Daftar isi Kopolimerisasi
LLDPE dengan Anhidrida Maleat Tanpa lnisiator dalam Laboplastomil
(Hasnah Muin)
KOPOLIMERISASI LLDPE DENGAN ANHIDRIDA MALEAT TANPA INISIATOR DALAM LABOPLASTOMIL Hasnah Muin Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri Universitas Islam Indonesia Yogyakarta ABSTRAK KOPOLIMERISASI
LLDPE
DENGAN
ANHIDRIDA
MALEAT
TANPA INISIAT@R
DALAM
LABOPLASTOMIL. Saat ini sampah yang berasal dari LLDPE merupakan masalah lingkungan yang cukup serius sehingga perlu dilakukan modifikasi LLDPE yang dapat mendukung terjadinya proses biodegradasi. Data yang ada menunjukkan bahwa polimer sintetik yang pada rantai utamanya mengandung gugus fungsi yang dapat terhidrolisa atau teroksidasi lanjut oleh enzim relatiflebih mudah terbiodegradasi. Penelitian ini bertujuan untuk memodifikasi LLDPE dengan cara kopolimerisasi guna memasukkan gugus fungsi yang dapat terhidrolisa atau teroksidasi lanjut pada rantai LLDPE. Untuk mendapatkan gugus tersebut, telah dilakukan kopolimerisasi LLDPE dengan anhidrida maleat tanpa inisiator dalam laboplastomil. Kopolimerisasi dilakukan pada suhu 150aC dengan jumlah putaran 60 rpm. Analisis gugus fungsi dan sifat fisika sebelum dan sesudah modifikasi dilakukan dengan menggunakan FTIR,UV,XRD,kekuatan tarik dan perpanjangan saat putus. Analisis FTIR dan UV menunjukkan adanya ikatan rangkap, asam keto dan anhidrida tak siklik pada rantai LLDPE. Kekuatan tarik 28%, titik leleh 99%, perpanjangan saat putus 203% dan derajat kristalinitas 163% dibandingkan LLDPE murni. Diharapkan proses kopolimerisasi ini dapat digunakan sebagai salah satu cara alternatif untuk memodifikasi polimer sintetik guna membentuk polimer yang dapat terbiodegradasi. Kata Kunci : LLDPE, Anhidrida maleat, Laboplastomil
ABSTRACT COPOLYMERIZATION LLDPE WITH MALEIC ANHYDRIDE WITHOUT INITIATOR IN LABOPLASTOMILL. Nowadays LLDPE waste is contributing seriously to the environmental problems, and hence modification ofLLDPE to promote biodegradation is desirable. Several data indicated that to be biodegradable, the polymer chain must contain chemical bonds susceptible to enzymatic hydrolysis or oxidation initiating the biodegradation process This research aimed to modify LLDPE through copolymerization, to create hydrolysable and oxidizable functional groups along the LLDPE main chain. To create this function, copolymerization LLDPE with maleic anhydride without initiator in laboplastomill had been done. Copolymerization has been done at 150aC with 60 rpm rotation. Analysis of functional groups and physical properties ofLLDPE before and after modification have been done by IR, UV, XRD, tensile strength and % elongation at break. FTIR and UV analysis indicated the occurrence of double bond, non-cyclic anhydride and keto acid at LLDPE main chain. Tensile strength 28%, melt indeks indeks 99%, elongation at break 203 % and the degree of crystallinity increase 163% compare to the original LLDPE. It could be expected that this copolymerization might be one of an alternative way to modify a synthetic polymer for possible biodegradation. Key words: LLDPE, Anhidrida maleat, Laboplastomil
PENDAHULUAN Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) merupakan suatu jenis plastik yang banyak digunakan sebagai bahan pengemas. LLDPE merupakan senyawa yang inert, sehingga tahan terhadap cuaca, penyinaran dan mikroba pengurai yang terdapat dalam tanah. Akibatnya sampah plastik yang berasal dari LLDPE dapat
menyebabkan masalah lingkungan yang cukup serius baik di negara maju maupun berkembang [1] Untuk mengatasi masalah tersebut di atas peneliti terdahulu telah mencoba mel'lcampur pati dengan LLDPE. Hasil penelitianmenunjukkan bahwa mikroba hanya makan pati, dan bagian 65
Prosiding Simposium
Nasional Polimer V
ujung dari polimer. Hal iniJentu tidak diharapkan karena LLDPE mempunyai herat molekul sekitar 30.000. Proses biodegradasi berawal dari terjadinya oksidasi lanjut dan hidrolisa lanjut oleh enzim di luar cell [4]. Hal yang sarna ditegaskan lagi bahwa senyawa yang dapat terbiodegradasi adalah senyawa yang mengandung gugus fungsi yang dapat terhidrolisa dan teroksidasi lanjut, seperti pati pada polimer alam dan poliamida, poliester dari poliuretan pada polimer sintetik.[2] Anhidrida maleat mempunyai rumus kimia C4H203 dengan rumus bangun seperti terlihat pada Gambar 1 dibawah ini:
/
0= c
\
"0/
c= 0
ISSN 1410-8720
kimia disebabkan karena radikal yang terjadi akibat mekanik, dapat merupakan pemula dalam proses inisiasi [8]. Radikal yang terjadi akibat mekanik (mechanoradical) pada polietilena padat adalah sebagai berikut: 1. bentuk primair - CH2CH2 * 2. bentuk sekunder - CH2CH* CH3 ' - CH2CH* CH 2 - " ROO* -CH = CHCH* CH 2 C* = [7] Berdasarkan data di atas dilakukan suatu hipotesis bahwa kopolimerisasi LLD PE dengan anhidrida maleat dapat teIjadi tanpa penambahan inisiator. Untuk membuktikan hipotesis tersebut dilakukan analisis gugus fungsi, morfologi, serta perubahan sifat fisika sebelum dan sesudah kopolimerisasi. CH2-
METODEPERCOBAAN Bahan dan Alat
Gambar 1. Anhidrida maleat.
Gambar 1 di atas menunjukkan adanya gugus anhidrida. Gugus anhidrida merupakan gugus yang sangat mudah terhidrolisa. Dengan memasukkan gugus anhidrida suatu gugus fungsi yang dapat terhidrolisa pada rantai LLDPE, diharapkan dapat dihasilkan suatu polimer yang dapat terbiodegrasi. Grafting HDPE dengan anhidrida maleat dalam laboplastomill dengan menambahkan inisiator telah dikerjakan oleh peneliti sebelumnya. Reaksi yang terjadi sangat rumit [2] Laboplastomill merupakan suatujenis ekstruderyang bekeIja secara mekanik Tekanan akibat mekanik mengakibatkan timbulnya keretakan pada polimer yang mengakibatkan terjadinya radikal-radikal, sehingga mengakibatkan teIjadinya pemutusan rantai. Terjadinya pemutusan rantai dan radikal akibat mekanik, mengakibatkan teIjadinya reaksi kimia yang dikenal sebagai kimia mekanik (mechnochemistry). Akhir-akhir ini ahli polimer mulai mengaplikasikan kenyataan tersebut dalam sintesis seyawa polimer bam, atau memodifikasi polimer yang sudah ada [5].Terjadinya reaksi
66
Bubuk LLDPE diperoleh dari Petrokimia Interindo Jakarta. Kalium Bikromat dan asam sulfat dibeli dari E.Merck. Proses kopolimerisasi dilakukan dengan cara blending LLDPE dengan anhidrida maleat dalam laboplastomill pada suhu I50aC dengan jumlah putaran 60 rpm.Karakterisasi dilakukan dengan cara menentukan titik leleh menggunakan DTA (Differential Thermal Analysis), Analisis gugus fungsi dengan FTIR (Fourier Transfrom Infra Red) merk Perkin Elmer, derajat kristalinitas dengan DifTaksiSinar X (Diffraktometer DX-Gerd-I2 merk Jeol), penentuan uji tarik dan sifat perpanjangan menggunakan otograf Proses Kopolimerisasi Proses kop6limerisasi dilakukan dengan cara blending LLDPE dengan anhidrida maleat dalam laboplastomill pada suhu I50aC dengan jurnlah putaran 60 rpm. Hasil blending dicuci dengan air, dikeringkan dalam oven vakum dan kemudian diekstraksi selama 20jam dengan menggunakan aseton. Hasil ekstraksi dikeringkan dalam oven vakum dan dibuat film untuk karakterisasi.
50&1776 1718 1628
Kopolimerisasi LLDPE dengan Anhidrida Maleat Tanpa Inisiator dalam Laboplastomil
Karakterisasi
Hasil Kopolimerisasi
Analisis Gugus Fungsi Analisis gugus fungsi dilakukan terhadap sample yang telah dibuat film dengan mengunakan FTIR merk Shimadzu. Penentuan Derajat Kristalinitas Penentuan derajat kristalinitas dilakukan dengan mengunakan Difraksi Sinar X (Difraktometer DX-Gerd -12merk Jeol) dengan Keeepatan goniometer sebesar 20/ menit dan keeepatan kertas spektrograf 1Omm /menit,serta jangkauan sudut pengukur (28) antara 6° sampai dengan 36°. Derajat kristalinitas ditentukan dengan membandingkan luas daerah kristalin dengan jumlah luas daerah kristalin tambah luas daerah amorf yang dihitung dengan menggunakan komputer dengan program Auotoead. Penentuan Suhu Leleh TItik leleh ditentuan denganmengunakan alat DTA ( DifJrential Thermal Analysis), dengan kerja sebagai berikut: - Jumlah sampel yang digunakan = 15 mg - Keeepatan Scanning = 10- 20 mm/menit - Interval suhu = 40 - 2000 C Uji Sifat Mekanik Uji sifat mekanik ditentukan dengan menentukan kuat putus dan perpanjangan saat putus mengunakan alat otograf, dengan kondisi alat sebagai berikut:
-
1055 & 1589& 1396 3588 896 & 839 3127 Spektra
-
(Hasnah Muin)
Keeepatan tarik = 50 mm/ menit Jarak pegangan = 2,5 em Jarak beban = 50 kgf Temperatur uji = 24-25° C
HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penelitian ini diteliti perubahan struktur kimia yang terjadi pada LLDPE setelah kopolimerisasi dengan anhidrida maleat menggunakan FTIR dan UV Perubahan sifat fisika dan morfologi hasil kopolimerisasi dikarakterisasi dengan menentukan titik leleh, uji tarik dan derajat kristalinitas.
Analisis Gugus Fungsi Hasil Kopolimerisasi LLDPE Dengan Anhidrida Maleat Menggunakan FTIR dan UV Analisis gugus fungsi menggunakan FTIR terlihat pada Gambar 2. Pada Gambar 2 terlihat adanya puneak yang hilang dari anhidrida maleat dan adanya puneak baru setelah LLDPE dikopolimerisasi dengan anhidrida maleat Adanya puncak barn dan puncak yang hilang dapat terlihat pada Tabell dan besarnya indeks karbonil yang terbentuk dapat terlihat pada Tabel2. Tabel 2. menunjukkan terjadinya pergeseran puneak dari 1854 em-I dan 1784 em-1 (anhidrida maleat) ke 1850 em-! dan 1776 em-! (LLDPE-Co-MA). Terjadinya pergeseran puncak bilangan gelombang yang lebih pendek, menujukkan terjadinya perubahan anhidrida siklik menjadi taksildik, akibat terjadinya
Tabell. Analisis spektrum FTIR hasil kopolimer. Tafsiran 697 & 639 vv(C=O) -=-dari 0Chilang dari einein MA 1854 &-COOH 1784 3600 2500 (C H) alkena vC C bidang 0) C-) dari terkonyugasi 0) dari CO C=O - 0 - CO v(C v(H) dari - keluar -)terkonyugasi Cv(C CO = gelombang C -0(OH) H - =CO C=O Puneak v-=v(C dari - COOH Bilangan (em-I) Puneak baru
67
eat tak siklik DPE-Co-MA
Prosiding Simposium Nasional Polimer V
ISSN 1410-8720
1Jm1
%T
(¥Ir
o.1m ""
e~
Nvr\.J'...LYj (b)
1854. 1784
."
""~,
105 V ,\i..r.:""
1:1 , , , " ~
~
I
~
~
')
~
m
~
~PYElEH,I~
(a) Bilangan Gelombang
(al"')
Gambar 2. Spektra FTIR (a) LLDPE murni (b) MA (c) LLDPE-Co-MA
pemutusan ikatan Co-C=C- pada anhidrida maleat akibat proses kopolimerisasi LLDPE dengan anhidrida maleat. Puneak pada 1718 em-1 adalah puneak asam keto yang ditunjang oleh adanya puneak OH bending dari karboksilat pada 920 em-I. TeIjadiya asam keto akibat terputus ikatan CO-O dari anhidrida maleat. Pada Tabel 2 terlihat bahwa indeks karbonil asam keto, lebih besar dari indeks karbonil anhidrida tidak siklik. Puneak pada 1628 em-1 diperkirakan adalah puneak ikatan rangkap yangterkonyugasi CO. Analisisgugusfungsi dengan menggunakan spektrum UV terlihat pada Gambar 3. Gambar 3 menunjukkan adanya puneak setelah LLDPE dikopolimerisasi dengan anhidrida maleat. Berdasarkan peraturan Woodwart [6] maka gugus fungsi yang terbentuk pada kopolimerisasi LLDPE dengan anhidrida maleat tanpa penambahan inisiator diperkirakan sebagai berikut:
(b) Gambar 3. Spektra (b) LLDPE-Co-MA.
1
•
NmW_
A A
~
o
68
qO
H=a-i_r' "'OH
pengamatan BL 1= 244 nm perhit = (195 + 30 + 18) nm = 243 nm ~
a-i-a-i =a-i- C-O-C _%...w.w
2
u
o A A
II
0
pengamatan BLI = 232 nm perhit= (215+18) nm = 233 nm
Tabel2. Harga indeks karbonil hasil kopolimerisasi --I.CO -C=CKarboksilat Absorban CO Anhidrida 1776 -CH2 0,02 0,01 0,13 0,35 A.Karbonil Gelombang Gugus fungsi 0,12 0,90 0,31 ACO/ ACH2 Sampel 1466,1
i
C H - C-C
UV (a) LLDPE murni
II
Kopolimerisasi LLDPE dengan Anhidrida Maleat Tanpa Inisiator dalam Labopl~tomil (Hasnah Muin)
Tabel3. Perubahan Morfologi dan Sifat Fisika Hasil Kopolimerisasi Titik Leleh tarik (%) 2424 1193 kristalinitas eC) 21,1 131,8 2,98 34,4 (kg/m2) 130,9 0,84 .Kekuatan Derajat Perpanjangan Macam saat putus (%)
Analisis FTIR. dan UV di atas menunjukkan terjadinya kopolimerisasi LLDPE dengan anhidridamaleattanpa penam15ahaninisiatordalam laboplastomil. Reaksi yang terjadi kemungkinannya adalah seperti Gambar 4 Pada penelitian ini (lihat Gambar 4, reaksi (a) akan lebih banyak terjadi dari reaksi (b), yang dibuktikan dengan besarnya indeks karbonil (a) dibandingkan dengan (b) seperti terlihat pada Tabel2. Hal ini ditunjang dari bentuk struktur kimia anhidrida maleat (Gambar 1)Pada Gambar 1 tersebut terlihat adanya ikatan CO-O, ikatan CO-C=C dan rangkap -CH=CH- Dilihat dari bentuk ikatannya, dapat dikatakan bahwa ikatan yang paling mudah putus adalah ikatan CO-O.
Morfologi dan Sifat Fisika Hasil kopolimerisasi LLDPE dengan Anhidrida Maleat Perubahan derajat kristalinitas sebelum dan sesudah kopolimerisasi terlihat pada Gambar 5. Perubahan morfologi dan sifat fisika terlihat pada Tabel3. Terjadinya penurunan kekuatan tarik kemungkinan disebabkan terjadinya pemutusan rantai LLDPE dalam laboplastomill, sehingga menghasilkan rantai-rantai pendek yang bersifat tleksibel yang mengakibatkan naiknya persentase perpanjangan dan turunnya titik leleh. Selain itu masuknya ikatan rangkap sebagai gugus yang tleksibel juga menyebabkan naiknya persentase perpanjangan. Naiknya derajat krstalinitas disebabkan masuknya gugus polar yang dapat membentuk ikatan hidrogen.
Sudut diffraksi (28) (a)
Sudut diffraksi (28) (b)
Gambar 5. Dirraktogram (b) LLDPE-Co-MA
(a) LLDPE murni
KESIMPULAN Berdasarkan percobaan di atas dapat disimpulkan, bahwa kopolimerisasi LLDPE dengan anhidrida maleat dalam laboplastomill
dapat terjadi tanpa penambahan inisiator. Hasil kopolimerisasi menunjukkan adallyagugus karboksilat, anhidrida taksiklik dan ikatan rangkap terkonyugasi CO. 69
ISSN 1410-8720
Prosiding Simposium Nas;onal PoUmer V
Morfologi dan sifat fisika menunjukkan naiknya derajat kristalinitas 203% dan perpanjangan 163%, serta turunnya kekuatan putus 23% dan titik leleh 99% dibandingkan LLDPE mumi..Dengan terbentuknya gugus fimgsi yang dapat terhidrolisa dan teroksidasi lanjutpada rantai LLDPE diharapkan cara ini dapat merupakan langkah awal dalam pembuatan plastik yang dapat terbiodegradasi. UCAPAN TERIMAKASIH Terima kasihkami sampaikan kepada DIRJEN DIKTI dan Jurusan Teknik Kimia FTI Universitas Islam Indonesia yang telah memberi biaya sehingga penelitian dan seminar hasil penelitian ini dapat terlaksana. Terima kasih juga kami sampaikan kepada TIM PEMBIMBING dan PENGUJI yang selama mengikuti S3 telah memberi ilmu yang sangat benlrti bagi kami. Selain itu tak lupa ucapkan terimakasih kami sampaikan kepada semua pegawai laboratorium polimer ITB, dan semua pihak yang telah banyak membantu sampai terlaksananya penelitian dan semmar lill. DAFfAR PUSTAKA [1]. ALBERTSSON,A.C Biodegradation of Polymers, dalam Handbook of Polimer Degradation, Mercel Dekker,INC, (1992) 346-363 [2]. GANZEVELT K.J and JANSSEN L.P.B.M, "The Grafting of Maleic Anhydride on High Density Polyethylene in an Extruder" dalam Polym. Eng. Sci.22. (1992) 467-474 [3]. HUANG,SJ., "Biodegradation", dalam Comprehensive PolymerScience,New York Pergamon Press, (1989) 596 -606 [4]. KAPLAN, D.L, J.M.MAYER, D.BALL, J.Mc. CASSIE, A.L.ALLEN and P. STENHOUSE, Fundamental of Biodegradable Polymers dalam Biodegradable Polymer and Packaging, Technomic Publishing Company, Inc, (1993) 1-41 [5]. SCHNABEL W., Mechanical Degradation dalam Polymer degradation: Principles 70
-
and Practical Application, Macmillan Publishing Co.,Inc.,New York (1981) [6]. Silverstein, R.M., Bassler, G C dan Morrill, T.C., "Spectrometric Identification of organic Compounds", 3rd ed., pp. 73-151 , John Wiley & Sons New York (1974) [7]. SOHMA,1. Mechanochernial Degradation, ,dalam Comprehensive Polymer Sciense, The Synthesis, Characterization,Reaction & Application of Polymers, New York Pergamon Press. (1989) 894-912 [8]. TAGER A, Physical Chemistry of Polymers,MIR PUBLISHER - MOSCOW, (1968) 10-12
