Modifikasi Limbah PP dan Limbah Lignin Sebagai Material Baru

Modifikasi Limbah PP dan Limbah Lignin Sebagai Material Baru Christian Hidayat, Mochamad Chalid Departemen Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru UI Depok, Depok, 16436, Indonesia Email: [email protected]

Abstrak Polipropilene(PP) sebagai bahan baku produk kemasan, seperti gelas air mineral, setelah pemakaian cenderung kurang diberdayakan padahal jumlah limbah PP tersebut setelah pemakaian sangat banyak. Pada sisi lain, kertas yang banyak digunakan pada proses pengolahannya menghasilkan limbah, salah satunya adalah lignin. Pemberdayaan limbah lignin hingga saat ini masih belum optimal, padahal jumlahnya juga sangat banyak. Modifikasi dari kedua limbah ini sebagai bahan baku suatu produk, menjadi sesuatu yang sangat menarik untuk diteliti. Penelitian ini mempelajari perubahan yang terjadi pada PP sebelum dan sesudah penggunaan dan juga pengaruh komposisi, waktu dan penambahan CaCO3 pada pencampuran lignin dan PP terhadap sifat mekanik, sifat fisik kemampuan pembentukan dan morfologi permukaan dan perpatahan produk yang dihasilkan. Analisa penelitian ini didukung oleh beberapa metode pengujian, seperti uji tarik, FTIR, uji densitas dan FESEM. Hasil dari pengujian yang telah dilakukan menunjukkan kemampuan mekanik optimal diperoleh dengan penambahan lignin sebanyak 5 phr dengan waktu pencampuran 20 menit tanpa CaCO3.

Kata kunci: gelas air mineral, degradasi, daur ulang, PP, aditif, sifat mekanik

Modification of PP Waste and Lignin Waste as a New Material Abstract As a raw material for packaging Polyproylene (PP), such as plastic cups, PP after consuming not being optimally utilized even the quantity of PP waste is very abundant. On the other side, the pulp making process produces wastes, such a lignin in abundant amount. Utilization of lignin waste in Indonesia still not effective. Modification of the two materials as a new raw material is an interesting subject. This research studied change of PP properties before and post consumption and effect of composition, mixing time and addition of CaCO3 at mixing of lignin and PP to mechanical and physical properties, formability and morphology of surface of the product. Characterization of the product was performed by measuring UTM, FTIR, density test and FESEM. The results showed that the best Young Modulus was 74 MPa at 5 phr of lignin with mixing time 20 minute without CaCO3. Keywords: Plastic cups, Polypropylene, Degradation, Recycling, Additive, Mechanical Properties

Modifikasi limbah…, Christian Hidayat, FT UI, 2014

1.

Pendahuluan Polipropilene merupakan salah satu jenis polimer yang paling umum digunakan. Hal

ini disebabkan karena harga dari PP yang cenderung murah dan sifat dari PP sendiri yang dapat disesuaikan dengan aplikasi-aplikasi tertentu. Salah satu produk PP yang umum digunakan adalah sebagai kemasan gelas air mineral. Penggunaan gelas air mineral berbahan baku PP meningkat tiap tahunnya hal ini dapat dilihat pada tabel 1. pada tahun 2006 konsumsi air minum sebesar 33 juta liter dalam kemasan gelas air mineral sedangkan pada tahun 2010 terjadi peningkatan konsumsi air mineral menjadi 34,9 juta liter. jika kapasitas gelas air mineral berkisar 250 mL maka dalam kurun waktu 4 tahun terjadi peningkatan penggunaan gelas air mineral kurang lebih 8 juta gelas air mineral dalam satu tahun. Jika penggunaan PP yang terus meningkat tiap tahunnya dibandingkan dengan cadangan minyak bumi yang terbatas maka akan sangat diperlukan bahan baku alternatif dalam industri plastik. Tabel Error! No text of specified style in document. Permintaan Air Minum Dalam Kemasan(AMDK) menurut jenis kemasan(1)

Daur ulang plastik dapat dibagi menjadi 4 jenis, yaitu primary recycling, secondary recycling, ternary recycling dan quarternery recyling. Pada primary recycling limbah hanya dicacah menjadi partikel kecil, yang lalu kemudian dijual. Pada secondary recycling limbah dicacah menjadi partikel kecil seperti pada primary recycling. Setelah dicacah limbah kemudian dicampurkan dengan aditif tertentu untuk dapat diolah menjadi produk lain sehingga meningkatkan nilai tambah daripada limbah tersebut. Pada ternary recycling limbah diolah menjadi bahan bakar. Dan pada quarternery recycling limbah dibakar untuk menghasilkan gas panas. Energi dari gas panas ini kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin pembangkit tenaga listrik. Di Indonesia pengolahan limbah plastik umumnya berupa primary recycling(2). Kertas di Indonesia merupakan salah satu jenis produk yang banyak digunakan oleh masyarakat. Data bank sampah menunjukkan sampah kertas di Jakarta mencapai 3.6 juta ton/ tahunnya(3). Bahan baku dalam pembuatan kertas adalah kayu dan serat-seratnya. Ketika dicampurkan dengan bahan kimia kertas yang dihasilkan tidak akan berwarna putih melainkan


kecoklatan.

Untuk

memutihkan

kertas

tersebut

maka

akan

dilakukan

proses

pemutihan(bleaching). Dalam proses pemutihan akan dihasilkan bubur kertas berwarna putih dan cairan hitam yang memiliki bau menyengat. Kandungan cairan hitam ini adalah lignin(±60%). Lignin ini belum terlalu diberdayakan, umumnya hanya sebagai bahan bakar alternatif padahal lignin memiliki potensi untuk digunakan dalam berbagai jenis aplikasi, seperti antioksidan dan flame retardant. Penelitian ini dilakukan sebagai studi untuk mengetahui perubahan karakteristik dari PP yang masih fresh dan pasca penggunaan dan mempelajari pengaruh penambahan aditif untuk memperbaiki sifat mekanik PP supaya ranah pengolahan limbah PP menjadi lebih luas. Aditif yang ditambahkan pada PP pada penelitian kali ini adalah lignin. Penelitian akan mengamati perubahan kekuatan mekanik, ikatan molekul, dan kemampuan pembentukan yang terjadi pada PP fresh dan PP pasca penggunaan. Perbandingan perubahan kekuatan mekanik sesudah penambahan aditif akan dilihat pada Modulus Young dan pengaruhnya terhadap morfologi PP. 2. Dasar Teori 2.1. Sampah di Indonesia Sampah merupakan istilah yang digunakan pada material yang tidak terpakai lagi. Jumlah sampah yang beredar di Indonesia sendiri akan meningkat seiring dengan laju konsumsi masyarakat. Kementrian lingkungan hidup mencatat rata-rata penduduk Indonesia menghasilkan sampah berkisar 2,5 liter sampah per harinya atau 625 juta liter dari jumlah total penduduk. Tabel Error! No text of specified style in document. Jumlah sampah di Indonesia dalam Juta Ton/Tahun (3)


Dari tabel 2 dilihat produksi sampah di Indonesia pada tahun 2008. Dari data terlihat jumlah sampah yang dihasilkan terbesar merupakan sampah dapur dengan jumlah 22,4 juta ton per tahun atau 58% dari total jumlah sampah dalam satu tahun. Jumlah kedua terbesar berupa sampah plastik dengan jumlah 5,4 juta ton per tahun atau 14% dari jumlah total sampah dalam satu tahun. Dan jumlah sampah terbesar ketiga berupa sampah kertas dengan 3,6 juta ton per tahun atau 9% dari total jumlah sampah dalam satu tahun. dari sampah yang ada sampah kertas dan plastik mencapau 23% dari seluruh sampah yang ada dalam 1 tahun sehingga diperlukan proses pengolahan sampah yang demikian, hal ini didukung dengan permintaan polimer Indonesia bertumbuh berkisar 7% berbanding lurus dengan pertumbuhan ekonomi. Selain sampah plastik konsumsi kertas di Indonesia juga cukup tinggi, hal ini dapat dilihat dari jumlah limbah sampah yang dihasilkan berkisar 3.6 juta ton per tahun. Tabel 3 Data kebutuhan air mineral dan persesntase kemasan yang digunakan

(2)

Air mineral dalam kemasan merupakan salah satu benda yang dikonsumsi dalam jumlah besar. masyarakat mengkonsumsi air mineral berkisar 45 liter per tahun dan jumlah ini meningkat per tahunnya. konsumsi air mineral ini tentunya berikut serta dengan kemasannya. Kemasan ini dapat berupa galon, botol dan gelas. Botol dan gelas air mineral umumnya langsung dibuang setelah dikonsumsi. Kemasan air mineral ini dapat didaur ulang menjadi produk lain. Kenaikan harga limbah yang didaur ulang ini dapat berkali lipat. 2.2 Daur Ulang Polimer Daur ulang plastik dapat dibagi menjadi 4 jenis, yaitu primary recycling, secondary recycling, ternary recycling dan quarternery recyling. Pada primary recycling limbah hanya dicacah menjadi partikel kecil, yang lalu kemudian dijual. Pada secondary recycling limbah dicacah menjadi partikel kecil seperti pada primary recycling. Setelah dicacah limbah


kemudian dicampurkan dengan aditif tertentu untuk dapat diolah menjadi produk lain sehingga meningkatkan nilai tambah daripada limbah tersebut. Pada ternary recycling limbah diolah menjadi bahan bakar. Dan pada quarternery recycling limbah dibakar untuk menghasilkan gas panas. Energi dari gas panas ini kemudian dimanfaatkan untuk menggerakkan turbin pembangkit tenaga listrik. Pada secondary recycling ditambahkan aditif untuk meningkatkan nilai daripada limbah yang didaur ulang. Aditif ditambahkan pada limbah pada saat proses compounding. Penambahan aditif pada polimer akan sangat bergantung dari dispersi dan distribusi aditif pada matriks polimer. Dispersi merupakan persebaran ukuran molekul aditif, semakin kecil ukuran dari molekul aditif maka semakin baik hasil yang didapat. Distribusi merupakan persebaran molekul aditif pada area tertentu. Proporsi ideal untuk dispersi dan distribusi daripada aditif dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1 Distribusi dan dispersi aditif pada polimer(2)

Pada proses daur ulang Gelas air mineral di Indonesia, umumnya hanya terjadi proses primary recycling atau pengolahan ulang menjadi bentuk yang sama seperti bentuk asalnya. Pada gambar 1 merupakan diagram alir pengolahan daripada limbah, termasuk limbah plastik.


Gambar 2 Diagram alir proses daur ulang polimer(4)

Pada proses daur ulang material polimer terdapat beberapa tahapan yang harus dilalui agar polimer dapat siap diproduksi ulang. Hal pertama yang harus dilakukan ialah pengumpulan material polimer, pengumpulan dan pemisahan material dapat dilakukan dengan menggunakan perbedaan densitas, warna dan berbagai jenis metode klasifikasi lainnya. salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mengklasifikasi adalah dengan melihat kode IUPAC seperti pada gambar 3. Setelah diklasifikasi selanjutnya polimer dapat dibersihkan baik dengan menghilangkan kertas label, adhesif dan segala jenis pengotor lainnya. proses selanjutnya adalah pencacahan material polimer menjadi bagian-bagian yang lebih kecil. Beberapa dari hasil dari cacahan ini kemudian akan dikarakterisasi untuk dilihat apakah sudah sesuai dengan spesifikasi. Setelah spesifikasi terpenuhi maka cacahan telah siap untuk didaur ulang dalam bentuk pellet (10)

Gambar 3 Contoh kode IUPAC pada gelas air mineral (11)

Suhu proses juga menentukan kemampuan dari polimer untuk dapat didaur ulang. Semakin tinggi suhu pemrosesan dari PP maka kemampuan alir, kekuatan tarik serta shrinkage yang terjadi semakin menurun seiring dengan banyaknya siklus proses yang


dialami. Hal ini dapat diakibatkan karena pemutusan panjang rantai molekul akibat suhu yang semakin tinggi. (1) 2.3 Lignin Kertas merupakan salah satu jenis produk yang umum dikonsumsi oleh masyarakat sekarang ini. Data pada tabel 2 menunjukkan jumlah limbah kertas di Indonesia berkisar 3.6 juta ton/ tahun dan tidak termasuk kertas yang tidak langsung dibuang ketika penggunaan seperti surat arsip, buku catatan dan berbagai jenis aplikasi lainnya. hal ini berarti konsumsi kertas di Indonesia cenderung stabil dari tahun ke tahunnya. Bahan baku dalam pembuatan kertas adalah kayu dan serat-seratnya. Ketika dicampurkan dengan bahan kimia kertas yang dihasilkan tidak akan berwarna putih melainkan kecoklatan.

Untuk

memutihkan

kertas

tersebut

maka

akan

dilakukan

proses

pemutihan(bleaching). Dalam proses pemutihan akan dihasilkan bubur kertas berwarna putih dan cairan hitam yang memiliki bau menyengat. Kandungan cairan hitam ini adalah lignin(±60%). Lignin yang dihasilkan oleh proses pembuatan kertas disebut sebagai Kraft lignin(5). Kraft lignin umumnya dipergunakan sebagai bahan bakar atau langsung dibuang oleh perusahaan. Lignin sendiri merupakan senyawa organik kompleks. Lignin merupakan copolimer yang memiliki struktur amorf yang saling berhubung silang. Hal ini menyebabkan struktur molekul daripada lignin sangat bervariasi. Pada tabel 4 merupakan salah satu struktur ligninyang didapat pada hardwood. 3 jenis monomer yang menyusun lignin adalah coumaryl, conferyl, dan sinapyl(6). Menurut beberapa hasil studi penambahan lignin dapat meningkatkan ketahanan bakar, ketahanan degradasi dari polimer(7). Terkhusus poliolefin. Penambahan lignin akan mengakibatkan penurunan sifat mekanik daripada polimer. Aplikasi dalam penggunaan lignin saat ini masih cenderung rendah karena anggapan lignin sebagai produk sisa sampingan dari produksi kertas.


Tabel 4 Struktur molekul lignin dan monomer penyusun lignin (15)

Adhesi antara PP dengan lignin tidak terlalu baik(6). Hal ini menyebabkan penurunan dari sifat fisik dan mekanik daripada pencampuran kedua jenis material ini. Lignin merupakan senyawa polar(7) sedangkan PP mrupakan polimer non polar, untuk dapat mencapai hasil yang terbaik, maka dibutuhkan zat tambahan lain untuk meningkatkan kemampubasahan, seperti lignin yang teraminasi(8) atau MAPP (Maleated Polyproylene). 3.

Metodologi Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan rPP(recycled Polypropylene),

vPP(virgin Polypropylene), CaCO3 dan Lignin. Untuk pengujian tarik dicetak sampel berbentuk dogbone mengacu pada ASTM D638. Proporsi penambahan aditif dihitung dengan menggunakan formula sebagai berikut:

%Aditif =

!!! !""

! !"#$ !!

Dengan phr merupakan massa daripada aditif yang ditambahkan. Gram PP merupakan massa PP yang digunakan dalam pengujian. Pada penambahan aditif untuk dapat mengetahui pengaruh sifat mekanik daripada daripada penambahan lignin pada PP, variabel yang akan digunakan adalah sebagai berikut: RPP

Lignin

Lignin + CaCO3


Waktu

25 gram

5 phr (1.25 gram)

-

20 menit

25 gram

10 phr (2.5 gram)

-

20 menit

25 gram

15 phr (3.75 gram) -

20 menit

25 gram

5 phr (1.25 gram)

5 phr (1.25 gram) 20 menit

25 gram

5 phr (1.25 gram)

10 phr (2.5 gram) 20 menit

25 gram

5 phr (1.25 gram)

-

60 menit

25 gram

5 phr (1.25 gram)

-

90 menit

Untuk dapat menguji kemampuan mekanik daripada material akan dilakukan uji tarik dengan acuan ASTM D638. Sampel akan diletakkan pada grip mesin uji tarik dan diberikan beban tarik secara konstan sampai sampel mengalami kegagalan. Hasil daripada pengujian tarik berupa kurva tegangan-regangan. Untuk menguji ikatan molekul daripada PP digunakan uji spektra FTIR, sampel diletakkan pada wadah lalu ditembakkan sinar infra merah. Sinar yang dipantulkan oleh material ditangkap oleh sensor dan diolah melalui komputer. Hasil daripada pengujian ini berupa grafik dengan puncak-puncak pada ranah tertentu yang melambangkan ikatan molekul yang dimiliki oleh sampel. Untuk mengetahui morfologi daripada polimer digunakan FESEM. 4. Hasil Penelitian dan Pembahasan 4.1 Perbandingan PP Murni dan Pasca Penggunaan 4.1.2 Sifat Mekanik Untuk dapat melihat perubahan kekuatan mekanik yang terjadi pada PP sesudah penggunaan dilakukan uji tarik. Hasil daripada uji tarik berupa kurva tegangan-regangan. Pada gambar 4 merupakan hasil uji tarik vPP (virgin Polypropylene) dan rPP (recycled Polypropylene).


rP P v P P 25

S tre s s (MP a )

20

15

10

5

0 0

20

40

60

80

100

120

140

160

S tra in (% )

Gambar Error! No text of specified style in document. Grafik tegangan-regangan rPP dan vPP Tabel 5 Perbandingan sifat mekanik vPP dan pasca penggunaan

Jenis PP

UTS(MPa)

Modulus Young(MPa)

vPP

20.3

32.5

rPP

24.8

33.5

Hasil uji tarik yang dilakukan berbeda dengan literatur, hal ini dapat disebabkan karena perbedaan waktu pendinginan dalam pembuatan sampel untuk uji tarik atau adanya cacat di permukaan sampel akibat penggunaan cutter. Cacat ini menjadi tempat inisiasi retak. Perbedaan dari nilai UTS dan Modulus young diduga karena pengurangan panjang rantai molekul akibat penggunaan. Pengurangan panjang rantai ini akan meningkatkan kemampuan PP untuk membentuk struktur kristal. Struktur kristal ini bersifat kaku dan keras. Tabel 6 Hasil analisis termal via DSC (17)

Dari hasil tabel 6 terlihat penurunan daripada suhu leleh daripada PP v(vPP) dan PP a(rPP). Penurunan daripada suhu leleh menunjukkan penurunan pembentukan kristal daripada


rPP yang telah didaur ulang. Hal ini berkaitan dengan menurunnya densitas dan juga perubahan dari grafik uji tarik yang ada. Penurunanan panjang molekul menyebabkan kristalinitas daripada PP meningkat, struktur kristalin daripada PP bersifat rapuh dan keras. Tabel 7 Densitas PP

Jenis PP

Densitas(gr/cm3)

vPP

0.849

rPP

0.861

Struktur kristal akan berpengaruh ke densitas dari PP tersebut. pengaruh ini dapat dilihat pada tabel 7. Dengan bertambahnya struktur kristal ini maka rPP memiliki UTS dan elongasi yang lebih rendah. Perubahan ini sesuai dengan perubahan yang terjadi pada tabel 6. pemutusan panjang rantai molekul dapat disebabkan oleh degradasi dengan udara selama pemakaian, pada degradasi ini oksigen bereaksi dengan rantai molekul sehingga menyebabkan pemutusan panjang rantai molekul. Pemutusan panjang rantai molekul juga dapat disebabkan karena terpapar sinar UV. Sinar UV ini berasal dari sinar matahari. Energi sinar UV ini sangat tinggi dan mampu memutus rantai molekul jika polimer terpapar dalam waktu yang cukup lama. 4.1.2 Kemampuan Pembentukan PP Salah satu sifat yang diuji untuk melihat perubahan yang terjadi pada PP sesudah penggunaan ialah suhu pelunakkan vicat. Suhu pelunakkan vicat diuji dengan menggunakan alat uji vicat. suhu pelunakkan vicat merupakan sifat termal dari polimer. Sifat ini digunakan untuk melihat suhu pemrosesan dari material tersebut. Pada tabel 4.3 dapat dilihat suhu pelunakkan vicat dari vPP dan rPP . Tabel 8 Perbandingan suhu transisi gelas vPP dan rPP

Jenis PP

Suhu Pelunakkan

vPP

156.0°C

rPP

157.1°C

Dari hasil pengujian didapati suhu pelunakkan vPP berkisar 157.1°C dan rPP berkisar 155.6°C. perubahan suhu pelunakkan menurun akibat penggunaan, seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Penurunan ini dapat terjadi karena adanya degradasi daripada polimer karena interaksi dengan udara maupun interaksi dengan sinar UV. perubahan suhu


pelunakkan yang terjadi tidak secara signifikan sehingga PP masih dapat diproses dengan suhu yang relatif sama sehingga suhu proses untuk membentuk produk daripada rPP dan vPP cenderung sama. 4.1.3 Struktur Molekul PP rP P v P P

102 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 0

1000

2000

3000

4000

5000

A (c m -‐1 )

Gambar 6 Grafik FTIR vPP dan rPP

Dari grafik yang dihasilkan oleh msin uji FTIR dapat terlihat beberapa puncak dari gelombang yang didapat. Pada rPP maupun pada vPP hanya memberikan sedikit perbedaan puncak dari gelombang-gelombang yang dihasilkan. perbedaan yang tidak jauh ini mengindikasikan tidak ada perubahan komposisi selama penggunaan gelas air mineral. Hasil daripada pengujian spektra dengan menggunakan FTIR menunjukkan rantai molekul yang merupakan penyusun daripada rPP dan vPP. Hal ini menunjukkan bahwa tidak terjadi reaksi kimia tertentu selama penggunaan gelas air mineral. Lingkungan dimana gelas air mineral umum digunakan tidak menunjukkan sebuah senyawa yang dapat dengan reaktif berikatan dengan PP. melalui grafik ini dapat disimpulkan bahwa rPP masih memiliki ikatan molekul yang sama dengan vPP, walau panjang rantai molekul daripada rPP tidak dapat ditentukan melalui FTIR. Dari hasil data yang didapat melalui pengujian tarik, densitas, vicat softening temperature, FTIR dan beberapa literatur lainnya. dapat disimpulkan bahwa PP mengalami degradasi selama pemakaian. Degradasi ini terjadi akibat pemutusan panjang rantai molekul. Hal ini berpengaruh terhadap kristalinitas daripada rPP yang mempengaruhi sifat mekanik daripada rPP itu sendiri.


4.2 Pengaruh Penambahan Lignin Pada penelitian ini aditif yang ditambahkan ke dalam PP adalah lignin dan CaCO3. Penambahan aditif ini akan dilihat dari segi kekuatan mekanik, ikatan yang terbentuk dan distribusi dan dispersi lignin. 4.2.1 Sifat Mekanik 140 120 100 M 80 P a 60 40 20 0

Modulus Young rpp

rpp + rpp + rpp + Lignin 5 CaCO3 5 Lignin 5 phr phr phr + CaCO3 5 phr

Gambar 7 Grafik perbandingan modulus young dan kekuatan tarik maksimum rPP dengan penambahan aditif

Pada gambar 7 dapat dilihat perbandingan UTS dan modulus young daripada rPP tanpa penambahan lignin, rPP dengan penambahan lignin, rPP dengan penambahan CaCO3 dan rPP dengan penambahan CaCO3 dan lignin. Modulus young tertinggi dimiliki oleh rPP dengan penambahan CaCO3 dengan nilai 116.15 MPa. Penambahan lignin dan CaCO3 menyebabkan meningkatnya modulus young daripada rPP. Hal ini sudah sesuai dengan penelitian yang pernah dilakukan mengenai penambahan lignin. Penambahan lignin sebanyak dengan jumlah maksimal 5 phr dapat meningkatkan sifat mekanik daripada rPP (14). Peningkatan modulus young rPP lebih baik dengan penambahan CaCO3 jika dibandingkan dengan penambahan lignin sebagai filler. Hal ini disebabkan karena CaCO3 yang memiliki sifat mekanik yang lebih baik jika dibandingkan lignin sendiri. Pada grafik ini penambahan lignin menurunkan UTS dan modulus young ketika ditambahkan ke dalam lignin + CaCO3. Penurunan ini dapat disebabkan ketidakcocokan antara lignin dengan rPP atau dengan CaCO3

(19)

. Ketidakcocokan antara matriks dan

filler(lignin dan CaCO3) menurut literatur disebabkan karena sifat hidrofilik(mudah berikatan dengan air) lignin dan hidrofobik(sulit berikatan dengan air) daripada CaCO3. Perpaduan


antara kedua jenis sifat ini menyebabkan distribusi daripada kedua jenis filler ini menjadi tidak homogen. Distribusi yang tidak homogen ini menyebabkan menurunnya sifat mekanik

Modulus Young(MPa)

daripada pencampuran lignin, CaCO3 dan rPP (19). 80 60 40 20 0 0

5

10

15

phr

Gambar 8 Pengaruh penambahan lignin terhadap modulus young

Penambahan lignin sebanyak 5 meningkatkan modulus young menjadi 74.0 MPa. UTS dan modulus young daripada rPP cenderung menurun seiring dengan penambahan lignin. berdasarkan gambar 8 maka dapat diduga kemampubasahan lignin dan PP tidak terlalu baik. hal ini dapat dilihat dari menurunnya kekuatan tarik dengan penambahan lignin

(20)

. Untuk

dapat mengkonfirmasi hal ini diperlukan pengamatan dengan memperbesar permukaan perpatahan dengan menggunakan SEM. Menurut penelitian lain hal ini juga dapat disebabkan karena adanya perubahan distribusi daripada lignin seiring dengan penambahan lignin sebagai aditif (20). Menurunnya distribusi daripada lignin dapat menyebabkan menurunnya sifat mekanik daripada pencampuran keduanya. Untuk dapat melihat dan memastikan persebaran daripada lignin pada matriks perlu diamati lebih mendalam pada mikrostruktur daripada rPP.


Modulus young (MPa)

80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

20

60

90

Menit

Gambar 9 Pengaruh waktu mixing terhadap modulus young

Untuk mendapat distribusi dan dispersi yang baik maka dibutuhkan waktu mixing yang tepat. Pada hasil pada gambar 9 terlihat penurunan daripada modulus young. Penurunan ini dapat disebabkan dispersi dan distribusi yang menurun akibat waktu mixing. Waktu mixing yang terlalu lama diduga memberikan waktu untuk lignin yang terdispersi pada PP berinteraksi satu sama lainnya sehingga membentuk aglomerat. Aglomerat yang terlalu besar ini menyebabkan penurunan daripada modulus Young pada rPP. penurunan dispersi dan distribusi ini perlu dipastikan dalam mikrostruktur rPP. Lignin dapat berfungsi sebagai antioksidan dan flame retardant (12). Dari hasil variasi proses mixing dapat dilihat penurunan modulus young pada campuran lignin dan PP. elongasi yang dapat dicapai oleh PP dan lignin semakin berkurang dengan semakin lamanya proses pencampuran. Diduga terjadi degradasi akibat penggunaan suhu tinggi dalam waktu yang lama. Degradasi ini menurunkan kekuatan tarik, kemampuan

Modulus Young (Mpa)

elongasi dan modulus young daripada PP (20). 80 60 40 20 0 0

5

10

CaCO3 phr

Gambar 10 perbandingan penambahan CaCO3 pada rPP +lignin 5 terhadap modulus young


Berdasarkan hasil uji tarik dapat terlihat pengaruh daripada penambahan CaCO3. Penambahan CaCO3 menurunkan kekuatan tarik daripada rPP. Penambahasn CaCO3 sebanyak 5 phr dan 10 phr menurunkan modulus young daripada rPP . Penambahan CaCO3 tidak menghasilkan hasil yang baik dapat dikarenakan pencampuran yang tidak merata antara PP dan CaCO3 dan lignin. Untuk dapat memastikan hasil daripada pencampuran maka diperlukan pengamatan lebih lanjut ke dalam mikrostruktur (21). Pada penambahan CaCO3 berlebih pada pencampuran rPP dan lignin meningkatkan modulus Young. Peningkatan ini dapat disebabkan karena kemampuan lignin untuk mempercepat rekristalisasi daripada CaCO3

(20)

. Dengan meningkatkan laju rekristalisasi

daripada CaCO3 maka diduga terbentuk aglomerat yang memiliki ukuran yang optimal sehingga meningkatkan sifat mekanik. Untuk dapat memastikan hal ini masih diperlukan pengamatan pada dispersi dan distribusi daripada lignin dan CaCO3. 4.2.2 Hasil Foto SEM Dari hasil pengujian tarik terjadi penurunan kekuatan tarik maksimum dan modulus young dengan penambahan lignin di atas 5 phr. Untuk dapat memahami penurunan yang terjadi maka diamati kompatibilitas antara PP dengan lignin dan CaCO3. Berikut merupakan gambar hasil uji SEM. PP

PP

Gambar 11 Perbandingan morfologi rPP dengan lignin dan CaCO3(bawah) dan rPP dengan CaCO3(atas)

Dari gambar 11 CaCO3 terwakili dengan butiran-butiran putih yang tersebar pada permukaan rPP. pada gambar 11 terlihat persebaran CaCO3 pada gambar atas tersebar lebih merata dibandingkan dengan rPP dengan penambahan CaCO3 dan lignin. Jika dibandingkan dengan sifat mekanik yang telah didapat pada penelitian maka hal ini telah sesuai. Sesuai dengan penelitian yang juga mengenai sifat daripada kedua jenis aditif yang ditambahkan


maka distribusi daripada kedua jenis aditif akan menurun jika dicampurkan secara bersamaan. Pada morfologi rPP dengan penambahan CaCO3 dan lignin terbentuk porositas. Porositas dapat disebabkan udara yang terjebak pada saat proses atau tekanan pada saat proses tidak maksimal. Terbentuknya porositas ini dapat menyebabkan penurunan daripada sifat mekanik daripada rPP karena terbentuknya stress concentration. Stress concentration terbentuk karena beban yang diterima oleh rPP tersebar pada permukaan poros. Penambahan lignin tidak menyebabkan terbentuknya agregat CaCO3 pada matriks rPP.

I

II A

A B

PP

III

PP

PP

IV

PP

Gambar 12 Morfologi rPP dengan penambahan lignin 5phr(atas) dan 15 phr(bawah)

Pada gambar 12 diamati penambahan lignin terhadap morfologi daripada rPP . Pada poin A ditunjukkan aglomerat yang terbentuk pada penambahan lignin 5 phr. Lignin cenderung membentuk kelompok tersendiri pada penambahan lignin sebanyak 5 phr. Pembentukan aglomerat ini dapat disebabkan ukuran lignin yang tidak disaring terlebih dahulu sebelum dilakukan pencampuran. Pembentukan aglomerat dapat terjadi karena kecocokan antara PP dan Lignin yang tidak terlalu baik

(15)

.Permukaan pada gambar II


menunjukkan besar partikel dari lignin tidak homogen dan permukaan yang dihasilkan cenderung kasar. Pada gambar III persebaran lignin menjadi lebih merata dengan penambahan lignin 15 phr. Pada gambar IV terlihat aglomerat yang terbentuk pada penambahan lignin 15 phr. Pada gambar I dan III distribusi terlihat lebih merata pada gambar III. Jika dibandingkan dengan hasil data pengujian tarik yang telah dilakukan, didapatkan kemampuan mekanik daripada gambar I lebih baik. padahal didapati distribusi daripada gambar III jauh lebih baik. untuk dapat mengamati lebih baik maka diamati pada gambar II dan IV. Pada Gambar II dan IV merupakan perbesaran sebesar 10000x. pada gambar I dan III. Terlihat pada gambar II besar partikel daripada lignin jauh lebih kecil dibandingkan gambar IV yang cenderung menggumpal. Untuk dapat melihat pengaruh daripada penambahan lignin maka perlu diamati kemampubasahan antara lignin dan rPP. PP

Lignin

PP

Lignin

Gambar 13 Mikrostruktur perpatahan rPP dengan penambahan lignin 5 phr

Pada gambar 13 terlihat adanya celah yang terbentuk antara rPP dengan lignin. Celah ini terlihat sepanjang interaksi antara permukaan lignin dan rPP. hal ini sesuai dengan dugaan dan hasil penelitian sebelumnya yang menunjukkan kurangnya kompatibilitas antara rPP dan lignin. Kurangnya kompatibilitas ini dapat disebabkan karena perbedaan kepolaran antara rPP dan lignin. rPP merupakan polimer yang bersifat non polar

(3)

dan lignin bersifat polar

(15)

.

Perbedaan ini menyebabkan perbedaan tegangan antar muka yang besar. tegangan antar muka ini menyebabkan lemahnya ikatan antara rPP dan lignin. Lemahnya ikatan ini menyebabkan celah ketika diberikan pembebanan yang berlebih. 5.

Kesimpulan

Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa:


1.

Polipropilene sebagai gelas air mineral mengalami degradasi sesudah penggunaan. Degradasi yang terjadi berupa pemutusan rantai molekul.

2.

Penambahan lignin mempengaruhi sifat mekanik daripada rPP. Penambahan lignin yang optimal pada rPP adalah 5 phr karena modulus young secara signifikan.

3.

Penambahan aditif yang paling optimal untuk rPP adalah penambahan CaCO3 sebanyak 5 phr jika dibandingkan dengan penambahan lignin sebagai filler.

6.

Saran

1.

Untuk dapat memastikan kualitas hasil dari produk maka diperlukan studi lebih lanjut mengenai sifat rheologi daripada campuran PP dan lignin.

2.

Penggunaan Lignin sebagai aditif dapat disaring terlebih dahulu untuk mendapatkan ukuran partikel yang homogen.

3.

Dibutuhkan penelitian lebih lanjut pada mikrostruktur lignin dengan variasi waktu untuk mengivestigasi pembentukan karbon oleh lignin dan dispersi dan distribusi daripada lignin.

4.

Dibutuhkan perlakuan khusus pada lignin untuk meningkatkan kemampubasahan daripada lignin. Meningkatnya kemampubasahan dapat meningkatkan kemampuan mekanik daripada pencampuran rPP dan lignin

7.

Referensi

1.

Pengaruh Proses Injeksi Terhadap Kwalitas Plastik. Agustinus, Ir. Sumadi. Jakarta : Pusat Pengendalian Mutu Petrokima, PERTAMINA, 1988. hal 3,4,5,6,7

2.

Hidup, Kementerian Lingkungan. Data Bank Sampah Indonesia 2012. Malang : Kementerian Lingkungan Hidup, Indonesia, 2012.hal 35, 36,37, 38

3.

Studi Kelayakan Pembangunan Pabrik Air Minum Dalam Kemasan Gelas Oleh Ud. Jaya, 2006. Kusumastuti, Makarina. Surakarta : s.n., 2006. hal 7, 45, 48 49

4.

Wiley, John. encyclopedia of Polymers. s.l. : John wiley and Sons Inc. hal 23

5.

Polypropylene Processing Guide. s.l. : Ineos. hal 5-18

6.

Marinov, Valey. Shaping Process for Polymers. Manufacturing Technology. 2004.

7.

http://www.prlog.org/11708649-5-stages-of-the-plastic-recycling-process.html. PRLOG. [Online] CKPolymers, 27 October 2011.


8.

Liquid fuels, hydrogen and chemicals of Lignin: A critical Review. Pooya azadi, Oliver R. Inderwildi, Ramin Farnood, David A. King. Toronto : Elsevier, 2013.hal 509, 521.

9.

Lignin as a base material for material application: Chemistry, application and economics. Stewart, Derek. UK : Elsevier, 2008. hal 204, 205.

10. Degradation Study of PP and BOPP in the environment. Longo, carina. Caxias do sul : University of Caxias do sul, 2011. www.scielo.br. 7 Juli 2014. 11. Effect of Hydrophillic and Hydrophobic Polymers and Fillers on Controlled Release Matrix Tablets of Acylovir. P., Ashok Kumar. Pelagia : Pelagia Research Lbrary, 2013. hal 143, 149. 12. Morphology and Mechanical Properties of PP-Wood Flour Composites. Debrova, D. Sofia : NCSU/Bioresources, 2006. hal 211-217 13. Influence of Ozonized Kraft Lignin on The Crystallization of CaCO3. Severtson, Steven J. Minnesota : IdeaLibrary, 2004. hal 426, 428, 430. 14. Council, 14th AFPI. Indonesia Petrochemical and Plastic Industry Update. Bangkok : s.n., 2011. hal 35. 15. Independent Market Report on the Global and Indonesian Petrochemical Industry. s.l. : Chandra Asri, 2011. hal 42, 43. 16. Knowledge Sharing on Indonesia Petrochemical Outlook. s.l. : ptt Global Chemical, 2013. hal 14. 17. Wong, Dr. Chee. A Study of Plastic Recycling Supply Chain. s.l. : University of Hull Business School and Logistics Institute, 2010. hal 20, 24.


Modifikasi Limbah PP dan Limbah Lignin Sebagai Material Baru

Recommend Documents