PEMANFAATAN SELULOSA DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENGISI KOMPOSIT POLIETILENA DENSITAS RENDAH (LDPE)
TESIS oleh NALOM DAHLAN MARPAUNG 087022005/TK
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
Universitas Sumatera Utara
PEMANFAATAN SELULOSA DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENGISI KOMPOSIT POLIETILENA DENSITAS RENDAH (LDPE)
TESIS
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Kimia Pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
oleh NALOM DAHLAN MARPAUNG 087022005/TK
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
Universitas Sumatera Utara
Judul Tesis
: PEMANFAATAN SELULOSA DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENGISI POLIETILENA DENSITAS RENDAH (LDPE)
Nama : Nalom Dahlan Marpaung Nomor Pokok : 087022005 Program Studi : Magister Teknik Kimia
Menyetujui Komisi Pembimbing
( Dr. Halimatuddahliana, ST, MSc ) Ketua
Ketua Program Studi
( Dr.Ir. Taslim, MSi )
( Dr. Maulida, ST, MSc.) Anggota
Dekan,
( Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME )
Tanggal lulus : 24 Juni 2011
Universitas Sumatera Utara
Telah Diuji pada Tanggal : 24 Juni 2011
PANITIA PENGUJI TESIS Ketua Anggota
: Dr.Halimatuddahliana, ST, MSc. : 1. Dr. Maulida, ST, MSc. 2. Prof. Dr. Harry Agusnar, MSc. 3. Dr.Ir. Hamidah Harahap, MSc. 4. Dr. Ir. Iriany, M.Si.
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi selulosa yang telah dimodifikasi dengan asam asetat, sebagai bahan pengisi di dalam komposit polietilena densitas rendah (LDPE). Komposit LDPE/selulosa, dibuat dengan mencampur bahan pengisi selulosa yang telah dimodifikasi dan LDPE dengan variasi LDPE : selulosa yaitu : 95/5, 90/10, 85/15, 80/20. Pencampuran dilakukan dengan menggunakan alat ekstruder dengan variasi temperatur pencampuran 1150C, 1250C dan 1350C. Campuran dari hasil ekstruder dicetak dengan hot press pada temperatur 1250C dengan tekanan 50-70 kg/m2. Analisis spektrum FTIR untuk komposit LDPE/selulosa yang telah dimodifikasi dengan asam asetat menunjukkan adanya interaksi atau reaksi antara bahan pengisi selulosa dengan bahan penggandeng asam asetat. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa, pada kandungan bahan pengisi 5% terjadi peningkatan kekuatan tarik. Sifat modulus Young semakin tinggi dengan semakin bertambahnya bahan pengisi sampai 20%, sedangkan sifat pemanjangan pada saat putus mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya bahan pengisi. Analisis terhadap sifat kekuatan lentur menunjukkan bahwa, semakin besar kandungan bahan pengisi sampai 20%, sifat kekuatan lentur komposit semakin menurun sedangkan terhadap kekuatan bentur komposit, peningkatan hanya terjadi pada kandungan bahan pengisi 5% . Berdasarkan hasil uji mekanik dan uji reologi, didapat bahwa temperatur pencampuran yang paling optimal antara matriks LDPE dengan bahan pengisi selulosa di dalam ektruder adalah pada temperatur 1250C, sedangkan sifat aliran dan deformasi komposit yang paling baik adalah pada kandungan bahan pengisi 5% dengan beban piston Melt Flow Indexer pada shear stress 90479.08 N/m2.
Kata kunci : komposit, selulosa, polietilena densitas rendah, bahan penggandeng, reologi
i Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
This experiment intends at knowing the potency of cellulose which has been modified by using acetate acid as a filler in the Low Density Polyethylene composite (LDPE). LDPE/cellulose composite is made by mixing cellulose as filler that has been modified and LDPE with varians LDPE:cellulose, viz. 95/5,90/10, 85/15, 80/20. Mixing process is accomplished by using an extruder device with mixing temperature variants viz. 1150C, 1250C and 1350C. The mixture as a result of extruder is moulded with hot press at the temperature of 1250C with a pressure of 50 – 70 kg/m2. An spectrum analysis FTIR for the composite LDPE/cellulose which has been modified with acetate acid, indicates that there is an interaction or reaction between filler cellulose and coupling agent acetate acid. The result of testing mechanical properties shows that in the contents of 5% filler, the increase of tensile properties has occurred. Modulus Young properties is becoming higher in relation to the increasing filler up to 20%, while the elongation at break properties when it cuts off undergoes a decrease in line with the increasing filler. An analysis on the flexural strength properties shows that the bigger the content of the filler up to 20%, the flexural strength properties of the composite decreases lower, while to the composite impact strength, the increase only occurs in the contents of filler 5%. Based on the mechanical and rheological test, it is found out that the most optimum temperature of mixing process between LDPE matrix and cellulose as filler in the extruder points at the temperature 1250C while the flowing characteristic and the best composite deformation lie at the content of the 5% filler with a burden of piston Melt Flow Indexer on the shear stress of 90479,08 N/m2.
Key words : composite, cellulose, low Density Polyethylene, coupling agent, rheology.
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan perlindungan Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis yang berjudul Pemanfaatan Selulosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit Sebagai Bahan Pengisi Komposit Polietilena Densitas Rendah (LDPE) sebagai salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan studi Program Magister Teknik Kimia . Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam penyelesaian Tesis ini terutama Ibu Dr. Halimatuddahliana, ST, MSc dan Ibu Dr. Maulida, ST, MSc selaku Dosen Pembimbing, atas bimbingan, arahan dan perhatian sejak dalam pelaksanaan penelitian sampai pada penyusunan dan penulisan tesis ini. Bapak Dr.Ir. Taslim, MSi dan Ibu Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT selaku Ketua dan Sekretaris Program Studi Teknik Kimia Sekolah Pasca Sarjana USU Medan. Bapak Prof.Dr.Ir.Bustami Syam, MSME, sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Staff Pengajar pada Program Studi Teknik Kimia Sekolah Pasca Sarjana USU Medan serta rekanrekan Mahasiswa PPS USU Program Studi Teknik Kimia angkatan 2008. Penulis juga tidak lupa mengucapkan terimakasih kepada kedua orang tua penulis, Marudin Marpaung dan Hotmalina br. Samosir, istri tercinta Linda R. Silitonga, SE dan anakanakku
tersayang Christian dan Jeremy, atas dukungan, dorongan dan perhatian
mereka selama ini. Penulis menyadari bahwa Tesis ini masih jauh dari sempurna, sehingga sangat diharapkan kritik dan saran untuk penyempurnaannya.
Medan, 24 Juni 2011 ii Universitas Sumatera Utara
Nalom D. Marpaung RIWAYAT HIDUP
Nama
: Nalom Dahlan Marpaung
Tempat/Tanggal Lahir
: Gurgur – Balige, 23 September 1964
Agama
: Kristen Protestan
Alamat
: Jl. Pelita IV Gg.Pribadi No.6 Kp.Durian Medan Telp. 08126407653
Pendidikan 1. SD Negeri 1 Tampahan Balige, tamat tahun 1977 2. SMP Negeri 2 Balige, tamat tahun 1980 3. SMA Negeri 1 Balige, tamat tahun 1983 4. Pendidikan Kimia FPMIPA IKIP Medan, lulus tahun 1988 5. Fakultas Teknik Kimia STTI Sutan Oloan Medan, lulus tahun 1997 Pekerjaan 1. Staff Pengajar Kimia pada SMA Taman Siswa Binjai, 1989 – 1998 2. Asisten Laboratorium PKS PT.Hutahaean Pekan Baru Riau, 1999-2001 3. Staff Peneliti GRC PT.Torganda Medan, 2001-2003 4. Wakil Kepala Sekolah SMA Harapan Mandiri Medan, 2004-2008 5. Staff Pengajar Kimia SMK Telkom Medan, 2009-sampai sekarang.
iii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI hal ABSTRAK
……………………..…………………………….....
i
ABSTRACT
……………………..…………………………….....
ii
KATA PENGANTAR
……………………..…………………………….....
iii
RIWAYAT HIDUP
……………………..…………………………….....
iv
DAFTAR ISI
……………………..…………………………….....
v
DAFTAR TABEL
……………………..…………………………….....
viii
DAFTAR GAMBAR
……………………..…………………………….....
ix
DAFTAR LAMPIRAN
……………………..…………………………….....
xi
BAB I . PENDAHULUAN
……………………..……………………………..
1
I.1. Latar Belakang
……………………..………………………....
1
I.2. Rumusan Masalah
……………………..…………………………
5
I.3. Tujuan Penelitian
……………………..………………………....
5
I.4. Manfaat Penelitian
……………………..…………………………
5
I.5. Ruang Lingkup
……………………..…………………………
6
……………………………………………...
7
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Komposit II.1.1. Fasa Matriks Komposit II.1.2. Fasa Penguat Dalam Komposit II.1.3. Antara Muka Pengisi-Matriks
…………………………… ............................................ ............................................ ............................................
7 8 9 11
iv Universitas Sumatera Utara
II.2. Polimer II.2.1. Polietilena
............................................ ............................................
12 13
II.3. Tandan Kosong Kelapa Sawit
........................................................
17
II.4. Selulosa
........................................................
19
II.5. Modifikasi Kimia
........................................................
21
II.6. Reologi
........................................................
23
…………………….. …………………….. .................................. ..................................
27 28 30 30
II.7. Sifat-Sifat Mekanik II.7.1. Kekuatan Tarik (Tensile Strength) II.7.2. Kekuatan Lentur (Flexural Strength) II.7.3. Kekuatan Impak (Impact Strength)
II.8. Faurier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
.......................
31
BAB III. METODA PENELITIAN
..............................................................
33
III.1. Tempat Dan Waktu
...........................................................
33
III.2. Bahan Yang Digunakan
...........................................................
33
III.3. Peralatan
...........................................................
34
......................................... III.4. Prosedur Kerja ......................................... III.4.1.Pembuatan Selulosa ......................................... III.4.2. Modifikasi Bahan Pengisi ......................................... III.4.3. Pembuatan Komposit III.4.4. Pengujian Komposit ......................................................... III.4.4.1. Uji Tarik (Tensile Test) ..................................... III.4.4.2. Uji Lentur (Flexurel Test) ………………………. III.4.4.3. Uji Bentur (Impact Test) ……………………… III.4.4.4. Analisa Spektra Campuran dengan
34 34 36 36 38 38 39 40
Faurier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) .....
40 40 43
III.4.4.5. Reologi .............................................................. III.4.5. Flowchart Pembuatan dan Pengujian Komposit .............. BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
...........................................................
44
IV.1. Analisis Spektroskopi Infra Merah (FTIR) ...................................
44
v Universitas Sumatera Utara
IV.2. Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Kekuatan Tarik Komposit LDPE ..................................
48
IV.3. Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Sifat Pemanjangan pada saat Putus Komposit .............
51
IV.4. Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Sifat Modulus Young ...................................................
53
IV.5. Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Sifat Kekuatan Lentur ...................................................
55
IV.6. Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Sifat Kekuatan Bentur ..................................................
56
IV.7. Reologi Komposit ........................................................................
58
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................
63
V.1. Kesimpulan V.2. Saran DAFTAR KEPUSTAKAAN LAMPIRAN
...................................................................
64
.....................................................................
64
.............................................................................
65
................................................................................
70
vii vi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Sifat Fisika dan Mekanik Polietilena ..........................................................17
2.2.
Komposisi dan Sifat Kimia Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit ................18
2.3.
Sifat Fisik dan Morfologi Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit ...................19
2.4.
Sifat – Sifat Umum Serat Selulosa ............................................................... 21
3.1.
Sifat – Sifat Fisika Polietilena Densitas Rendah (LDPE) ............................ 33
3.2.
Kadar Selulosa Pada Tandan Kosong Kelapa Sawit .................................... 35
3.3.
Indeks Power Law Komposit ...................................................................... 60
viii Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Monomer Polietilena ..................................................................................13
2.2.
Reaksi Polimerisasi Polietilena ..................................................................14
2.3.
Struktur Selulosa ........................................................................................20
2.4.
Skema Aliran Fluida Dalam Keadaan Stedi ...............................................24
2.5.
Karakteristik Volume-Suhu Bahan Polimer ...............................................26
2.6.
Pengaruh Suhu Terhadap Sifat-Sifat Bahan Polimer ..................................27
2.7.
Kurva Kekuatan Tarik-Perpanjangan Untuk Bahan Polimer ......................29
2.8.
Diagram Untuk Test Kekuatan Impak .........................................................31
3.1.
Bagan Alir Pembuatan Selulosa ..................................................................35
3.2.
Ekstruder ......................................................................................................36
3.3.
Hot Press ......................................................................................................37
3.4.
Spesimen Untuk Uji Tarik ...........................................................................37
3.5.
Alat Uji Tarik dan Lentur ............................................................................38
3.6.
Alat Uji Bentur ............................................................................................39
3.7.
Alat Uji FT-IR .............................................................................................40
3.8.
Alat Melt Flow Indexer (MFI) ....................................................................41
3.9.
Bagan Alir Pembuatan dan Pengujian Komposit ........................................43
ix Universitas Sumatera Utara
viii
4.1.
Hasil Uji FT-IR Selulosa .............................................................................45
4.2.
Hasil Uji FT-IR Selulosa Setelah Asetilasi .................................................46
4.3.
Hasil Uji FT-IR Komposit Dengan Kandungan Bahan Pengisi 10% ..........47
4.4.
Hasi Uji FT-IR Komposit Dengan Kandungan Bahan Pengisi 20% ...........47
4.5.
Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Kekuatan Tarik Komposit ............................................................................48
4.6.
Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Pemanjangan Komposit ...............................................................................51
4.7.
Pengaruh Kandungan Bahan pengisi dan Temperatur Terhadap Modulus Young Komposit ...........................................................................53
4.8.
Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Kekuatan Lentur Komposit ..........................................................................55
4.9.
Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan temperatur Terhadap Kekuatan Bentur Komposit .........................................................................57
4.10.
Pengaruh Perubahan Terkanan (Beban) dan Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Viskositas Komposit ......................................................59
4.11.
Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Shear Rate Dan Viskositas Komposit ...........................................................................61
x Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A
: Data dan Perhitungan Hasil Uji Mekanik ..............................L-1
Lampiran B
: Data Reologi ............................................................................L-6
Lampiran C
: Referensi ..................................................................................L-7
xi Universitas Sumatera Utara
