada pemakaian berlanjut, o

C

Sumber: (Vlack, 2004)


2.3. Bulu Ayam

Bulu berperan penting dalam proses fisiologis dan banyak fungsional. Unggas yang paling dewasa seluruhnya ditutupi dengan bulu, kecuali pada paruh, mata, dan kaki. Bulu tidak hanya menganugerahkan kemampuan penerbangan, tapi sangat penting untuk pengaturan suhu. Bulu sangat teratur, struktur bercabang hirarkis. Dalam bidang industri pertenakan, bulu ayam akan menjadi limbah yang tidak digunakan. Limbah bulu ayam dapat menimbulkan dampak penurunan kualitas tanah karena bulu ayam sulit terdegradasi di lingkungan akibat adanya keratin atau protein fibrous berupa serat. Oleh sebab itu limbah bulu ayam resisten terhadap perombakkan atau degradasi dan merupakan masalah yang serius di lingkungan, Savitha dkk(2007) Fraksi bulu ayam terdiri dari bulu sebelah dalam dan sebelah luar, bulu sebelah luar berstruktur pori pori lebih rapat daripada bulu sebelah dalam , seperti terlihat pada Gambar 2.3.


Gambar 2.3. SEM bulu ayam (a) bulu bagian dalam (b) serat (c) bulu bagian luar (d) bulu bagian dalam (e) serat Sumber: Kock (2006)

2.3.1. Keratin Bulu Ayam

Pada bulu ayam terdapat lebih dari 90% protein (keratin), Kani, dkk(2012). Komponen utamanya adalah

, sebuah protein struktur

berserat dan tidak larut secara ekstensif cross linked dengan ikatan sulfide. Struktur

-Heliks tersebut cenderung agregat oleh ikatan hidrogen untuk

membentuk unit silinder polipeptida struktur rantai yang unik. Dalam istilah sederhana, pena bulu itu adalah keras, poros tengah dari yang lembut, serat saling bercabang(Hong dan Wol, 2005).


Keratin memiliki daya tahan yang baik dan tahan terhadap degradasi. Schrooyen (1999) menemukan keratin tidak larut dalam pelarut polar, seperti air, serta dalam pelarut nonpolar. Metode yang paling umum untuk melarutkan bulu keratin adalah dengan pemotongan ikatan peptide bersamaan melalui hidrolisis asam dan alkali, pengurangan ikatan disulfide dengan larutan natrium sulfida (

. Teknik ini efektif untuk mengekstraksi keratin 75 %. Dan menyimpulkan

keratin adalah protein yang relative stabil dan kokoh, Kock, J.W(2006).

Keratin adalah produk pengerasan jaringan epidermal dari tubuh dan merupakan protein fibrous yang kaya akan sulfur dan banyak terdapat pada rambut, kuku dan bulu, Haurowitz, F(1984). Keratin merupakan polimer alami yang dapat digunakan di dalam berbagai aplikasi untuk produk berbahan dasar keratin, secara umum di dalam aplikasi ini, produk yang dihasilkan dari keratin akan memberikan sifat yang baik mencakup untuk memperbaiki sifat mekanik seperti kestabilan, memperbaiki sifat fisika dan kimia, dan baik untuk pembentukkan property film (Floris dan Slangen, 2007).

Banyaknya ikatan

disulfida (S-S), ikatan hydrogen dan interaksi hidrofobik pada struktur keratin yang ditunjukkan pada Gambar 2.4 menyebabkan protein keratin sangat stabil, kaku, dan tidak dapat didegradasi oleh enzim proteolitik yang umum seperti tripsin, pepsin, dan papain. Keratin digunakan dalam film, serat, pelapisan, dan lain-lain. Keratin digunakan dalam formula sebagai pengontrol system pelepasan, contohnya untuk bahan aktif seperti parmasi, agrokimia, bidang kosmestik, minyak wangi, dan lain-lain.


Gambar.2.4. Skema Struktur Bangun Keratin Sumber: WEST dan TODD (1961)

2.5. Sentrifugasi

Sentrifugasi

ialah

suatu

teknik

pemisahan

suatu

material

yang

berdasarakan berat molekulnya dengan kecepatan tertentu. Teknik ini digunakan untuk memisahkan atau memurnikan protein, partikel, dan organel selular yang disedimentasi menurut ukuran dan bentuk relatifnya. Pada teknik pemisahan sentrifugasi ini, partikel biasanya disuspensikan dalam medium cairan tertentu, yang dimasukkan dalam tabung atau botol dalam rotor di tengah drive shaft sentrifuga. Partikel yang berbeda densitas, bentuk, dan ukurannya dapat dipisahkan karena akan mengendap dengan laju yang berbeda. 2.5.1. Prinsip Pengendapan


Laju sedimentasi berbagai organel subselular berbeda, sehingga teknik sentridugasi memungkinkan pemisahan. Gaya sentrifugal (centrifugal field, G) adalah kecepatan sudut

rotor dan jarak radial

partikel dari sumbu rotasi

menurut persamaan:

(2.1)

Dimana: RPM: Jumlah putaran/menit (revolusi/menit) : Satuaan radial/detik

Gaya sentrifugal relative (relative centrifugal field, RCF) adalah rasio gaya sentrifugal dan konstanta gravitasi menurut peramaan:

(2.2)

g = 980 cm/detik, dan

diukur dalam cm, sehingga:

(2.3)

Laju sedimentasi partikel

adalah

, dengan

adalah koefisien

sedimentasi, yaitu laju per unit gaya sentrifugal. Unit ini diukur dalam detik, biasa diukur dalam Svedberg unit yang bernilai

detik.

Koefisien sedimentasi tergantung pada viskositas dan densitas medium suspense, serta pada bentuk, ukuran, dan densitas partikel. Untuk partikel yang berbentuk bola, mengikuti persamaan:

(2.4) Dimana:


: Densitas partikel : Densitas medium : Radius partikel : Viskositas medium

Waktu yang diperlukan partikel untuk bersedimentasi dari meniskus medium suspense sampai pangkal tabung sentrifuga adalah:

(2.5)

Dimana: : Jarak radial meniskus cairan dari sumbu rotasi : Jarak radial pangkal tabung dari sumbu rotasi

Pengandapan parikel dipengaruhi oleh bentuk dan ukurannya masingmasing. Faktor lain yang harus diperhatikan adalah densitas medium, karena partikel yang lebih padat dari medium yang akan mengendap. Sebagian besar protein mempunyai nilai koefisien sedimentasi antara 1 sampai

.

2.6. Uji Biuret

Pengujian ini digunakan untuk uji umum terhadap protein, karena uji ini dapat mendeteksi kehadiran ikatan peptide. Uji Biuret berdasarkan reaksi antara ion

dan ikatan peptide dalam suasana basa. Warna kompleks ungu

menunjukkan adanya protein. Intensitas warna yang dihasilkan merupakan ukuran jumlah ikatan peptide yang ada dalam protein. Ion

dari pereaksi Biuret

dalam suasana basa akan bereaksi dengan polipeptida atau ikatan-ikatan peptide yang menyusun protein, dan membentuk senyawa kompleks berwarna ungu atau


violet. Reaksi ini positif terhadap dua buah ikatan peptida atau lebih, tetapi negatif untuk asam amino bebas atau satu ikatan peptida. Protein melarutkan hidroksida tembaha untuk membentuk kompleks warna. Reaksi pembentukkan warna ini dapat terjadi pada senyawa yang mengandung dua gugus karbonil yang berikatan dengan nitrogen atau atom karbon. Bintang Maria(2010).

2.6. Pengujian Mekanik

Pengujian mekanik berhubungan dengan ukuran kemampuan plastik untuk menahan gaya luar yang bekerja padanya, yang termasuk ke dalam sifat mekanis film plastik adalah kuat tarik, perpanjangan dan modulus Young.

2.6.1. Uji Tarik ( Tensile Strength )

Uji tarik adalah salah satu uji stress-strain mekanik yang bertujuan mengetahui kekuatan bahan terhadap gaya tarik. Pengujiannya, bahan uji ditarik sampai putus.Umumnya kekuatan tarik polimer lebih rendah dari baja 70 kgf/mm2. Hasil pengujian adalah grafik beban versus perpanjangan (elongasi). Tegangan (σ) : (2.6) Dimana : σ =tegangan(MPa) F= Beban yang diberikan arah tegak lurus terhadap penampang spesimen (N) A0 = Luas penampang mula-mula spesimen sebelum diberikan pembebanan(m2) Regangan (ε): (2.7)


Dimana : ε = Regangan = Panjang mula-mula spesimen sebelum diberikan pembebanan (m) ΔL = Pertambahan panjang (m)

2.6.2. Uji Kuat Lentur

Kekuatan lentur ialah kekuatan untuk menahan gaya-gaya yang berusaha untuk melengkungka benda uji, atau untuk menahan beban mati maupun hidup selain beban pukulan. Kuat lentur adalah nilai tegangan tarik yang dihasilkan dari momen lentur dibagi dengan momen penahan penampang balok uji. Kuat lentur dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

2.8

Dimana: Kuat lentur(Kgf/

)

Berat beban maksimum (Kgf) Jarak sangga(mm) Lebar sampel uji (mm)

2.7. FT-IR

FT-IR singkatan dari Fourier Transform InfraRed. Spektroskopi Infrared, IR radiasi dilewatkan melalui sampel. Beberapa radiasi inframerah diserap oleh


sampel dan sebagian dilewatkan (ditransmisikan). Spektrum yang dihasilkan merupakan molekul penyerapan dan transmisi, menciptakan sidik jari molekul sampel. Seperti sidik jari tidak ada dua struktur molekul yang unik menghasilkan spektrum inframerah sama. Hal ini membuat spektroskopi inframerah berguna untuk beberapa jenis analisis. Spektroskopi merupakan studi antaraksi radiasi elektromagnetik dengan materi. Radiasi elektromagnetik adalah suatu bentuk dari energi yang diteruskan melalui ruang dengan kecepatan yang luar biasa. Dikenal berbagai bentuk radiasi elektromagnetik dan yang mudah dilihat adalah cahaya atau sinar tampak. Jenis dari getaran

Frekuensi

Panjang

(cm-1)

gelombang ( )

Spektropotometer infrared ialah instrumen menentukan penyerapan spektrum untuk sebuah bahan campuran atau senyawa. Spektropotometer menentukan jumlah dan posisi relatif dari semua serapan dalam daerah infrared dan memplotnya di atas kertas grafik kalibrasi. Plot dari intensitas serapan versus jumlah gelombang atau panjang gelombang ialah dikenal

sebagai spektrum

infrared dari bahan campuran atau senyawa. Untuk mendapatkan informasi struktural dari spektra infrared, harus umum dikenal dengan frekuensi atau panjang gelombang pada variasi serapan gugus fungsional. Pada tabel 2.2 tertera beberapa gugus fungsional beserta puncak absorpsi karakteristiknya yang dapat membantu dalam mengidentifikasi suatu senyawa.

Tabel 2.2. Absorpsi Inframerah Beberapa Gugus Fungsional


(stretching)

3000-2850

3.33-3,51

(bending)

1450 dan 1375

6,90 dan 7,27

(bending)

1465

6,83

(stretching)

3100-3000

3,23-3,33

(Bending keluar

1000-650

10,0-15,3

(stretching)

3150-3050

3,17-3,28

(Bending keluar

900-690

11,1-14,5

ca. 3300

ca. 3,03

2900-2800

3,45-3,57

2800-2700

3,57-3,70

Alkene

1680-1600

5,95-6,25

Aromatik

1600 dan 1475

6,25 dan 6,78

C C

Alkyne

2250-2100

4,44-4,76

C=O

Aldehyde

1740-1720

5,75-5,81

Ketone

1725-1705

5,80-5,87

Asam Karbosilat

1725-1700

5,80-5,88

Ester

1750-1730

5,71-5,78

Amide

1670-1640

6,00-6,10

Anhydride

1810 dan 1760

5,52 dan 5,68

Acid Chloride

1800

5,56

Alcohol, Ethers, Esters,

1300-1000

7,69-10,0

Bebas

3650-3600

2,74-2,78

Ikatan Hidrogen

3500-3200

2,86-3,13

Asam Karbosilat

3400-2400

2,94-4,17

Amines dan Amida (stretching)

3500-3100

2,86-3,23

(bending)

1640-1550

6,10-6,45

C-H

Alkanes

Alkenes

bidang) Aromatik

bidang) Alkyne

(stretching)

Aldehyde

C=C

C-O

Asam Karbosilat, Anhydrides O-H

N-H

Alcohol, Phenols


C-N

Amines

1350-1000

7,4-10,0

C=N

Imines dan Oximes

1690-1640

5,92-6,10

C N

Nitriles

2260-2240

4,42-4,46

X=C=Y

Allenes, Ketenes, Isocyanates,

2270-1950

4,40-5,13

Isothiocyanates N=O

Nitro (R

1550 dan 1350

6,45-7,40

S-H

Mercaptans

2550

3,92

S=O

Sulfoxides

1050

9,52

Sulfones, Sulfonyl Chlorides

1375-1300 dan

7,27-7,69 dan

Sulfates, Sufonamides

1200-1140

8,33-8,77

Fluoride

1400-1000

7,14-10,0

Chloride

800-600

12,5-16,7

Bromide, Iodide

<667

>15,0

C-X

Sumber: Donald, Pavia, dan Lampman (1979 2.8. Maleic Anhydride Sebagai Aditif

Maleic anhydride (2-5-furandion; cis-butenedioik anhidrat) dengan rumus umum C4H2O3 dengan berat molekul 98,06 dapat dibuat dengan mensublimasi asam maleat dan P2O5 dengan menurunkan tekanan. Skema struktru Maleic anhydride ditunjukkan pada gambar.2.5.

Gambar 2.5. struktur kimia Maleic anhydride


Secara tradisional Maleic anhydride dibuat dengan mengoksidasi benzen atau senyawa aromatik. Karena harga benzen yang tinggi, sekarang pembuatan anhibrid maleat dilakukan dengan menggunakan n-Butana, dengan reaksi seperti berikut.

Maleic anhydride larut dalam 100 gr pelarut pada suhu 25oC. Maleic anhydride digunakan pada proses sintesa diena (sintesa Diehls Alder), reaksi kopolimerisasi, pembuatan resin-Alkil dan bidang farmasi. Bersifat sangat iritatif. Umumnya senyawa dengan dua karbon ikatan rangkap dan karbon oksigen. Maleic anhydride dengan berat molekul 98,06 larut dalam air, meleleh pada temperatur 57OC sampai 60OC, mendidih pada 202OC dan specific grafity 1,5 (Gaylord, 1981) Maleic anhydride digunakan sebagai bahan kimia dalam sintesis asam fumarat dan tartaric, bahan kimia pertanian tertentu, pewarna celup, farmasi, dan resin dalam berbagai produk, juga digunakan sebagai co-monomer untuk resin poliester tak jenuh, bahan dalam agen pengikat yang digunakan untuk memproduksi kayu lapis (HSDB, 1995).

2.9. Benzoyl Peroxide Sebagai Inisiator

Benzoyl Peroxide merupakan senyawa peroksida yang berfungsi sebagai inisiator dalam proses polimerisasi dan dalam pembentukan ikatan silang dari berbagai material polimer. Senyawa peroksida ini dapat digunakan sebagi pembentuk radikan bebas. Peroksida organik seperti Benzoyl Peroxide diuraikan dengan mudah untuk menghasilkan radikal bebas benzoil. Benzoyl Peroxide memiliki waktu paruh 0,37 jam pada suhu 100oC. Penambahan sejumlah zat pembentuk radikal akan memberikan ikatan polimer (Al-Malaika, 1997)


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents