PENGARUH PERLAKUAN SIKLIS TERMAL TERHADAP SIFAT BIOKOMPOSIT LPP-KENAF YANG MENGANDUNG PEMADAM NYALA Al(OH) 3, Mg(OH) 2 DAN H 3 BO 3

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

PENGARUH PERLAKUAN SIKLIS TERMAL TERHADAP SIFAT BIOKOMPOSIT LPP-KENAF YANG MENGANDUNG PEMADAM NYALA Al(OH)3, Mg(OH)2 DAN H3BO3

Disusun Oleh :

APRILLIA DARYANI KUSUMAWATI M0307001

SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juli, 2012 commit to user

i

This page was created using Nitro PDF SDK trial software. To purchase, go to http://www.nitropdf.com/


digilib.uns.ac.id

PENGARUH PERLAKUAN SIKLIS TERMAL TERHADAP SIFAT BIOKOMPOSIT LPP-KENAF YANG MENGANDUNG PEMADAM NYALA Al(OH)3, Mg(OH)2 DAN H3BO3

Disusun Oleh :

APRILLIA DARYANI KUSUMAWATI M0307001

SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Juli, 2012 commit to user



digilib.uns.ac.id

PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “ PENGARUH PERLAKUAN SIKLIS TERMAL TERHADAP SIFAT BIOKOMPOSIT

LPP-KENAF

YANG

MENGANDUNG

PEMADAM

NYALA Al(OH)3, Mg(OH)2 dan H3BO3 belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Juli 2012 APRILLIA DARYANI KUSUMAWATI

commit to user



digilib.uns.ac.id

PENGARUH PERLAKUAN SIKLIS TERMAL TERHADAP SIFAT BIOKOMPOSIT LPP-KENAF MENGANDUNG PEMADAM NYALA Al(OH)3, Mg(OH)2 DAN H3BO3 APRILLIA DARYANI KUSUMAWATI Jurusan Kimia, Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret ABSTRAK Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh perlakuan siklis termal terhadap sifat biokomposit LPP/Kenaf mengandung pemadam nyala. Biokomposit disintesis dari limbah polipropilena (LPP), serat kenaf (SK) menggunakan senyawa penggandeng asam akrilat (AA), senyawa penyambung silang divinil benzene (DVB) dengan pelarut xilena secara reaktif menggunakan inisiator BPO. Untuk meningkatkan ketahanan nyala biokomposit digunakan senyawa penghambat nyala Al(OH)3 (ATH), Mg(OH)2 (MDH) serta H3BO3 (BA). Uji termal pemanasan kontinyu pada suhu 140 ◦C terhadap PP murni dan limbah PP (LPP) diperoleh waktu rapuh masing-masing sebesar 2 dan 50 jam serta mengakibatkan peningkatan karbonil indeks masing-masing sebesar 12,39 dan 2,75 %. Hal tersebut menunjukkan bahwa LPP memiliki ketahanan panas lebih baik dibandingkan PP murni. Variasi suhu siklis termal dilakukan pada suhu 25, 35, 45, 55 dan 65 ◦C dengan 10 kali siklis termal terhadap biokomposit LPP/DVB/AA/SK mengandung senyawa pemadam nyala ATH/BA (F2), MDH/BA (F3) dan ATH/MDH/BA (F4) diperoleh suhu optimum yaitu 45 ◦C yang berada di bawah suhu distorsi PP (5260 ◦C). Perlakuan siklis termal hingga 60 kali siklis pada suhu 45 ◦C mengakibatkan penurunan kekuatan tarik pada biokomposit F2, F3 dan F4 masing-masing sebesar 1,79; 0,91 and 0,87 % dibandingkan sebelum perlakuan siklis termal. Hal tersebut disebabkan adanya pemuaian dan penyusutan yang berulang-ulang mengkaibatkan pemanjangan dan pemendekan ikatan molekulmolekul dalam biokomposit. Pergerakan molekul tersebut akan mengubah susunan kumpulan molekul yang direfleksikan melalui penurunan sifat mekanik biokomposit.

Kata kunci : siklis termal, limbah polipropilena, serat kenaf, Al(OH)3, Mg(OH)2, H3BO3

commit to user



digilib.uns.ac.id

THE EFFECT THERMAL CYCLES TREATMENT OF BIOCOMPOSITES LPP-KENAF CONTAINS FIRE RETARDANTS Al(OH)3, Mg(OH)2 and H3BO3 PROPERTIES APRILLIA DARYANI KUSUMAWATI Department of Chemistry, Mathematic and Science Faculty. Sebelas Maret University ABSTRACT Thermal cycles treatment of biocomposites properties contains LPP/Kenaf contains fire retardant had been studied. Biocomposites had been synthesized from waste polypropylene (LPP) and kenaf fiber (SK) using a coupling agent acrylic acid (AA), bensoil peroxide initiator (BPO) and cross-linking compounds divinil bensen (DVB) with a reactive solvent xylene. To improve fire retardation of biocomposites used Al(OH)3 (ATH), Mg(OH)2 (MDH) and additive fire retardant H3BO3 (BA). Thermal treatment heating at 140 ◦C of pure PP and LPP show embrittlement respectively 2 and 50 hours. And each others recognize improvement index carbonyl respectively 12,39 and 2,75 % than before treatment. That treatment show that LPP has better heat resistance than pure PP. Variation temperature of thermal cycles were 25, 35, 45, 55 and 65 ◦C with 10 cycles of biocomposites LPP/DVB/AA/SK contains fire retardant Al(OH)3/ H3BO3 (F2), Mg(OH)2/H3BO3 (F3) and Al(OH)3/Mg(OH)2/H3BO3 (F4) obtained optimum temperature at 45 °C which is below the distortion temperature of PP (52-60 °C). Thermal cycles treatment up to 60 times at 45 °C for biocomposites F2, F3, F4 caused reducing the tensile strength respectively by 1,79; 0,91 and 0,87 % compared to before cycles treatment. This is due to the expansion and shrinkage repeatedly resulting in lengthening and shortening of the molecules bonding. Movement of molecules due to heat will change the set of molecules which is reflected by a decreasing mechanical properties. Key words: waste polypropylene, kenaf fiber, fire retardant, thermal cycles, Al(OH)3, Mg(OH)2, H3BO3

commit to user



digilib.uns.ac.id

MOTTO

Maka sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan. (Q.S Al Insyirah : 5) “Dan janganlah kamu (merasa) lemah, dan jangan (pula) bersedih hati, sebab kamu paling tinggi (derajatnya), jika kamu orang beriman”. (Q.S Al-imran : 139)

“Sesungguhnya Allah tidak merubah keadaan suatu kaum, sehingga mereka merubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri.” (QS. Ar-Ra’d: 11)

“Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar”. (Umar bin Khatab)

commit to user



digilib.uns.ac.id

PERSEMBAHAN



Untuk ibundaku...ibundaku...dan ibundaku tersayang dan Ayahanda yang tiada lelah memberikan motifasi, doa, kasih sayang,perhatian,

pengorbanan dan ridhonya selama ini. Semoga Allah senantiasa melindungi.  my little brother Agatha serta bulek sarwo atas semua perhatian, pengorbanan dan dukungannya.. 

Partnerku Melina ramadani serta wyda, dwi Ayu, eka, mbk Dwek, depik, bitha, linda, eka “never ending friendship ” dan untuk semua teman-teman angkatan 2007.

commit to user



digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR Puji Syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat, karunia, dan ijin-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Sains dari Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret. Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak, karena itu dengan kerendahan hati penulis menyampaikan terimakasih kepada: 1.

Bapak Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc.,(Hons), Ph.D., selaku Dekan FMIPA UNS.

2.

Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si., selaku Ketua Jurusan Kimia.

3.

Ibu Prof. Dra. Neng Sri Suharty, M.Sc, Ph.D selaku pembimbing pertama dan pembimbing akademik serta atas kesabaran dan perhatiannya selama ini

4.

Bapak Prof. Dr. Kuncoro Dihardjo, S.T., M.T selaku pembimbing kedua

5.

Bapak dan Ibu Dosen serat seluruh staf di Jurusan Kimia, FMIPA UNS.

6.

Teman-teman kos ”Putri Sejati” mita, mbk dini, dek endah, dek rachel

7.

Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Penelitian ini merupakan bagian dari projek penelitian atas nama Prof. Dra. Neng Sri Suharty, M.Sc, Ph.D. Berkaitan dengan hal tersebut maka penggandaan atau pengambilan segala sesuatu dari penelitian ini harus seijin Prof. Dra. Neng Sri Suharty, M.Sc, Ph.D. Penulis menyadari banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakannya. Penulis berharap semoga karya ini bermanfaat bagi pembaca. Surakarta, Juli 2012 Aprillia Daryani Kusumawati commit to user



digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL...................................................................................

i

HALAMAN PENGESAHAN.....................................................................

ii

HALAMAN PERNYATAAN ....................................................................

iii

HALAMAN ABSTRAK.............................................................................

iv

HALAMAN ABSTRACT ..........................................................................

v

HALAMAN MOTTO .................................................................................

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................

vii

KATA PENGANTAR ................................................................................

viii

DAFTAR ISI...............................................................................................

ix

DAFTAR TABEL.......................................................................................

xii

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................

xiii

DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................

xv

BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................

1

A. Latar Belakang Masalah.............................................................

1

B. Perumusan Masalah....................................................................

2

1. Identifikasi Masalah ............................................................

2

2. Batasan Masalah..................................................................

3

3. Rumusan Masalah ...............................................................

3

C. Tujuan Penelitian........................................................................

3

D. Manfaat Penelitian......................................................................

4

BAB II LANDASAN TEORI .....................................................................

5

A. Tinjauan Pustaka ........................................................................

5

1. Polipropilena .......................................................................

5

2. Bahan Pengisi Serat Kenaf..................................................

10

3. Inisiator Bensoil Peroksida .................................................

11

4. Senyawa Penggandeng Asam Akrilat ................................. commit to user

13



digilib.uns.ac.id

5. Senyawa Penyambung Silang Divinil Benzene ...................

14

6. Fire Retardant......................................................................

15

7. Biokomposit ........................................................................

17

8. Perlakuan Siklis Termal ......................................................

21

9. Karakterisasi Biokomposit ..................................................

22

B. Kerangka Pemikiran ...................................................................

25

C. Hipotesis .....................................................................................

28

BAB III METODOLOGI PENELITIAN....................................................

29

A. Metode Penelitian.......................................................................

29

B. Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................

29

C. Alat dan Bahan ...........................................................................

29

1. Alat ......................................................................................

29

2. Bahan...................................................................................

29

D. Prosedur Penelitian.....................................................................

30

1. Preparasi Limbah Polipropilena ..........................................

30

2. Preparasi Limbah Serat Kenaf.............................................

30

3. Sintesis Biokomposit Proses Larutan..................................

30

4. Sintesis Biokomposit Tahan Api Proses Larutan................

31

5. Pembuatan Spesimen...........................................................

32

6. Uji Termal ...........................................................................

32

7. Uji Siklis Termal .................................................................

32

8. Uji Mekanik.........................................................................

32

E.Teknik Pengumpulan Data ..........................................................

33

1. Penentuan Sifat Mekanik........................................................

33

2. Analisa Gugus Fungsi Biokomposit .......................................

33

E.Teknik Analisis Data ...................................................................

33

1. Uji Kekuatan Tarik ................................................................ ` 33 2. Uji Kekuatan Impak................................................................

34

3. Perhitungan Karbonil Indeks ..................................................

35

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................... 36 commit to Optimum................................. user A. Pembuatan Biokomposit Kondisi 36



digilib.uns.ac.id

B. Uji Termal....................................................................................

40

C. Uji Siklis Termal ........................................................................

43

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................

51

A. KESIMPULAN...............................................................................

51

B. SARAN............................................................................................

51

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................

52

LAMPIRAN.................................................................................................

DAFTAR TABEL Hal aman Tabel 1.

Komposisi Sintesis Biokomposit .................................................... 31

Tabel 2.

Formulasi Pembuatan Bio-komposit dan Bio-komposit Cerdas dengan 20% senyawa Fire Retardant Al(OH)3 dan Mg(OH)2 komposisi optimum dengan H3BO3................................................. 36

Tabel 3.

Karakterisasi gugus fungsi pada biokomposit................................... 37

Tabel 4.

Waktu rapuh pada uji termal terhadap PP murni dan LPP................ 40

Tabel 5.

Kondisi fisik dari berbagai biokomposit setelah perlakuan siklis termal variasi suhu dan jumlah siklis termal..................................

commit to user


49


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1.

KodePolipropilenadariThe Society Of Plastic Industry.................

6

Gambar 2.

Ataksisitas Polipropilena ...............................................................

7

Gambar 3.

Struktur Propena dan (b) reaksi radikal pada PP..........................

8 Gambar 4.

Mekanisme reaksi Norrish.............................................................

Gambar 5.

Tanaman kenaf dan serat batang kenaf..........................................

9

11 Gambar 6.

Struktur selulosa.............................................................................

11 Gambar 7.

Struktur benzoil peroksida.............................................................

12

Gambar 8.

Pembentukan radikalpada : (a) BPO (b) PP (c) selulosa...............

13

Gambar 9.

(a) Struktur asam akrilat (b) Pembentukan radikal pada asam akrilat...........................................................................

14 Gambar 10.

(a) Struktur DVB dan (b) Pembentukan radikal pada DVB..........

15

Gambar 11.

a) Reaksi pembakaran dan(b) Segitiga api ....................................

15

Gambar 12.

Pembentukan radikal pada to : (a) BPO (b) PP (c) selulosa.............. commit user

19



digilib.uns.ac.id

Gambar 13.

Pembentukan radikal pada : (a) DVB (b) AA ...............................

Gambar 14.

Kemungkinan ikatan pada pembentukan biokomposit..................

20

20 Gambar 15.

Spesimen uji kuat tarik ..................................................................

Gambar 16.

Pembentukan pusat radikal pada PP..............................................

22

25 Gambar 17.

Pembentukan pusat radikal pada selulosa......................................

25 Gambar 18.

Pembentukan pusat radikal pada AA.............................................

26

Gambar 19.

Pembentukan pusat radikal pada DVB..........................................

26

Gambar 20.

Pembentukan ikatan yang paling sederhana pada biokomposit LPP/DVB/AA/SK............................................

27

Gambar 21.

Perlakuan siklis termal...................................................................

32

Gambar 22.

Perlakuan siklis termal dalam satu periode siklis termal................

33

Gambar 23.

Spektrum FTIR : (a) LPP ; (b) SK ; (c) AA ; (d) DVB ; (e) BiokompositF1 LPP/DVB/AA/SK ......................................... 37

Gambar 24.

Spektra FTIR dari (a) Mg(OH)2 ; (b) Al(OH)3 ; (c) Biokomposit Formula LPP/DVB/AA/SK/Al(OH)3................. 39

Gambar 25.

(a) PP murni (b) Limbah PP setelah dicapai waktu rapuh pada uji termal suhu 140 ◦C.................................................

Gambar 26 . Spektra FTIR PP murni pada perlakuan uji termal. ...................... 42 Gambar 27.

Spektra IR LPP pada perlakuan uji termal..................................... 42

Gambar 28.

Spektra IR LPP pada perlakuan uji termal..................................... 43

Gambar 29.

Grafik nilai TS biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada commit to user


41


digilib.uns.ac.id

variasi suhu siklis termal ............................................................... 44 Gambar 30.

Grafik nilai MY biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada varias suhu siklis termal ................................................................. 45

Gambar 31.

Grafik nilai IT biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi suhu siklis termal............................................................. 46

Gambar 32.

Grafik nilai TS biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi siklis termal...................................................................... 46

Gambar 33.

Grafik nilai MY biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi siklis termal...................................................................... 47

Gambar 34.

Grafik nilai IT biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan(b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi siklis termal ..................................................................... 47

Gambar 35.

(a) Biokomposit sebelum dilakukan perlakuan siklis termal dan (b) biokomposit setelah dilakukan perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C..................................................... 49

Gambar 36.

Biokomposit F4 (LPP/DVB/AA/SK/Mg(OH)2/Al(OH)3/H3BO3) pada perlakuan 60 kali siklis termal........................................... 50 commit to user



digilib.uns.ac.id

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1.

Bagan Alir Preparasi LPP............................................... .. 59

Lampiran 2.

Bagan Alir Preparasi SK................................................. .. ........................................................................................ 60

Lampiran 3.

Bagan Alir Pembuatan Biokomposit dengan dan tanpa Pemadam Nyala.................... .......................................... .. ........................................................................................ 61

Lampiran 4. 62

Bagan Alir Pembuatan Spesimen........................................

Lampiran 5.

Bagan Alir Uji Siklis Termal.......................................... .. 63

Lampiran 6.

Formula Pembuatan Biokomposit........................... ....... .. 64

Lampiran 7.

Perhitungan Nilai Kekuatan Tarik........................... ....... .. 66 a. Variasi Suhu Siklis Termal............................................. 66 b. Variasi Siklis Termal............................................. .... .. 67

Lampiran 8.

Perhitungan Nilai Modulus Young........................... ...... .. 66 a. Variasi Suhu Siklis Termal............................................. 66 b. Variasi Siklis Termal............................................. .... .. 67

Lampiran 9.

Perhitungan Nilai Kekuatan Impak........................... ..... .. commit to user 68



digilib.uns.ac.id

a. Variasi Suhu Siklis Termal............................................. .................................................................................... 68 b. Variasi Siklis Termal............................................. .... .. 69

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang Seiring pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat maka kebutuhan otomotif juga meningkat. Namun di sisi lain logam yang digunakan sebagai salah satu komponen otomotif keberadaannya di alam semakin menipis demikian juga semakin terbatasnya jumlah bahan bakar (Ayrilmis et al., 2011). Untuk mengatasi krisis logam tersebut dapat digantikan dengan material baru yang memiliki sifat seperti logam dan memiliki massa ringan. Polimer sintetismemiliki sifat kuat, transparan, ringan, praktis, murah dan mudah diolah (Azizah, 2009). Kehidupan modern yang menuntut manusia hidup secara praktis banyak menggunakan kemasan-kemasan dari polipropilena (PP). Moghaddam et al. (1997), Sain et al. (2004), Hui dan Xin-rong (2005), Huang et to user al. (2006) dan Liang et al. (2010) commit melaporkan PP merupakan jenis polimer sintetis



digilib.uns.ac.id

yang banyak dimanfaatkan dalam bidang otomotif, industri, material bangunan, komponen elektronik, dll. Di Indonesia PP banyak dimanfaatkan sebagai kemasan makanan dan minuman. Soetantini (2007) dan Asosiasi Perusahaan Air Minum Dalam Kemasan Indonesia (Aspadin) (2010) melaporkan produksi AMDK pada tahun 2010 sebesar 14,5 miliar liter per tahun.

Pada tahun 2011 kebutuhan

AMDK mencapai 17,3 miliar liter per tahun. Jumlah tersebut mengalami kenaikan sekitar 19 persen, bila dilakukan asumsi untuk limbah cup saja bisa terbuang mencapai 10,7 miliar gelas. Dan bila dilakukan pengukuran massa, maka limbah cup AMDK yang terbuat dari PP terbuang seberat 3,99 x 104 ton. LPP kemasan AMDK telah mengalami penambahan zat aditif untuk memenuhi kebutuhan industri sehingga sifatnya berbeda dengan PP murni. Sain et al. (2004), Huang, et al. (2006) Zhang, et al. (2004) dan Liang et al. (2010) melaporkan sifat limbah polipropilena (LPP) mudah terbakar. Selain itu LPP juga tidak dapat terdegradasi secara alami sehingga mengganggu keseimbangan ekosistem, mengurangi nilai estetika lingkungan serta menghambat kerja mikroorganisme dalam pembusukan sampah. Beberapa tahun terakhir telah banyak dikembangkan alternatif pemecahan masalah tersebut. Sejak tahun 1930 Henry Ford mempergunakan serat kenaf sebagai bahan penguat komposit untuk komponen mobil BMW dan Mercedes (Mwaikambo,2006). Yang et al. (2004) membuat komposit dari polipropilena dengan serbuk sekam padi (SSP), Kim et al. (2005) membuat komposit polibutilen suksinat (PBS) dengan abu sekam padi, Aji et al. (2009) membuat polietilen dengan serat kenaf, Threepopnatkul et al. (2008) membuat polikarbonat dengan serat daun nanas, Ton-That and Denault (2008) membuat komposit dari polipropilena dengan serat selulosa dari serbuk kayu dihasilkan suatu biokomposit yang biodegradabel dan sifat mekaniknya meningkat.Suharty dan Firdaus (2007) membuat biokomposit dari polistirena limbah (PSL) dengan penguat serat alam serbuk kayu sengon (SS) secara proses metode larutan dan dihasilkan biokomposit yang memilki kemampuan biodegradasi yang baik dan juga peningkatan sifat mekanik dengan sintesis biokomposit secara reaktif. Peneltian-penelitian tersebut commit to user



digilib.uns.ac.id

membuktikan bahwa material PP dapat diubah menjadi material yang memiliki sifat mekanik tinggi dan degradable melalui penggunaan filler dari serat alam. Biokomposit banyak dimanfaatkan untuk komponen otomotif menggantikan sebagian logam yang jumlahnya semakin menurun. Penggunaan biokomposit membuat berat kendaraan menjadi lebih ringan, sehingga pada kapasitas muatan yang sama maka kendaraan yang mempergunakan biokomposit membutuhkan bahan bakar yang lebih sedikit. Sehubungan peruntukan material baru tersebut sebagai pengganti logam pada otomotif maka dituntut material yang tidak mudah terbakar. Sehingga diperlukan penambahan senyawa penghambat nyala api untuk meningkatkan ketahanan biokomposit terhadap nyala api. Beberapa penelitian sebelumnya telah menambahkan senyawa penghambat nyala pada komposit. Sain et al. (2004) dan Hui et al. (2005) melaporkan penghambat nyala api yang paling banyak digunakan adalah komponen anorganik,

komponen

halogen.

Namun

penggunaan

senyawa

halogen

menimbulkan permasalahan lingkungan sehingga mulai beralih pada penggunaan flame retardant free halogen. Patra et al. (2005) melaporkan bahwa senyawa CaCO3 yang dicampur dengan ammoniumpolipospat (APP) dapat bertindak sebagai senyawa fire retardants. Hollingbery (2010) melaporkan bahwa Al(OH)3 dan Mg(OH)2 merupakan senyawa yang paling banyak digunakan sebagai penghambat nyala karena sifatnya ramah lingkungan dan jumlahnya melimpah. Moghaddam et al. (1997), Zhang et al. (2004), Huang et al. (2006), Huang et al. (2007),Wittek dan Tanimoto (2008), melakukan penelitian terhadap kemampuan hambat nyala komposit dan dilaporkan bahwa penambahan Mg(OH)2 memberikan sifat hambat nyala yang lebih baik dibandingkan tanpa Mg(OH)2. Laotid et al. (2008)

melaporkan

kinerja

penghambat

nyala

dapat

ditingkatkan

dan

dioptimalkan dengan mengkombinasikan senyawa penghambat nyala yang berbeda yang disebut sebagai konsep sinergi. Formicola et al. (2009), Liang et al. (2010) dan Sain et al. (2004) melakukan percobaan terhadap sinergisitas zat aditif seng borat terhadap kinerja senyawa penghambat nyala diperoleh komposit dengan sifat hambat nyala yang meningkat. Berdasarkan uraian di atas maka LPP to user dapat ditingkatkan kualitasnyacommit dengan mengubahnya menjadi material



digilib.uns.ac.id

biokomposit menggunakan bahan pengisi serat kenaf dan senyawa pemadam nyala Al(OH)3, Mg(OH)2 dan H3BO3 sehingga diperoleh material baru dengan sifat meknik tinggi, biodegradable dan tahan terhadap api. Penggunaan biokomposit untuk komponen kendaraan sangat dipengaruhi kondisi lingkungan. Widyanto dkk. (2004) melaporkan perlakuan siklis termal padaglass-fiber reinforced concrete (GFRC)mengakibatkan penurunan kekuatan material.Sınmazçeliket al. (2012) melaporkan pengaruh pemanasan pada carbon fibre reinforced polyetherimide (PEI)dan Cao et al. (2009) melaporkanpengaruh siklis termal tentang pada carbon fibre reinforced polymer (CFRP) dan komposit hibrid FRP mengakibatkan penurunan sifat mekanik. Ju (2011) melakukan siklis termal pada komposit serat karbon bismaleimide (BMI) diperoleh keretakan semakin besar. Dari uraian di atas, maka perlu dilakukan uji siklis termal pada biokomposit LPP/DVB/AA/SK yang mengandung senyawa penghambat nyala Al(OH)3,

Mg(OH)2 dan H3BO3 sehingga diketahui pengaruh siklis termal terhadap sifat biokomposit tersebut. B. Perumusan Masalah 1. Identifikasi Masalah Air mineral di pasaran tersedia dalam berbagai bentuk kemasan, misalnya kemasan galon (19L) berbahan polikarbonat, kemasan botol (1500 ml dan 600 ml) terbuat dari bahan polyethylene terephthalate, dan cup (240 ml) berbahan polipropilena. Pada jenis kemasan gallon dan botol umumnya dapat digunakan kembali, sedang untuk kemasan cup pada umumnya hanya digunakan sekali pakai kemudian langsung dibuang menjadi sumber limbah polipropilena yang jumlahnya mencapai 3,99 x 104 ton di Indonesia. Salah satu alternatif untuk mengatasi LPP yang berlimpah dan tidak dapat terdegradasi tersebut ialah dengan mengubah LPP menjadi material biokomposit yang bermanfaat yang memiliki sifat kuat dan biodegradable melalui penambahan commitSejak to usertahun 1930 Henry Ford telah serat alam sebagai bahan pengisi.



digilib.uns.ac.id

menggunakan serat tumbuhan yang satu family dengan kenaf sebagai bahan penguat komposit untuk salah satu komponen mobil BMW dan Mercedes (Mwaikambo, 2006). Threepopnatkul et al. (2008) membuat komposit dari polikarbonat dengan serat daun nanas. Yang et al. (2004) membuat komposit dari polipropilena dengan serbuk sekam padi. Biokomposit dapat disintesis menggunakan metode lebur (internal mixer) (Kim et al., 2005) maupun metode larutan dengan menggunakan pelarut yang sesuai (Suharty, 1993). Dalam proses pembuatnnya dapat dilakukan secara reaktif maupun non reaktif. Sifat mekanik biokomposit dapat meningkat melalui pembentukan ikatan antara polimer buatan dengan serat alam. Pengikatan polimer buatan yang bersifat non polar dan selulosa dari serat alam yang bersifat polar memerlukan senyawa penggandeng. Tajvidi et al. (2003) membuat komposit dari bahan HDPE dengan serat alam menggunakan coupling agent MAPE (Maleic Anhydride modified Polethylene). Suharty dkk. (2007) menggunakan senyawa penyambung silang asam akrilat (AA) untuk mengikatkan PP dengan serat sehingga terbentuk ikatan LPP/AA/selulosa secara reaksi esterifikasi. Untuk meningkatkan kualitas komposit dapat dilakukan pula dengan menggunakan agen penyambung silang agar terbentuk jaringan ikat silang yang lebih besar sehingga ikatan yang terbentuk lebih kuat dan komposit yang terbentuk lebih masive. Suharty (1993) telah melakukan grafting antara PP dengan ditert-butil benzil akrilat (DBBA) menggunakan trimetilol propana triakrilat (TMPTA) dan divinilbensen (DVB). Disebutkan pula, pembuatanbiokomposit menggunakan agen penyambung silang DVB lebih kuat daripada dengan TMPTA. Sain et al. (2004) melakukan pembuatan biokomposit hambat nyala dengan menambahkan Mg(OH)2 ke dalam campuran PP dan serbuk kayu (SK), dilaporkan penambahan 25% Mg(OH)2 mengurangi pembakaran 50% dibandingkan biokomposit tanpa Mg(OH)2. Dilaporkan pula penambahan 20% Mg(OH)2 dan 5% H3BO3 memberikan efek sinergis peningkatan penghambatan nyala komposit yang terbentuk. Suharty et al. (2010) melakukan pembuatan biokomposit polipropilena dan serat kenaf dengan penambahan senyawa penghambat nyala user diperoleh pengurangan tingkat rasio to5/15 Al(OH) /Mg(OH) serta H BO commit 3

2

3

3



digilib.uns.ac.id

pembakaran biokomposit hingga 55% dibandingkan biokomposit tanpa pemadam nyala. Widyanto dkk. (2004) melakukan siklis termal terhadap glass-fiber reinforced concrete pada suhu 35, 60, 100, 200, 300 ◦C dengan jumlah siklis sebanyak 1,2,3,5,7 dan 10 kali mengakibatkan penurunan kekuatan material. Sınmazçelik et al. (2012) melakukan siklis termal pada carbon fibre reinforced polyetherimide (PEI) dengan jumlah siklis termal sebanyak 50, 200 dan 500 kali mengakibatkan sifat mekanik. Ju (2007) melakukan pemanasan pada suhu 196 hingga 250 ◦C terhadap komposit serta karbon BMI diperoleh keretakan yang semakin besar seiring peningkatan suhu pemanasan. 2. Batasan Masalah a.

Matrik polimer yang digunakan dalam pembuatan biokomposit adalah limbah polipropilena (LPP) kemasan bentuk cup air mineral dalam kemasan dari merck sejenis. Bahan pengisi serat tumbuhan yang digunakan adalah serat kenaf (SK) dari Lamongan yang lolos ayakan 100 mesh .

b.

Sintesis biokomposit dilakukan dengan metode larutan menggunakan pelarut xilena dengan proses secara reaktif mempergunakan inisiator bensoil peroksida (BPO), senyawa penggandeng multifungsional asam akrilat (AA) dan dengan penambahan senyawa penyambung silang divinil benzena (DVB).

c.

Senyawa penghambat nyala yang digunakan dalam pembuatan biokomposit dengan kemampuan hambat nyala adalah Mg(OH)2, Al(OH)3 dan H3BO3.

d.

Dalam proses perlakuan siklis termal dilakukan variasi suhu pemanasan 25, 35, 45, 55, 65oC dan variasi jumlah pemanasan 20, 30, 40, 50, 60 kali.

e.

Karakterisasi biokomposit yang dilakukan meliputi karakterisasi kekuatan tarik sesuai ASTM D 638 dengan alat UTM (United Testing Machine) dan kekuatan impaksesuai ASTM D 6110 dengan alat impak. Selain itu juga dilakukan analisis gugus fungsi dengan FTIR. 3. Rumusan Masalah Rumusan masalah pada penelitian ini berdasarkan identifikasi dan batasan

masalah diatas adalah: commit to user



a.

digilib.uns.ac.id

Bagaimana pengaruh pemanasan pada suhu 140 ◦C terhadap matriks PP dan LPP ?

b.

Berapa suhu optimum perlakuan siklis termal?

c.

Bagaimana pengaruh

siklis termal terhadap sifat mekanik biokomposit

mengandung pemadam nyala? C .Tujuan Penelitian 1.

Mengetahui pengaruh pemanasansuhu 140 ◦C terhadap sifat PP dan LPP

2.

Mengetahui

suhu

optimum

perlakuan

siklis

termal

biokomposit

mengandung pemadam nyala. 3.

Mengetahui pengaruh siklis termal terhadap sifat biokomposit mengandung pemadam nyala. D. Manfaat

1.

Memberikan informasi mengenai cara mengatasi LPP yang menimbulkan masalah lingkungan karena sifatnya yang tidak dapat terdegradasi.

2.

Memberikan informasi tentang pembuatan material plastik yang tidak mudah terbakar.

3.

Memberikan informasi tentang pengaruh siklis termal terhadap sifat biokomposit mengandung pemadam nyala.

commit to user



digilib.uns.ac.id

BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan pustaka 1. Polipropilena Plastik memiliki sifat transparan, ringan, praktis, murah dan mudah diolahsehingga banyak dimanfaatkan untuk pembungkus air minum dalam kemasan (AMDK). Soetantini (2007) dan Asosiasi Perusahaan Air Minum Dalam Kemasan Indonesia (Aspadin) (2010) melaporkan kebutuhan air mineral di pasaran tersedia dalam berbagai bentuk kemasan, yaitu kemasan galon (19L) berbahan polikarbonat sebesar 60%, kemasan botol (1500 ml dan 600 ml) terbuat dari bahan polyethyene terephthalate, sebesar 25% dan cup (240 ml) berbahan polipropilena sebesar 15%.Pada jenis kemasan galon dan botol umumnya dapat digunakan kembali, sedang untuk kemasan cup pada umumnya hanya digunakan sekali pakai kemudian langsung dibuang menjadi sumber LPP. Pada tahun 2010, produksi AMDK mencapai 14,5 miliar liter per tahun. Pada tahun 2011 kebutuhan AMDK mencapai 17,3 miliar liter per tahun. Jumlah tersebut mengalami kenaikan sekitar 19 persen, bila dilakukan asumsi untuk limbah cup saja bisa terbuang mencapai 10,7 miliar gelas. Dan bila dilakukan pengukuran massa, dimana satu buah cupmemiliki massa 3,7 gram maka limbah cup AMDK yang terbuat dari polipropilena terbuang seberat 3,99 x 104 ton. Selain kelebihan PP yang telah disebutkan di atas, ada beberapa kelemahan diantaranya mudah teroksidasi, sifat mekanik rendah, mudah terbakar dan tidak dapat terdegradasi secara alami. Kelemahan-kelemahan tersebut dapat diatasi dengan menjadikan PP sebagai bahan komposit dengan sifat mekanik tinggi dan biodegradabel melalui penambahan serat alam. Ton-That and Denault (2008) membuat komposit dari polipropilena dengan serat selulosa dari serbuk kayu dihasilkan suatu biokomposit yang biodegradabel dan sifat mekaniknya meningkat. Suharty et al. (2008) melakukan pembuatan biokomposit limbah commit to user polipropilena dengan bahan pengisi serbuk bambu secara reaktif menggunakan



digilib.uns.ac.id

senyawa penggandeng AA dan agen penyambung silang DVB diperoleh material dengan sifat mekanik tinggi dan biodegradable.. Untuk meningkatkan sifat hambat nyala biokomposit iokomposit dapat dilakukan penambahan senyawa pemadam nyala. nyala.Suharty et al.. (2010) melakukan pembuatan biokomposit polipropilena dengan serat kenaf dengan menambahkan senyawa tahan bakar Mg(OH)2/Al(OH) Al(OH)3 serta H3BO3 diperoleh biokomposit dengan tingkat pembakaran pembakaran berkurang 55%. Nida (2011) melakukan

pembuatan

biokomposit

polipropilena

dengan

serat

kenaf

menggunakan senyawa pemadam nyala Al(OH)3 serta zat aditif pemadam nyala H3BO3 diperoleh tingkat pembakaran 46,75 % dibanding biokomposit tanpa senyawa penghambat mbat nyala. Polipropilena larut 100% dalam xilena mendidih (Suharty, 1993). Polipropilena bersifat termoplastik yaitu meleleh dan mengeras kembali saat didinginkan (Lubis, 2009). Bagian bawah cup AMDK terdapat tulisan PP dan logo berbentuk segitiga dengan angka lima. Kode tersebut dikeluarkan oleh Society of Plastic Industry pada tahun 1998 di Amerika ika Serikat ditunjukkan pada Gambar 1.

(b)

(a)

Gambar 1. Kode Polipropilena dari The Society Of Plastic Industry Polipropilena (PP) merupakan merupakan polimer hidrokarbon yang terbentuk dari monomer-monomer monomer propilena/propena (CH2-CH=CH2). Polipropilena memiliki karbon reaktif pada posisi karbon tersier (C*). Pemutusan ikatanC ikatanC-Hpada posisi karbon tersier (C*) akan menghasilkan radikal bebas atau pun ka karbokation dan memerlukan energi disosiasi 91 kkal/mol. Energi tersebut lebih rendah bila dibandingkan energi disosiasi ikatan C-H C H sekunder (C#) yang membutuhkan energi sebesar 94,5 kkal/mol (Fessenden & Fessenden, 1998). commit to user



digilib.uns.ac.id

Dalam struktur polimer polipropilena atom-atom karbon terikat secara tetrahedral dengan sudut antara ikatan C-C 109,5º dan membentuk rantai zigzag planar (Adriani, 2003). Polipropilena struktur zigzag planar dapat terjadi dalam tiga cara yang berbeda-beda tergantung pada posisi relatif gugus metil (CH3) satu sama lain di dalam rantai polimernya sehingga menghasilkan struktur isotaktik (grup metil pada satu sisi dari bidang), ataktik (grup metil secara acak menempel ke setiap sisi) dan sindiotaktik (grup metil bergantian), seperti gambar 2. Secara kimia ketiga struktur polipropilena berbeda satu sama lain. Polipropilena ataktik tidak dapat berubah menjadi polipropilena sindiotaktik atau menjadi struktur lainnya tanpa memutuskan dan menyusun kembali beberapa ikatan kimia. Dalam struktur polipropilena ataktik gugus metil bertindak seperti cabang-cabang rantai pendek yang muncul pada sisi rantai secara acak. Ini mengakibatkan sulitnya untuk mendapatkan daerah-daerah rantai yang sama (tersusun) sehingga mempunyai sifat kristalin rendah menyebabkan tingginya kadar oksigen pada bahan tersebut sehingga bahan polimer ini mudah terdegradasi oleh pengaruh lingkungan seperti kelembaban cuaca, radiasi sinar matahari dan lain sebagainya (Evrianni, 2009). Polipropilena berstruktur isotaktik dan sindiotaktik adalah sangat kristalin, bersifat keras dan kuat. Menurut Ghosh (2011), PP komersial hampir 90-97% merupakan isotaktik. Ataktisitas polipropilena dapat dilihat pada Gambar 2.

(a)

(b)

commit to user



digilib.uns.ac.id

(c)

Gambar 2. (a). Isotaktik; (b). Ataktik; (c). Sindiotaktik, dimana R = CH3

Polipropilena terbentuk dari penggabungan monomer-monomer propena melalui reaksi polimerisasi adisi. Polipropilena memiliki gugus metin (>CH-) yang bersifat reaktif yang disebabkan adanya efek sterik dari gugus-gugus besar di sekitar atom C tersier yang mengakibatkan proton pada atom C tersier akan mudah diserang oleh senyawa radikal melalui proses reaktif sehingga terjadi pelepasan proton. Kereaktifan gugus metin (>CH-) menyebabkan PP mudah berikatan dengan gugus fungsi non polar lainnya (Pudjaatmaka, 1986). Struktur propena dan reaksi radikal pada poliprpilena dapat dilihat pada Gambar 3. C

H2C

karbon tersier

CH3

C H

H

Propilena/propena

C H

3

C

2

*

n

H

(a)

polipropilena

pusat reaksi gugus non polar - RH

H

PP

H2 C

PP

PP

C CH3

H2 C

(b)

•

C

PP

CH3

Gambar 3. Struktur Propena dan (b) reaksi radikal pada PP PP mudah teroksidasi oleh panas maupun UV. Pengaruh panas maupun UV pada PP mengakibatkan degradasi. Hal tersebut disebabkan bila suatu benda dipanaskan akan mengalami pemuaian sesuai koefisien muainya masing-masing. (Ray, 2005). Secara kimia pemuaian merupakan terjadinya pemanjangan ikatan dari struktur tersebut (Surdia, 1992). Bila pemanasan dilanjutkan akan terjadi perapuhan sesuai dengan teori Norrish yaitu peningkatan karbonil indeks (Suharty, 1993).

commit to user



digilib.uns.ac.id

Oksidasi akan menyebabkan PP mengalami β-scission (pembelahan rantai) menghasilkan keton. Reaksi ini dikenal dengan reaksi Norrish (Suharty, 1993), ditunjukkan pada Gambar 4.

1). Inisiasi : Polimer

2 R● CH3

CH3 *

H 2C

C

*

CH

n

2

(a)

●C ●

H

2). Propagasi: R● + O2

ROO● CH

CH

CH

3

O

C

2

●

CH

2

3

C

2

O

ROO● + RH

ROOH + R● CH3

CH3

CH2

+

C

* H2C

●

O

O

C

(b)

●

CH3

CH2 C

* n

O

H

O

●

CH3 C

OH

●

Polipropilena ●

3). ROOH

RO●

+ ●OH CH3

CH3

CH2

CH2 C

C O

OH

PP hidroperoksida

O

●● ●●

H2C C CH2

+

PP alkoksi radikal

+ O

●OH (c)

4). Reaksi β – scission CH3

CH2 C O●

●CH3

O

5). Reaksi Norrish commit to user


(d)


digilib.uns.ac.id

O O

H2C

C

CH2

CH2

CH2

CH2

C

●+ ●

CH2 CH2 CH2

(e)

Gambar 4. Mekanisme reaksi Norrish Untuk meningkatkan ketahanan PP terhadap oksidasi, dapat dilakukan penambahan anti oksidan panas atau pun UV. Anti oksidan merupakan zat aditif yang ditambahkan pada material untuk meningkatkan ketahanan material tersebut terhadap oksidasi. Hal tersebut banyak dilakukan kalangan industri untuk memenuhi kebutuhan masing-masing. PP yang telah mengalami treatment (penambahan anti oksidan, zat pemlastis, dll.) memiliki sifat berbeda dengan PP murni. Adanya anti oksidan, pemalstis maupun zat lainnya akan meningkatkan ketahanan material tersebut terhadap degradasi (Iramani dkk., 2007). 2. Bahan Pengisi Serat Kenaf Bahan pengisi adalah suatu bahan yang ditambahkan ke dalam campuran plastik yang dapat meningkatkan sifat polimer tersebut. Bahan pengisi dapat berfungsi sebagai bahan penguat. Bahan penguat dari serat tumbuhan memiliki kelebihan diantaranya, jumlahnya berlimpah, memiliki densitas yang rendah, serat tidak hancur selama pemrosesan, dan tidak mencamari lingkungan (Ton-that, 2008). Pembuatan biokomposit PP dengan bahan pengisi serbuk sekam padi dihasilkan biokomposit dengan kekuatan tarik lebih tinggi (Yang et al., 2004). Kim et al. (2005) membuat komposit polibutilen suksinat (PBS) dengan abu sekam padi atau serbuk kayu secara proses metode lebur menggunakan internal mixer dihasilkan suatu biokomposit yang biodegradabel dan sifat mekaniknya meningkat. Indonesia merupakan daerah tropis yang subur sehingga banyak ditemukan tanaman yang menghasilkan serat. Serat tumbuhan yang dapat digunakan sebagai bahan pengisi yang baik adalah serat dengan kandungan selulosa tinggi. Salah satu tanaman dengan kandungan selulosa tinggi adalah kenaf. Kenaf dikenal dengan nama latin Hibiscus canabiscus.Produksi tanaman commit to userSerat kenaf memiliki kandungan kenaf di dunia mencapai 970.000 ton/tahun.



digilib.uns.ac.id

selulosa 57%, hemiselulosa 21% dan lignin 19%. Diameternya berukuran 17,7 17,721,9 μm dan densitas 1220-1400 1220 kg/m3.Kandungan selulosa yang cukup tinggi dibandingkan kandungan lignin, menyebabkan serat kenaf bersifat tidak getas dan memiliki keuletan yang tinggi. Hal tersebut ditunjukkan dari kekuatan tarik serat kenaf yaitu mencapai 1191 MPa (Mwaikambo, 2006). Berdasarkan data tersebut, komposisi terbesar dari serat kenaf adalah golongan selulosa dan hemiselulosa. Adapun Gambar tanaman kenaf dan serat kenaf ditunjukkan pada Gambar 5.

Tanaman kenaf

Serat batang kenaf

Gambar 5. Tanaman kenaf dan serat batang kenaf Selulosa merupakan polimer alami berantai lurus yang tersusun dari unit satuan tunggal β-D--glukosa glukosa melalui ikatan glikosida pada posisi C1 dan C4 (Stevens, 2001). Struktur selulosa ditunjukkan pada Gambar 6.

Gambar 6. Struktur selulosa Molekul-molekul molekul

selulosa

berbentuk

linier

dan

mempunyai

kecenderungan membentuk ikatan-ikatan ikatan hidrogen intra ntra dan intermolekuler. Selulosa mengandung rata-rata rata rata 5.000 unit glukosa dan setiap unit glukosa mengandung tiga gugus hidroksil (-OH) ( yang terletak pada C2, C3 dan C6 serta dua oksigen yang membentuk ikatan glikosidik dengan monomer lain (Achmadi, 2003). Kelima gugus ini bersifat reaktif dan polar, sehingga akan berikatan dengan gugus polar dari senyawa lain. Diharjo (2005) melaporkan bahwa ssifat commit to user



digilib.uns.ac.id

mekanis komposit dapat ditingkatkan dengan perlakuan alkalisasi serat sehingga dapat meningkatkan ikatan antara serat dan matrik polimer. 3. Inisiator Bensoil Peroksida Dalam proses reaksi polimerisasi secara reaktif diperlukan suatu inisiator untuk membentuk radikal bebas. Inisiator akan menyebabkan terbentuknya senyawa radikal yang akan mengganggu senyawa lain sehingga bersifat radikal pula. Benzoil peroksida (BPO) merupakan senyawa peroksida yang berfungsi sebagai inisiator dalam proses polimerisasi dan dalam pembentukan ikatan silang dari material polimer. Senyawa peroksida ini dapat digunakan sebagai pembentuk radikal bebas (Hesman,1974). Salah satu jenis inisiator yaitu benzoil peroksida (BPO) dengan rumus struktur C6H5COOOOCC6H5. Struktur Benzoyl Peroksida ditunjukkan pada Gambar 7. O C

O O

O

C

Gambar 7. Struktur benzoil peroksida Senyawa radikal akan menyerang polipropilena sehingga menghasilkan polipropilena radikal dan selanjutnya bereaksi dengan DVB membentuk biokomposit. Proses pembuatan biokomposit secara radikal akan melalui tiga tahap yaitu propagasi, inisiasi dan terminasi. Tahapan reaksi yang terjadi dapat digambarkan sebagai berikut: Inisiasi

Propagasi

:

:

Terminasi : Inisiator

BPO

ROOR

2 RO ●

ROOR

ROO● + R●

R● +M

RM●

RM● +M

RMM ●

M m● + Mn●

M (m+n)

akan

menginisiasi

masing-masing

senyawa

yang

mengakibatkan terbentuknya radikal pada masing-masing senyawa tersebut. commit to user Setelah terbentuk radikal, senyawa-senyawa tersebut akan bereaksi secara reaktif



digilib.uns.ac.id

berikatan dengan senyawa lainnya sehingga terbentuk biokomposit. Pembentukan radikal pada BPO, PP dan selulosa ditunjukkan pada Gambar 8.

O C 6H 5

O

C

OO

O

C

C6H5

2 C6H5

C

•

O

2 C6H5 + 2 CO2

•

(a) H H2 C

C CH3

n

+

•R

H2 C

- RH

•C CH3

n

(b)

(c) Gambar 8. Pembentukan radikal pada : (a) BPO (b) PP (c) selulosa (Carlsson, 2005) 4. Senyawa Penggandeng Asam Akrilat Pada pembuatan biokomposit, PP dengan serat kenaf tidak dapat berikatan karena perbedaan kepolaran gugus reaktif kedua senyawa tersebut. Agar kedua senyawa tersebut dapat berikatan diperlukan suatu senyawa yang memiliki dua atau lebih gugus reaktif yang berbeda sifat kepolaran. Senyawa tersebut disebut senyawa penggandeng multifungsional. Dalam proses reaksi polimerisasi, senyawa tersebut berfungsi memperbanyak penggabungan dua molekul atau lebih yang memiliki kepolaran berbeda.Contoh senyawa tersebut misalnya maleat anhidrida (MA), AA, MAPE (Maleic Anhydride modified Polypropylene) (Tajvidi et al., 2003).Suharty et al. (2010) melakukan pembuatan biokomposit PP dengan commit to user serat kenaf menggunakan senyawa penggandeng multifungsional asam akrilat.



digilib.uns.ac.id

Asam akrilat memiliki dua gugus fungsi reaktif yaitu gugus vinil (CH2=CH) dan gugus hidroksil darigugus karboksilat. Gugus vinil bersifat non polar yang dapat berikatan dengan gugus non polar molekul lain dan gugus polar dapat berikatan denagn selulosa melalui reaksi esterifikasi radikal bebas. Maka dari itu asam akrilat dapat digunakan sebagai senyawa penggandeng multifungsional yang dapat berikatan dengan polipropilena maupun dengan selulosa. Struktur asam akrilat dan pembentukan radikal asam akrilat ditunjukkan pada Gambar 9. O

gugus non polar

CH2 O

C H

2

C H

C

O H

+ R•

C H

C

gugus polar

OH

O

- ROH C H

•

2

H C

•

C

•

Gambar 9. (a) Struktur asam akrilat (b) Pembentukan radikal pada asam akrilat (Suharty et al., 2010) • 5. Senyawa Penyambung Silang Divinil Benzena Penambahan agen penyambung silang pada pembuatan biokomposit dapat meningkatkan kuattarik biokomposit (Suharty et al., 2009). Yang et al. (2007) melaporkan bahwa penambahan agen penyambung silang maleic anhydride polipropilen (MAPP) pada pembuatan komposit serbuk sekam padi dengan polipropilena dapat meningkatkan kekuatan tarik komposit. Suharty et al. (2008) melaporkan penggunaan DVB pada pembuatan biokomposit dari limbah polipropilena dengan bahan pengisi serbuk bambu dapat meningkatkan kekuatan tarik dan kemampuan biodegradasi biokomposit yang dihasilkan dibandingkan biokomposit tanpa penggunaan DVB. Gugus reaktif DVB terletak pada kedua gugus vinil dan inti aromatis. DVB dapat membentuk reaksi primer maupun sekunder pada gugus reaktifnya. Ikatan primer terbentuk pada gugus vinilcommit dengantosenyawa non polar lainnya, sedangkan user



digilib.uns.ac.id

ikatan sekunder atau ikatan hidrogen terbentuk antara awan π elektron dengan atom hidrogen bermuatan parsial positif (Hδ+). Ikatan primer dan sekunder akan memperbesar jaringan polimer sehingga polimer menjadi lebih keras, masif dan konsekuensinya dapat meningkatkan sifat mekanik (Suharty, 1993). Adapun struktur DVB dan pembentukan radikal pada DVB, ditunjukkan pada Gambar 10. CH2

CH

H2C

CH

CH2

H2 C

+ R●

CH2

CH2

(b)

(a)

Gambar 10. (a) Struktur DVB dan (b) Pembentukan radikal pada DVB (Suharty et al., 2010) 6. Fire Retardant Pembakaran merupakan suatu proses reaksi oksidasi cepat yang disertai pelepasan energi panas. Agar terjadi pembakaran diperlukan tiga komponen yaitu oksigen, bahan bakar, dan panas. Ketiga unsur tersebut disebut segitiga api.Reaksi pembakaran akan terhambat dan lambat laun akan berhenti jika salah satu (atau lebih) dari tiga komponen tersebut dihilangkan. Misalnya, menutup kompor yang terbakar dengan karung basah, sehingga aliran oksigen ke bahan bakar menjadi terhambat dan pembakaran terhenti (Hanafi, 2009). Reaksi pembakaran serta segitiga api dapat dilihat pada Gambar 11. Reaksi pembakaran :

CxHy

+ O2

CO2 + H2O

Bahan bakar

(a)

(b)

Gambar 11.(a) Reaksi pembakarandan (b) Segitiga api (Hanafi, 2009) Polimer dan serat alam merupakan material organik yang memiliki sifat mudah terbakar. Untuk menghambat terjadinya pembakaran pada biokomposit commit toFlame user retardant merupakan komponen perlu ditambahkan suatu flame retardant.



digilib.uns.ac.id

atau kombinasi komponen yang dapat menghambat pembakaran bila ditambahkan pada suatu substrat sehingga dihasilakan material yang memiliki kemampuan hambat bakar (Tesoro, 1976). Zhang et al. (2004) melakukan eksperimen untuk mengetahui efek ukuran partikel Mg(OH)2 yang ditambahkan ke dalam komposit karet terhadap kemampuan hambat nyala komposit dan dilaporkan bahwa dengan ukuran partikel yang lebih kecil memberikan sifat hambat nyala yang lebih baik. Liang et al. (2010) melakukan pembuatan komposit PP/Al(OH)3/Mg(OH)2 dengan menambahkan zink borate menghasilkan komposit dengan sifat hambat nyala yang meningkat dibandingkan komposit tanpa zink borate.Suharty et al. (2010) melakukan pembuatan biokomposit polipropilena dengan serat kenaf dengan menambahkan senyawa tahan bakar Mg(OH)2/Al(OH)3 serta H3BO3 diperoleh biokomposit dengan tingkat pembakaran berkurang 55%. Nida (2011) melakukan pembuatan biokomposit polipropilena dengan serat kenaf menggunakan senyawa pemadam nyala Al(OH)3 serta zat aditif pemadam nyala H3BO3diperoleh penurunan tingkat pembakaran 46,75 % dibanding biokomposit tanpa senyawa penghambat nyala. Hollingbery et al. (2010) melaporkan dekomposisi Mg(OH)2 terjadi pada suhu 300 -330 ◦C dengan melepaskan air. Mg(OH)2 MgO(s) + H2O(g)

ΔH = +1,45 kJ/g

Laotid et al. (2008) melaporkan dekomposisi endotermik Al(OH)3 terjadi antara suhu 180 °C – 200 °C dengan melepaskan air dan memebentuk aluminium oksida. 2Al(OH)3(s)

Al2O3(s) + 3H2O (g)

ΔH = +1,3 kJ/g

Sain et al. (2004) melaporkan reaksi tersebut memberikan pengaruh terhadap pembakaran polimer, yaitu: 1) Menyerap panas dari pembakaran, sehingga menurunkan temperatur pembakaran 2) Membentuk lapisan logam oksida (Al2O3) yang berfungsi sebagai penyekat dan melindungi lapisan polimer sehingga menghambat interaksi dengan O2 selama pembakaran

commit to user 3) Melepaskan H2O yang dapat menghambat O2 dalam pembentukan nyala



digilib.uns.ac.id

4) Menghasilkan arang/jelaga yang berfungsi menghambat nyala api dan pembentukan asap Laotid et al.(2008) melaporkan untuk meningkatkan kinerja penghambatan api yang tinggi dapat menggunakan sistem penghambat nyala api dengan melakukan kombinasi dari agen penghambat nyala api yang berbeda. Konsep ini dikenal dengan konsep sinergi formulasi komponen penghambat nyala api.Tujuannya ialah untuk meningkatkan kinerja dari campuran dua atau lebih senyawa penghambat nyala api. Misalnya, logam borat atau seng borat telah sering digunakan sebagai agen sinergis untuk hidroksida logam dalam matriks poliolefin. Sain et al. (2004) melaporkan efisiensi hambat nyala dari Mg(OH)2 dapat ditingkatkan dengan mengkombinasikan senyawa tahan api magnesium hidroksida dengan seng borat atau asam borat yang akan menghasilkan efek hambat nyala api yang sinergis. Formicola et al. (2009), melakukan percobaan terhadap sinergisitas seng borat dan aluminium hidroksida dihasilkan komposit yang ditambahkan seng borat memiliki ketahanan nyala lebih baik dibandingkan komposit dengan penambahan aluminium hidroksida saja. Asam borat berbentuk kristal tak berwarna atau bubuk putih dan larut dalam air. Memiliki berat molekul 61,83 gr/mol dengan densitas 1,435 g/cm3. Ketika dipanaskan di atas 170 °C terjadi dehidrasi, membentuk asam metaboric (HBO2): H3BO3 → HBO2 + H2O Asam borat meleleh pada suhu sekitar 236 ° C, dan ketika dipanaskan di atas sekitar 300 °C akan terjadi dehidrasi, membentuk asam tetraboric: 4HBO2 → H2B4O7 + H2O Pemanasan lebih lanjut menghasilkan boron trioksida dan air. H2B4O7 → 2 B2O3 + H2O Dekomposisi endotermikasam borat akan melepaskan air dan oksida boron (B2O3). B2O3 terbentuk pada suhu 350 °C dan mengarah pada pembentukan lapisan pelindung seperti kaca. Lapisan ini melindungi polimer dari panas dan oksigen. Dengan demikian pelepasan gas yang mudah terbakar berkurang (Laotid commit to user et al., 2008).



digilib.uns.ac.id

7. Biokomposit Komposit merupakan gabungan dua atau lebih material polimeryang memiliki sifat mekanik berbeda dan menghasilkan material baru yang memiliki sifat mekanik dan kharasteristik yang berbeda pula dari material pembentuknya (Taurista etal., 2006). Biokomposit merupakan suatu komposit yang dapat terdegradasi secara alami. Untuk mendapatkan suatu biokomposit dapat dilakukan dengan menggabungkan suatu polimer plastik yang berfungsi sebagai matriks dengan suatu serat alam sebagai bahan pengisi. Pembuatan biokomposit dapat dilakukan melalui proses polimerisasi reaktif (Suharty, 1993). Tahapan dalam proses polimerisasi dapat digambarkan sebagai berikut : Inisiasi

:

ROOR

2 RO •

ROOR

ROO • + R •

R•+M

RM •

Propagasi

:

RM • + M

Terminasi

:

RMx • + RMx+n •

RMM • M2x+n

Proses pembuatan biokomposit dapat dilakukan dengan metode lebur dan metode larutan. Metode lebur biasanya dilakukan dengan menggunakan internal mixer, dimana dua polimer dipanaskan hingga meleleh berbentuk sangat kental. Sedangkan pada metode larutan, polimer-polimer dilarutkan dalam suatu pelarut yang sesuai lalu diaduk. Kemudian master batches yang dihasilkan diuapkan untuk menghilangkan pelarutnya. Metode larutan ini biasanya dilakukan dalam skala kecil mengingat penggunaan pelarut dan prosedur penguapan (Dyson, 1998). Mengacu pada penelitian sebelumnya, pada penelitian ini akan digunakan pelarut xilena. Xylena merupakan senyawa hidrokarbon aromatik yang memiliki titik didih 138-144 ◦C . Jenis inisiator yang biasanya digunakan biasanya berasal dari senyawa azo dan peroksida. Pada penelitian ini digunakan inisiator peroksida. Suharty et al. (2007) telah membuat biokomposit dari polistirena daur ulang dengan bahan pengisi serbuk kayu kelapa dan serbuk kayu sengon dalam pelarut toluena, baik secara non reaktif maupun reaktif menggunakan inisiator BPO dihasilkan commit to user biokomposit yang diproses secara reaktif memiliki kekuatan tarik lebih baik



digilib.uns.ac.id

dibanding non reaktif. Bensoil peroksida (BPO) dengan rumus struktur C6H5COOOOCC6H5 yang memiliki dua jenis radikal kemudian akan menginisiasi senyawa lain sehingga terbentuk senyawa radikal baru (Seymor and Carraher, 1998) seperti ditunjukkan pada Gambar 12. O C 6H 5

O

O

C

OO

C

C6H5

2 C6H5

(R1•)

C

•

O

2 C6H5 + 2 CO2

•

(R2•)

(a) H H2 C

C CH3

n

+

•R

H2 C

- RH

•

C

CH3

n

(b)

(c) Gambar 12. Pembentukan radikal pada : (a) BPO (b) PP (c) selulosa (Seymor and Carraher, 1998) Suharty dkk. (2009) melakukan optimasi konsentrasi BPO dalam pembuatan biokomposit LPP/SK dan diperoleh biokomposit dengan sifat mekanik yang baik pada penggunaan BPO 0,05% berat total LPP/SK. Senyawa radikal R● akan menyerang polipropilena untuk membentuk polipropilena radikal aktif pada karbon tersier. Selanjutnya akan bereaksi dengan DVB. DVB memiliki dua gugus vinil yang bersifat non polar. Selanjutnya DVB akan berikatan dengan senyawa penggandeng multifungsional asam akrilat (AA). AA memiliki dua gugus fungsi reaktif yaitu gugus hidroksil dari suatu karboksilatyang bersifat polar dan gugus vinil (CH2=CH-) yang bersifat non polar sehingga dapat menyatukan senyawa hidrofilik dengan senyawa hidrofobik. Gugus polar dari asam akrilat selanjutnya commit to user akan berikatan dengan gugus polar dari selulosa melalui reaksi esterifikasi.



digilib.uns.ac.id

Adanya BPO akan menginisiasi terbentuknya radikal pada DVB dan AA, seperti ditunjukkan pada Gambar 13.

CH2

CH

H2C

CH

+R

CH2

CH2

•

H2 C CH2

(a)

O

O CH2

C H

C

OH

+R

•

CH2

(b)

H C ●

●C

Gambar13. Pembentukan radikal pada : (a) DVB (b) AA (Suharty et al., 2010) Beberapa kemungkinan ikatan yang terjadi pada pembentukan biokomposit LPP/DVB/AA/SK ditunjukkan pada Gambar 14. ~PP –AA –PP –AA~ PP+ AA

BPO

~ PP - PP -PP – PP~ ~ AA –AA –AA – AA~

~ PP – DVB – AA - Sel ~ ~ PP

PP ~

~ PP – DVB – PP ~ ~ PP PP+AA+ selulosa+DVB

BPO

PP ~

~ Sel – AA– DVB – AA – Sel ~

Gambar 14. Kemungkinan terjadinya ikatan pada pembentukan biokomposit commit to user (Nida, 2011)



digilib.uns.ac.id

8. Perlakuan Siklis Termal Sifat khas bahan polimer sangat berubah oleh perubahan temperatur. Hal ini disebabkan apabila temperatur berubah, pergerakan molekul karena termal akan mengubah kumpulan molekul atau merubah struktur. Keadaan tersebut akan mempengaruhi sifat mekanik dan kimia (Surdia, 1992). Salah satu sifat dari bahan polimer adalah kurang tahan terhadap panas. Komposit yang mengalami proses pemanasan dan pendinginan berulang dapat menimbulkan kelelahan panas (thermal fatigue) dan kerusakan sehingga menurunkan sifat mekanik dari komposit tersebut (Susanto, 2004). Pemanasan berulang-ulang (siklis termal) yaitu suatu perlakuan pemanasan yang dilakukan pada waktu tertentu dan suhu pemanasan tertentu secara berulang-ulang yang dipengaruhi oleh suhu berfluktuasi. Secara kimia, bila suatu senyawa terkena panas maka molekul-molekul dalam senyawa tersebut akan menyerap energi dari panas tersebut. Energi yang diserap

menimbulkan

pergerakan

molekul-molekul

yang

tidak

teratur.

Ketidakteraturan molekul akan mempengaruhi kekuatan ikatan antar molekul polimer sehingga dapat merubah struktur polimer dan mengakibatkan terjadinya degradasi polimer (Surdia, 1992). Masing-masing senyawa penyusun biokomposit memiliki koefisien muai dan koefisien susut yang berbeda-beda (Giancoli, 1985), sehingga pada proses pemanasan dan pendinginan berulang-ulang akan mengakibatkan pemuaian dan penyusutan sesuai dengan koefisien muai dan susutnya masing-masing Akibat dari pemuaian dan penyusutan tersebut mengakibatkan pemanjangan ikatan sehingga kekuatan ikatannya menurun (Ray, 2005). Pemanasan berulang menyebabkan penurunan kualitas material yang mempengaruhi sifat fisik dan mekanik glass-fiber reinforced concrete (GFRC) (Widyanto etal., 2004). Ju (2007) melakukan pemanasan berulang pada komposit bismaleimide (BMI)-serat karbon di bawah suhu distorsi bahan utama, diperoleh hasil semakin banyak pemanasan yang dilakukan mengakibatkan terjadinya keretakan yang lebih besar. Susanto (2004) melaporkan perlakuan 10 kali siklis commit to user termal pada GFRC dan RFRC dengan suhu di bawah suhu distorsi matriks utama



digilib.uns.ac.id

menimbulkan kelelahan panas (thermal fatigue) dan kerusakan sehingga menurunkan sifat mekanik dari komposit tersebut.

9. Karakterisasi biokomposit a. Uji Kekuatan Tarik Kuat tarik diukur dengan menarik spesimen polimer dengan gaya tertentu. Suatu spesimen dijepit pada kedua ujung tensometer dengan salah satu bagian dibuat tetap lalu diberi suatu gaya yang naik sedikit demi sedikit ke ujung lainnya sampai spesimen tersebut patah (Sopyan, 2001). Kuat tarik ditentukan berdasarkan metode ASTM-D 638 (ASTM, 1985). Bentuk spesimen uji kekuatan tarik ditunjukkan pada Gambar 15.

W

RO R

WO

G L

T

D LO

Keterangan : W (lebar) = 6 ± 0,25 mm

L (panjang) = 33 ± 1,30 mm

WO (lebar utuh) = 19 ± 0,75 mm

LO (panjang utuh) = 115 ± 4,5 mm

D (jarak pegangan) = 65 ± 2,5 mm

T (tebal) = 3,2 ± 0,4 mm

R (jari-jari kecil) = 14 ± 0,56 mm

RO (jari-jari besar) = 25± 1,00 mG

(panjang ukuran tempat tanda tes) = 25 ± 1,00 mm Gambar 15. Spesimen uji kekuatan tarik (ASTM, 1985) Kekuatan tarik dapat dihitung berdasarkan persamaan 1 : σ = F/A

...........................................................................

Keterangan : σ = Kekuatan tarik bahan atau stress (N/mm2) commit (N) to user F = Tegangan maksimum


(1)


digilib.uns.ac.id

A = Luas penampang (mm2) Suatu bahan yang dikenai beban akan mengalami regangan sampai mencapai titik tegangan maksimum hingga terjadi patahan. Untuk mengetahui besarnya regangan dapat dihitung menggunakan persamaan 2 sebagai berikut :

ε = ∆L

x 100 % .................................................................................. (2)

L0 Keterangan :

ε = regangan (%) ∆L = Pertambahan panjang atau elongation (mm) L0 = Panjang awal spesimen (mm) Hubungan antara tegangan dengan regangan, ditunjukkan pada persamaan 3: E = σ / ε ............................................................................................... (3) E disebut modulus Young atau modulus elastisitas b. Uji Impak Uji impak digunakan untuk mengetahui ketangguhan suatu material terhadap beban kejut sehingga dapat diketahui apakah suatu bahan uji rapuh atau kuat. Uji impak dilakukan berdasrakan ASTM D 6110 dengan cara meletakkan kedua ujung sampel dengan ukuran standar diletakkan pada penumpu, kemudian diberikan beban dinamis secara tiba-tiba dan cepat menuju sampel. Impaktor yang digunakan dalam bentuk pendulum yang diayunkan dari ketinggian (h) dengan massa (m). Untuk menghitung besarnya kekuatan impak dapat digunakan persamaan 4 : Is = Es / A

................................................................................... (4)

Keterangan : Is = Kekuatan Impak (J/m2) A = Luas penampang sampel (m2) d. Analisis Gugus Fungsi Dengan Spektroskopi Infra Merah Spektrofotometer FTIR (Faurier Transform Infrared Spectroscopy) merupakan suatu alat yang digunakan untuk identifikasi gugus fungsi suatu commit to user senyawa berdasarkan serapan tertentu yang dihasilkan oleh interaksi molekul



digilib.uns.ac.id

dengan radiasi elektromagnetik.Atom-atom yang dapat menyerap energi radiasi infra merah akan menyebabkan perubahan pada gerakan vibrasinya. Energi vibrasi sebanding dengan frekuensi vibrasi. Vibrasi ikatan kimia pada suatu molekul menyebabkan pita serapan hampir seluruhnya di daerah serapan IR 4000400 cm-1. Menurut Billmeyer (1991) spektra tersebut menunjukkan gugus-gugus fungsi yang terikat dalam struktur molekul. Ada beberapa daerah serapan dari gugus-gugus fungsi. Umumnya serapan C-H regangan aromatik berada pada daerah 3100-3000 cm–1. Serapan ikatan rangkap berada pada 1680-1580 cm–1 (C=C streching) dan sekitar 1416 cm– 1

(bending), selanjutnya ikatan rangkap pada cincin aromatik berada pada 1600-

1585 cm–1 (Silverstain, 1986). Gugus hidroksil memberikan serapan melebar (adanya ikatan hidrogen) pada 3550-3200 cm–1. Suharty et al. (2007) dalam penelitiannya melaporkan bahwa polipropilena (PP) memiliki serapan khas –CH2pada bilangan gelombang 2723 cm–1dan gugus metilen pada 1458 cm–1. Gugus karbonil keton memiliki daerah serapan pada bilangan gelombang 1718 cm–1 (Silverstain, 1986).

commit to user



digilib.uns.ac.id

B.

Kerangka Pemikiran

Polipropilena bersifat non polar yang mengalami reaksi radikal bebas dengan melepaskan atom hidrogen yang terikat pada karbon atom tersier sehingga terbentuk karbon tersier radikal sebagai pusat reaksi,ditunjukkan pada Gambar 16. pusat reaksi gugus non polar H PP

H2 C

reaksi radikal

C

PP

PP

C

CH3

C

PP

CH3

Gambar 16. Pembentukan pusat radikal pada PP Selulosa memiliki gugus polar yang berbentuk gugus hidroksil pada karbon ke 2, 3, 6 dan dua gugus >C-O pada ikatan glikosida antar monomernya. Reaksi radikal akan menghasilkan suatu gugus reaktif yang bersifat polar pada oksigen yang terikat karbon ke-1 sebagai pusat reaksi, yang ditunjukkan pada Gambar 17.

Gambar 17. Pembentukan pusat radikal pada selulosa commit to user



digilib.uns.ac.id

Adanya perbedaan kepolaran antara PP yang bersifat non polar dengan selulosa yang bersifat polar menyebabkan antara PP dan selulosa tidak dapat disatukan. Maka diperlukan suatu senyawa yang memiliki gugus polar dan gugus non polar dalam satu molekul. Senyawa ini disebut senyawa penggandeng multifungsional AA merupakan salah satu senyawa penggandeng multifungsional karena memiliki gugus vinil yang bersifat non polar dan gugus karboksilat yang bersifat polar. Pembentukan pusat radikal pada AA, ditunjukkan pada Gambar 18.

pusat reaksi gugus non polar

O H2C

C H

C

OH

reaksi radikal

CH2

O

CH

C

pusat reaksi gugus polar

Gambar 18. Pembentukan pusat radikal pada AA Gugus vinil dari AA yang bersifat non polar akan berikatan dengan gugus non polar dari PP yaitu pada karbon tersiernya sedangkan gugus polar dari AA akan berikatan dengan selulosa esterifikasi radikal pada gugus reaktifnya yaitu pada atom O yang terikat pada atom karbon nomor 1. Sintesis biokomposit dilakukan dengan penambahan agen penyambung silang untuk meningkatkan ikatan sambung silang sehingga jaringan yang terbentuk menjadi lebih besar dan biokomposit menjadi lebih masive. Agen penyambung silang yang digunakan dalam penelitian ini adalah DVB yang memiliki dua gugus vinil bersifat reaktif non polar dan awan elektron inti aromatis. Gugus vinil tersebut akan berikatan dengan gugus non polar baik dari polipropilena maupun dengan gugus non polar dari asam akrilat sedangkan awan elektron inti aromatis akan berikatan dengan atom hidrogen parsial positif membentuk ikatan hidrogen. Pembuatan biokomposit secara radikal akan menyebabkan terbentuknya radikal pada gugus vinil DVB, yang ditunjukkan pada Gambar 19.

commit to user



CH

digilib.uns.ac.id

CH2

H2C

reaksi radikal

CH2

H2 C

CH

CH2

CH2

Gambar 19. Pembentukan pusat radikal pada DVB

Biokomposit yang terbentuk adalah LPP/DVB/AA/selulosa dimana ikatan liniernya yang paling sederhana dapat digambarkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 20.

Gambar 20. Pembentukan ikatan yang paling sederhana pada biokomposit LPP/DVB/AA/SK Terjadinya ikatan antara LPP dengan bahan penguat selulosa akan meningkatkan sifat mekanik biokomposit dibandingkan bahan awalnya, untuk itu dilakukan karakterisasi kekuatan tarik dan kekuatan impak. Pembentukan ikatan baru pada biokomposit juga diamati menggunakan FTIR. Biokomposit

dengan

komposisi

optimum

terhadap

sifat

mekanik

ditingkatkan kemampuan hambat nyalanya commit to user dengan penambahan senyawa



digilib.uns.ac.id

penghambat nyala sehingga dihasilkan biokomposit dengan sifat mekanik yang baik, biodegradabel dan memiliki kemampuan hambat nyala yang baik. Terjadinya nyala disebabkan adanya bahan bakar, oksigen dan panas yang disebut dengan segitiga api. Untuk menghentikan nyala diperlukan senyawa yang dapat mengurangi kinerja sistem segitiga api. Senyawa penghambat nyala yang ditambahkan pada penelitian ini adalah Al(OH)3 dan Mg(OH)2 yang dapat terdekomposisi secara endotermik menjadi Al2O3 dan H2O serta MgO dan H2O. Asam borat (H3BO3) pada kondisi pemanasan lebih lanjut menghasilkan B2O3 dan H2O. Reaksi endotermik yang terjadi mampu menyerap panas dari area pembakaran, sehingga menurunkan temperatur pembakaran. Pembentukan logam oksida Al2O3danMgObertindak sebagai penyekat dan melindungi lapisan polimersehingga menghalangi interaksi dengan O2 selama pembakaran. Adanya H2O yang dapat mengurangi O2 yang merupakan komponen pembentuk nyala. Arang/jelaga yang dihasilkan berfungsi menghambat nyala api dan pembentukan asap. Perlakuan pemanasan dan pendingian berulang dapat mengganggu kestabilan tata ruang antar senyawa-senyawa pembentuk tersebut sehingga terjadi pemanjangan dan pemendekan ikatan. Pergerakan molekul karena panas akan mengubah kumpulan molekul sehingga kekuatan material menurun.

C. Hipotesis 1.

Semakin lama PP dipanaskan maka akanterjadi peningkatan karbonil indeks.

2.

Perlakuan pemanasan suhu 25 - 65 ◦C mempertimbangkan suhu distorsi PP dan sifat mekanik biokomposit pada perlakuan variasi suhu siklis termal.

3.

Perlakuan beberapa kali siklis pada biokomposit ATH/BA (F2), MDH/BA (F3), ATH/MDH/BA (F4) mengakibatkan penurunan sifat mekanik dibandingkan sebelum perlakuan siklis termal.

commit to user



digilib.uns.ac.id

BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Metodologi penelitian Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen dalam laboratorium. Penelitian meliputi empat tahap yaitu Tahap I preparasi LPP dan SK. Tahap II pembuatan biokomposit LPP/SK/AA/DVB dan biokomposit mengandung senyawa pemadam nyala dengan metode larutan. Tahap III yaitu perlakuan siklis termal dan uji termal. Tahap IV adalah pengujian sifat mekanik dan karakterisasi sifat kimia. B.Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Dasar Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret. Waktu penelitian dilakukan dari bulan Mei 2011 sampai Desember 2011. C. Alat dan Bahan yang digunakan 1. Alat a. Peralatan gelas b. Satu set alat refluks c. Oven vakum d. Pengaduk mekanik e. Neraca analitis f. Alat cetak tekan panas (hot press) g. Spektrofotometer Infra merah (FTIR) merk IR Prestige-21, Shimadzhu h. UTM (Universal Testing Machime) i. Ayakan 100 mesh 2. Bahan a. Limbah PP b. Serat kenaf c. Benzoil Peroksida p.a (Merck) d. Asam akrilat p.a (Merck) commit to user



digilib.uns.ac.id

e. Xilena p.a (Merck) f. Divinilbenzen p.a (Merck) g. Gas Nitrogen h. Magnesium hidroksida p.a (Merck) i. Aluminium hidroksida p.a (Merck) j. Asam borat p.a (Merck) D. Prosedur Kerja 1.

Preparasi Limbah Polipropilena (LPP)

Polipropilena dalam bentuk kemasan cup Air Minum Dalam Kemasan (AMDK) dengan merk sejenis dibuat dalam serpihan kecil berukuran 5 mm x 2 mm 0,1 mm. Kemudian dilakukan uji FT-IR dan kuat tarik terhadap matriks LPP. 2.

Preparasi Serat Kenaf (SK)

Serat kenaf dibersihkan dengan alkohol, kemudian dikeringkan. Serat kenaf yang sudah kering dihaluskan dengan mesin crashing sehingga diperoleh serat kenaf dengan ukuran partikel 100 mesh. dan dialkalisasi dengan cara merendam SK dalam larutan NaOH 4 % (b/v) pada suhu kamar selama 24 jam kemudian dicuci dengan akuades sampai netral. Pembuatan NaOH 4 % (b/v) dilakukan dengan melarutkan 4 g NaOH kedalam aquades kemudian diencerkan dengan aquades dalam labu ukur 100 mL. 3.

Sintesis Biokomposit proses larutan

Pembuatan biokomposit dilakukan dengan menggunakn metode larutan dengan berat total proses adalah 50 g. Sebanyak 40 g LPP dan BPO 0,033 g (0,05 % dari berat total), ke dalam 500 mL labu alas bulat yang dilengkapi dengan termometer, gas nitrogen dan pengaduk mekanik yang sudah berisi 400 mL xilena mendidih

dan

dibiarkan

hingga

LPP

meleleh

seluruhnya.

Selanjutnya

ditambahkan 10 g SK yang lolos ayakan 100 mesh (rasio berat LPP/SK= 4/1), AA 1,010 g (10 % dari SK) dan 0,0625 g DVB (5 % dari AA). Campuran direfluks dengan penangas berisi minyak pada suhu 135 ◦C selama 1 jam sehingga terbentuk biokomposit kemudiancommit dituangtokeuser dalam loyang dan dibiarkan semua



digilib.uns.ac.id

pelarut menguap dalam lemari asam sampai beratnya tetap. Campuran ini disebut Formula 1 yaitu LPP-DVB-AA-SK. Biokomposit yang terbentuk selanjutnya dilakukan uji FTIR dan dibuat spesimen untuk uji mekanik. 4. Sintesis biokomposit tahan api proses larutan Pembuatan biokomposit tahan api dilakukan dengan menggunakan metode larutan dengan penambahan senyawa penghambat api yaitu Al(OH)3, Mg(OH)2 dan zat additif H3BO3 dengan berat total proses adalah 50 g. Sebanyak 32,5 g LPP dan BPO 0,033 g (0,05% dari berat total), ke dalam ke dalam 500 mL labu alas bulat yang dilengkapi dengan termometer, gas nitrogen dan pengaduk mekanik yang sudah berisi 400 mL xilena mendidih dan dibiarkan hingga LPP meleleh seluruhnya. Selanjutnya ditambahkan 7,5 g SK yang lolos ayakan 100 mesh (rasio berat LPP/SK= 4/1), AA 1,010 g (10 % dari SK) dan 0,0625 g DVB (5 % dari AA). Kemudian dimasukkan senyawa pemadam nyala sesuai formula pada Tabel 1. Campuran direfluks dengan penangas berisi minyak pada suhu 135 ◦C selama 1 jam sehingga terbentuk biokomposit tahan api kemudian dituang ke dalam loyang dan dibiarkan semua pelarut menguap dalam lemari asam sampai beratnya tetap. Komposisi sintesis biokomposit dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1.Komposisi Sintesis Biokomposit Code

LPP

SK

BPO

AA

(% berat

(% berat

(% berat

total)

total)

total)

(% SK)

MDH

BA

DVB

ATH

(% AA)

(%

(% berat

(% berat

berat

total)

total)

total) F1

*)

80

20

0,05

10

5

-

-

-

F2

*)

65

15

0,05

10

5

20

-

5

F3

**)

65

15

0,05

10

5

-

20

5

F4

**)

65

15

0,05

10

5

5

15

5

Catatan : berat total adalah 50 gram Ket : ATH = Al(OH)3, MDH = Mg(OH)2, BA = H3BO3 *)

Nida (2011)

**)

Suharty et al. (2010) commit to user



digilib.uns.ac.id

5. Pembuatan Spesimen Poliblen sebanyak 10 g diletakkan dalam lempengan plat baja berukuran 15 x15 cm yang sebelumnya telah dilapisi dengan lembaran aluminium. Lempengan tersebut kemudian diletakkan diantara pemanas mesin cetak tekan yang dipanaskan pada suhu 180 ◦C selama 5 menit tanpa tekanan dan selanjutnya selama 12 menit pada suhu 180 ◦C dengan tekanan 90 kN . Kemudian kedua lempengan baja tersebut diambil dan didinginkan dengan air pendingin. 6. Uji Termal Uji termal dilakukan dengan cara melakukan pemanasan secara kontinyu ke dalam oven pada suhu 140 ◦C hingga dicapai waktu rapuh pada sampel PP murni dan LPP. 7.

Uji Siklis Termal

Uji siklis termal dilakukan dengan dua variasi penelitian yaitu variasi suhu pemanasan dan variasi jumLah pemanasan. Variasi suhu pemanasan dilakukan pada suhu 25, 35, 45, 55 dan 65◦C dengan jumLah pemanasan sepuluh kali. Proses tersebut dilakukan dengan cara memasukkan spesimen ke dalan oven selama 10 menit kemudian dikeluarkan dari oven selama 10 menit pula hingga mencapai jumLah pemanasan sepuluh kali. Kemudian dicari suhu optimum dari perlakuan variasi suhu pemanasan tersebut. Suhu optimum yang diperoleh digunakan untuk melakukan proses variasi jumLah pemanasan sebanyak 20, 30, 40, 50 dan 60 kali. Proses tersebut dilakukan dengan cara memasukkan spesimen ke dalam oven selama 10 menit kemudian dikeluarkan dari oven selama 10 menit hingga mencapai variasi jumLah pemanasan tersebut. 8.

Uji Mekanik

Uji mekanik terdiri dari uji kekuatan tarik dan kekuatan impak . Uji tarik dilakukan berdasarkan ASTM D-638, sesuai ketebalan sampel maka digunakan ukuran uji tarik tipe V. Kedua ujung sampel ditarik sampai putus menggunakan alat uji tarik (UTM) untuk mengetahui kekuatan material. Uji impak dilakukan berdasarkan ASTM D-6110, metode impak yang digunakan adalah metode commit to user



digilib.uns.ac.id

charpy. Sampel dilakukan pembebanan secara tiba-tiba dengan kecepatan tinggi untuk mengetahui ketangguhan material. E. Teknik Pengumpulan Data Biokomposit dari berbagai formula akan mendapatkan data dari pengujian, diantaranya : 1. Penentuan sifat mekanik meliputi kekuatan tarik, modulus young

yang

diukur dengan tensometer serta kekuatan impak. 2. Perubahan gugus fungsi pada PP murni, LPP dan biokomposit mengandung senyawa pemadam nyala sebelum maupun sesudah uji pemanasan siklis termal dan uji termal menggunakan spektrofotometer infra merah. F. Teknik Analisis Data Data-data dalam penelitian yang diperoleh dari beberapa pengujian dapat dianalisis, diantaranya: 1. Pada uji tarik menghasilkan data gaya maksimum dan regangan setelah dilakukan penarikan. Kuat tarik dapat diperoleh dengan menggunakan rumus σ =P A Keterangan : σ = Tegangan tarik maksimum (MPa) P = Gaya tarik maksimum (N) A = Luas penampang bahan (mm2) Semakin kuat suatu bahan maka tegangan tariknya akan semakin besar. Regangan (ε) adalah pertambahn panjang spesimen setelah uji terhadap oanjang spesimen awal. ε = ∆L x 100 % L0 Keterangan : ε = regangan (%)

∆L = L-L0

L0 =

panjang spesimen awal (mm)

L

panjang spesimen setelah diberikan beban hingga putus

=

(mm) commit to user



digilib.uns.ac.id

Modulus young (E) atau modulus elastisitas merupakan perbandingan antara kekuatan tarik dengan regangan. Suatu material fleksibel (ulet) mempunyai Modulus Young yang rendah. Modulus young dapat dihitung dengan rumus : E=σ ε Dimana

2.

: E =

Modulus Young (MPa)

σ

=

Kekuatan tarik (MPa)

ε

=

Elongation/Regangan (%)

Kekuatan Impak Kekuatan impak (Is) merupakan suatu kriteria penting untuk mengetahui

ketangguhan material dengan cara memberi beban secara tiba-tiba dengan kecepatan yang tinggi. Besarnya kekuatan impak dapat dihitung dengan rumus : menggunakan persamaan berikut: Is =

Es A

Dan besarnya energi serap dapat dihitung menggunakan persamaan berikut: Es = m.g.h.(cos β-cos α) Keterangan : Is

= kekuatan impak (J/mm2)

Es

= energi serap (J)

m

= massa pendulum (kg)

g

= percepatan gravitasi (m/s2)

h

= panjang pendulum (m)

A

= luas penampang (mm2)

β

= sudut yang dibentuk lengan pendulum setelah melewati keseimbangan

α

= sudut awal yang dibentuk lengan pendulum dengan sumbu vertikal

commit to user



3.

digilib.uns.ac.id

Karbonil indeks Penghitungan karbonil indeks dilakukan meunggunakan alat FTIR dengan

merck SHIMADZU IR Prestige-21. Tujuannya adalah untuk mengetahui terjadinya

degradasi pada material biokomposit maupun polimer. Untuk

menghitung karbonil indeks dapat dilakukan perhitu ngan sebagai berikut: Luas area C=O keton Luas CI = Luas area –CH2 dari PP

commit to user



digilib.uns.ac.id

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN A.

Pembuatan Biokomposit pada Komposisi Optimum

Biokomposit dengan dan tanpa senyawa penghambat nyala disintesis berdasarkan komposisi optimum dari research group sebelumnya dengan rasio LPP/SK = 4/1 sedangkan biokomposit cerdas memiliki komposisi optimum dengan penambahan 20 % senyawa penghambat nyala. Formulasi biokomposit optimum ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2. Formulasi Pembuatan Biokomposit dan Biokomposit Cerdas dengan 20 % senyawa Fire Retardant Al(OH)3 dan Mg(OH)2 komposisi optimum dengan H3BO3 No

F

1.

F0

2.

Rasio Fire Retardant % (w/w) ATH MDH BA

Komposit

LPP

F1

-

-

-

3.

F2

20

-

5

rPP/DVB/AA/SK/ATH/BA*)

4.

F3

-

20

5

rPP/DVB/AA/SK/MDH/BA **)

5.

F4

5

15

5

rPP/DVB/AA/SK/ATH/MDH/BA **)

*) **)

rPP/DVB/AA/SK*)

Nida (2011) Suharty et al. (2010) 1.

Analisis Gugus Fungsi Biokomposit

Analisis gugus pada spektra FTIR menunjukkan adanya perubahan serapan spesifik senyawa pembentuk dengan produk yang terjadi bila terjadi perubahan ikatan. Perubahan dan pergeseran gugus fungsi tersebut dipergunakan sebagai salah satu indikasi terjadinya perubahan ikatan kimia yang menunjukan perubahan struktur jaringan matrik polimer baru dalam sintesis biokomposit (Suharty dkk 2007 dan Suharty dkk 2009). Masing-masing gugus fungsi memiliki daerah serapan yang berbeda-beda. Berikut analisis gugus fungsi biokomposit, ditunjukkan pada Tabel 3. commit to user



digilib.uns.ac.id

Tabel 3. Karakterisasi gugus fungsi pada biokomposit Sampel LPP

SK KBr pelet

AA

DVB Al(OH)3 Mg(OH)2

Bilangan gelombang ( cm -1) 2723 3000-2840 1450 1365-1385 892-991 3550-3200 3650-3584 2926-853 1075-1020 1750-1718 3550-3200 3650-3584 1667-1640 3090 3008 1627 1600-1585 3618-3380 1101 1020

Gugus fungsi -CH2>CH-stretching CH2 - bending >CH -bending >CH -bending -OH ikatan hidrogen -OH bebas -CH2- stretching C-O-C C=O -OH ikatan hidrogen -OH bebas >C=C< (vinil) =CH- stretching >CH- (vinil) >C=CH2 (vinil) C=C (aromatik) O-H - stretching O-H - bending O-H - bending (Silverstein,1991)

Analisis gugus fungsi dilakukan pada biokomposit LPP/DVB/AA/SK (F1) yang ditunjukkan pada Gambar 23.

Gambar 23. Spektra FTIR : (a) LPP ; (b) SK ; (c) AA ; (d) DVB ; (e) Biokomposit LPP/DVB/AA/SK commit to user



digilib.uns.ac.id

Spektra Gambar 23 (a) LPP (b) SK (c) AA (d) DVB merupakan hasil penelitian dari research group sebelumnya yang digunakan sebagai data pembanding terhadap pembentukan biokomposit LPP/DVB/AA/SK pada Gambar 23e. Berdasarkan Gambar 23a menunjukkan bahwa sampel LPP dalam bentuk KBr pelet mempunyai daerah serapan pada 2723 cm-1 yang merupakan serapan dari gugus fungsi -CH2- dan merupakan serapan khas PP (Suharty, 2007a). Serapan pada daerah 2839 cm-1 mewakili gugus fungsi >CH-stretching, daerah serapan 1458 cm-1 menunjukkan adanya gugus metilen (-CH2-), gugus metil (CH3) ditunjukkan pada 1373 cm-1 dan puncak 972 cm-1 mengindikasikan serapan >CH- bending. Spektra FTIR dari serat kenaf (SK) dalam bentuk pellet KBr pada Gambar 23b mempunyai serapan yang khas pada 3410 cm-1 (broad) yang merupakan serapan dari gugus fungsi -OH ikatan hidrogen, serapan pada 2900 cm-1 adalah milik dari gugus fungsi –CH2-, serta adanya serapan pada puncak 1033 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus fungsi C-O-C. Spektra FTIR asam akrilat (AA) dalam bentuk neat liquid yang ditunjukkan oleh Gambar 23c menunjukkan adanya serapan yang kuat dan tajam pada 1728 cm-1 yang merupakan serapan khas untuk gugus fungsi >C=O (karbonil asam), selain itu juga terdapat serapan pada 3448 cm-1 (broad) yang menunjuk pada gugus fungsi – OH ikatan hidrogen, serta adanya gugus vinil (>C=CH2) yang ditunjukkan dengan serapan pada daerah 1635 cm-1. Hasil analisis spektra FTIR dari DVB dalam bentuk neat liquid yang ditunjukkan pada Gambar 23d memperlihatkan adanya CH (aromatik) yang ditunjukkan oleh serapan 3086 cm-1, selain itu adanya serapan pada 3008 cm-1 menunjukkan keberadaan C-H vinil. Serta terdapat serapan 1627 cm-1 yang merupakan gugus >C=CH2 (vinil) dan serapan pada 1597 cm-1 yang menunjukkan C=C aromatik atau terkonjugasi. Spektra FTIR pada gambar 23e yang merupakan spektra dari biokomposit Formula 1 (LPP/DVB/AA/SK) menunjukkan adanya serapan pada 2723 cm-1 dan merupakan puncak serapan yang kuat dan khas untuk gugus fungsi –CH2- yang berasal dari LPP. Dari Gambar 23e diketahui terjadi pergeseran bilangan commit to user gelombang dari 1728 cm-1 yang merupakan bilangan gugus fungsi >C=O untuk



digilib.uns.ac.id

karbonil asam pada AA (Gambar 23c) menjadi 1732 cm-1 yang merupakan daerah serapan untuk karbonil ester. Hal ini memberikan informasi bahwa spektra FTIR yang diperoleh baik pada biokomposit menunjukkan terbentuknya ikatan secara esterifikasi radikal yaitu ikatan antara PP dengan selulosa, dimana selulosa terikat pada sisi polar AA yang juga terikat pada PP. Reaksi yang terjadi antara SK dengan AA tersebut sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Suharty, dkk (2008), melaporkan bahwa selulosa dari serat alam dapat berikatan dengan AA secara esterifikasi. Hal tersebut diperkuat dengan hilangnya gugus fungsi vinil (>C=C<) dari AA pada serapan 1635 cm-1 (Gambar 23c) yang menunjukkan gugus vinil AA berinteraksi dengan metin pada LPP melalui reaksi reaktif. Berdasarkan spektra FTIR biokomposit Formula 1 diketahui hilangnya serapan pada 1627 cm-1 yang merupakan serapan vinil DVB (Gambar 23d) yang menunjukkan terjadi reaksi reaktif antara vinil DVB dengan gugus vinil AA. Analisis gugus fungsi pada biokomposit tersebut menunjukkan terjadinya pergeseran dan perubahan gugus fungsi dari bahan awal. Hal ini sesuai dengan Suharty, dkk (2007), melaporkan bahwa pergeseran dan perubahan gugus fungsi pada sintesis biokomposit menunjukkan terjadinya perubahan ikatan kimia yang sekaligus menunjukkan perubahan struktur jaringan matrik polimer baru dalam sintesis biokomposit. 2.

Analisis Gugus Fungsi Biokomposit dengan Pemadam Nyala

Karakterisasi biokomposit mengandung senyawa pemadam nyala dilakukan pada biokomposit LPP/DVB/AA/SK/Mg(OH)2/Al(OH)3, ditunjukkan Gambar 24.

Gambar 24. Spektra FTIR daricommit (a) Mg(OH) to user 2 (b) Al(OH)3 (c) Biokomposit LPP/DVB/AA/SK (d) LPP/DVB/AA/SK/Al(OH)3/Mg(OH)2



digilib.uns.ac.id

Pada Gambar 24 (a) Mg(OH)2 (b) Al(OH)3 merupakan spektra dari research group sebelumnya yang digunakan sebagai data pembanding terhadap pembentukan biokomposit LPP/DVB/AA/SK/Al(OH)3/Mg(OH)2. Berdasarkan spektra

FTIR

dari

biokomposit

LPP/DVB/AA/SK/Al(OH)3/Mg(OH)2

menunjukkan bahwa pada daerah serapan 3525 cm-1 merupakan gugus O-H stretching, dan serapan pada 1101 cm-1 merupakan serapan O-H bending yang dimungkinkan adalah serapan khas dari senyawa Al(OH)3. Serapan 1020 cm-1 merupakan serapan O-H bending yang dimungkinkan adalah serapan dari senyawa Mg(OH)2. Dari hasil analisis diketahui tidak teramati adanya pergeseran bilangan gelombang pada spektra FTIR biokomposit tersebut terhadap biokomposit awal LPP/DVB/AA/SK. Hal ini menunjukkan bahwa tidak teramati adanya ikatan primer antara senyawa penyusun biokomposit dengan senyawa penghambat nyala Al(OH)3. Berdasarkan studi literatur pada Ismail (2010) yang melakukan pembuatan komposit dengan penambahan clay diketahui bahwa gugus O-H dari Al(OH)3 dapat membentuk ikatan sekunder yang berupa ikatan hidrogen dengan gugus polar lainnya. Hal ini memungkinkan terjadinya ikatan hidrogen pada biokomposit yaitu antara O-H dari Al(OH)3 dengan gugus karboksil dari selulosa yang merupakan ikatan sekunder sehingga keberadaan ikatan tersebut sulit diidentifikasi dengan instrumen FTIR. B. Uji Termal (Thermal Aging) Uji termal dilakukan dengan pemanasan pada 140 ◦C secara kontinyu pada LPP dan PP murni hingga dicapai waktu rapuh atau embrittlement time (ET) pada masing-masing sampel, ditunjukkan pada Tabel 4. Perubahan secara fisik sebelum dan setelah uji termal dapat dilihat pada Gambar 25. Tabel 4. Waktu rapuh pada uji termal terhadap PP murni dan LPP Formula

Waktu (t), jam 0 PP murni 1 2 0 LPP 50 Keterangan : x (belum rapuh) ; √ (sudah rapuh) commit to user

ET x x √ x √



(a)

digilib.uns.ac.id

(b)

Gambar 25. (a) PP murni, (b) Limbah PP setelah dicapai waktu rapuh pada uji termal suhu 140 ◦C Uji termal dilakukan untuk mengetahui sifat ketahanan terhadap panas material pembentuk biokomposit antara PP murni dengan LPP hingga dicapai waktu rapuh (embrittle time) pada masing-masing material. Perlakuan uji termal pemanasan pada suhu 140 ◦C secara kontinyu terhadap PP murni dicapai waktu rapuh 2 jam. Hal tersebut sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan Suharty (1993). Pada LPP dicapai waktu rapuh hingga 50 jam. LPP memiliki waktu rapuh yang lebih lama dibandingkan waktu rapuh PP murni.Hal tersebut disebabkan LPP merupakan limbah akhir kemasan yang telah mendapatkan perlakuan pabrikasi seperti penambahan zat aditif anti oksidan sehingga mampu menahan panas lebih baik dibandingkan PP murni. Perlakuan pemanasan akan menyebabkan oksidasi yang mengakibatkan kerusakan pada material. Hal tersebut dapat diketahui menggunakan karakterisasi FTIR dengan munculnya karbonil keton pada daerah serapan 1718 yang disebabkan material polimer mengalami reaksi Norrish akibat oksidasi sehingga menghasilkan senyawa keton. Semakin teroksidasi maka material akan mengalami peningkatan karbonil indeks. Peningkatan luas karbonil dapat diketahui dengan menghitung nilai karbonil indeks yang dapat diperoleh dengan cara membandingkan luas area dari karbonil keton pada daerah 1718 keton terhadap –CH2- dari PP di daerah 2723 cm-1. Faktor termal atau panas sangat mempengaruhi terjadinya proses degradasi. Panas diserap oleh bahan dalam bentuk energi. Jika energi yang diserap sangat tinggi dan berlangsung lama secara commit to user



digilib.uns.ac.id

kontinyu dapat mengakibatkan terputusnya ikatan dalam molekulnya (Mashuri, 2006). Berikut analisa gugus karbonil keton yang terbentuk akibat uji termal pada suhu 140 ◦C terhadap PP murni dan LPP yang ditunjukkan pada Gambar 26 dan Gambar 27. 1.

Spektra IR PP murni

Gambar 26. Spektra FTIR PP murni pada perlakuan uji termal Pada Gambar 26 menunjukkan bahwa sebelum uji termal tidak ada pembentukan karbonil gugus karbonil. Pada pemanasan t = 1 jam belum dicapai waktu rapuh tetapi telah terjadi pembentukan gugus karbonil keton. Hal tersebut menunjukkan bahwa telah terjadi oksidasi namun belum mengakibatkan kerapuhan. Kemudian saat mencapai waktu rapuh yaitu t = 2 jam, terjadi peningkatan gugus karbonil lebih besar dibandingkan pada t = 1 jam. Uji termal pada PP hingga dicapai waktu rapuh pada t = 2 jam mengakibatkan peningkatan karbonil indeks pada PP murni sebesar 12,39 % dibandingkan dengan sebelum perlakuan uji termal. 2.

Spektra IR LPP

commit to user Gambar 27. Spektra IR LPP pada perlakuan uji termal



digilib.uns.ac.id

Pada Gambar 27 menunjukkan bahwa sebelum dilakukan uji termal terhadap LPP tidak teramati adanya gugus karbonil pada daerah serapan 1718. Namun saat LPP mencapai waktu rapuh yaitu t = 50 jam mangakibatkan pembentukan gugus karbonil keton pada daerah serapan 1718. Terbentuknya gugus karbonil keton menunjukkan telah terjadi degradasi/kerusakan pada material LPP karena telah mengalami reaksi Norrish. Perlakuan uji termal pada LPP hingga dicapai waktu rapuh 50 jam mengakibatkan peningkatan karbonil indeks sebesar 2,75%. Persentase peningkatan karbonil indeks yang terjadi pada LPP lebih kecil dibandingkan peningkatan karbonil indeks pada PP murni. Hal tersebut menunjukkan bahwa material LPP memiliki ketahanan panas yang lebih baik dibandingkan dengan PP murni. Persentase peningkatan karbonil indeks pada PP murni dan LPP ditunjukkan pada Gambar 28. 12,39 %

15%

15% 10%

9,21%

10%

2,75 %

5%

5% 0%

Karbonil Indeks LPP Persentase karbonil indeks

Persentase karbonil indeks

Karbonil Indeks PP murni

0%

0

0%

1

2

Waktu pemanasan (jam)

0%

0

50

Waktu pemanasan (jam)

(a) (b) Gambar 28. Persentase peningkatan karbonil indeks pada setelah uji termal (a) PP murni dan (b) LPP C.

Uji Siklis termal

1.Variasi Suhu Siklis Termal Penurunan kekuatan tarik biokomposit akibat perlakuan variasi suhu siklis termal, ditunjukkan pada Gambar 29.

commit to user



digilib.uns.ac.id

Kekuatan Tarik (TS) F0

35

F1

F2

F4

Jumlah pemanasan 10 kali

30

25 15

25

35

45

55

65

75

Suhu pemanasan,◦C

F0

35

Kekuatan Tarik ,MPa

Kekuatan Tarik ,MPa

a.

F1

F3

F4


30

25 15

25

35

45

55

65

75

Suhu pemanasan,◦C

Gambar 29. Grafik nilai TS biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi suhu pemanasan Perlakuan variasi siklis termal selain menurunkan kekuatan tarik, juga menurunkan nilai MY. Penurunan MY pada masing-masing biokomposit dapat dilihat pada Gambar 30, sedangkan penurunan kekuatan impak dapat dilihat pada Gambar 31. Modulus Young (MY) F1 F4


0,8

Modulus Young, GPa

F0 F2

Modulus Young (GPa)

b.

F0

1

F1


0,7

0,4

0,4

15

25

35

45

55

65

75

Suhu pemanasan, ◦C

Gambar 30.

15

25

35

45

55

65

75

Suhu pemanasan, ◦C

Grafik MY biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi suhu pemanasan

commit to user



digilib.uns.ac.id

Kekuatan Impak (IT) F0

Kekuatan Impak (J/mm2)

0,016

F1

F2

F4


F0

0,016


c.

F1

F3

F4


0,012

0,012

0,008

0,008 15

25 35 45 55 65 Suhu pemanasan (◦C)

75

15

25 35 45 55 65 Suhu pemanasan (◦C)

75

Gambar 31. Grafik IT biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi suhu pemanasan Penentuan suhu optimum untuk perlakuan siklis termal berdasarkan suhu distorsi PP dan sifat mekanik biokomposit pada uji variasi suhu siklis termal. PP memiliki suhu distorsi 52 – 60 ◦C. Suhu distorsi adalah suhu saat material mengalami defleksi 0,25 mm saat diberi beban 1,8 MPa sehingga pemilihan suhu untuk perlakuan siklis termal tidak boleh melebihi suhu distorsi (Billmeyer, 1994). Perlakuan siklis termal hingga suhu 45 ◦C mengakibatkan penurunan TS pada F2, F3 ddan F4 masing-masing sebesar 0,44 ; 0,33 dan 0,072 % dibandingkan sebelum siklis termal. Dan perlakuan variasi suhu siklis termal hingga suhu 55 ◦C mengakibatkan penurunan TS masing-masing sebesar 0,96; 0,57 dan 0,51 %. Pada uji MY perlakuan hingga 45 ◦C mengakibatkan penurunan masing-masing sebesar 0,66; 0,62 dan 0,57 % sedangkan perlakuan variasi suhu siklis termal hingga 55 ◦C mengakibatkan penurunan MY masing-masing sebesar 1,32; 0,99 dan 0,93 %. Pada perlakuan hingga suhu 45 ◦C

mengakibatkan

penurunan kekuatan impak masing-masing sebesar 2,22; 1,3 dan 0,85 %. Dan pada perlakuan hingga suhu 55 ◦C mengakibatkan penurunan sebesar 5,2; 2,43 dan 1,54 %. Penurunan pada suhu 45 ◦C relatif kecil dan pada suhu tersebut masih berada di bawah suhu distorsi sehingga suhu 45 ◦C merupakan suhu optimum perlakuan siklis termal. Selain itu, pemilihan suhu optimum siklis termal commit to user disesuaikan dengan suhu lingkungan material biokomposit digunakan. Material



digilib.uns.ac.id

biokomposit akan digunakan untuk komponen interior kendaraan yang tidak berada dekat mesin yang diperkirakan suhunya tidak mencapai dari 40 ◦C. 2. Variasi Siklis Termal Perlakuan siklis termal hingga 60 kali pemanasan pada suhu 45 ◦C mengakibatkan penurunan kekuatan tarik biokomposit ditunjukkan pada Gambar 32.

Kekuatan Tarik, MPa

F1

F2

F4

Suhu pemanasan 45 ◦C

30 25 20 10

Gambar

20 30 40 50 60 70 Jumlah pemanasan, kali)

32.

Kekuatan Tarik (MPa)

F0

35

F0

35

F1

F3

F4


30 25 20 10

20 30 40 50 60 70 Jumlah pemanasan, kali

Grafik TS biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi siklis termal

Selain mengakibatkan penurunan kekuatan tarik, perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C juga mengakibatkan penurunan MY dan kekuatan impak, yang ditunjukkan pada Gambar 33 dan Gambar 34.

Modulus Young, Gpa

F1

F0


0,65

Modulus Young (Gpa)

F0

0,9

0,9

F1

F3

F4


0,65

0,4 10

20 30 40 50 60 Jumlah pemanasan, kali

Gambar 33.

70

0,4 10


Grafik MY biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi siklis termal

commit to user


F0

0,016

digilib.uns.ac.id

F1

F2

F4


0,011

0,006 10





F0 0,016

F1

F3

F4


0,011

0,006 10


Gambar 34. Grafik IT biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi siklis termal Perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C mengakibatkan penurunan kekuatan tarik biokomposit F0, F1, F2, F3 dan F4 masing-masing sebesar adalah 11,67 ; 7,41 ; 1,79; 0,91 dan 0,87% dibandingkan sebelum perlakuan siklis termal. Modulus Young memberi informasi tentang kekakuan material. Semakin tinggi nilai MY material maka material tersebut semakin kaku (Salmah et al., 2005). Bila material menjadi kaku maka akan mudah patah. Semakin banyak siklis termal yang dilakukan maka peregangan yang terjadi juga semakin meningkat akibatnya material mengalami peningkatan regangan (Ray, 2005). Perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C mengakibatkan penurunan MY pada biokomposit F0, F1, F2, F3 dan F4 masing-masing sebesar 12,13; 10,38; 3,7 ; 3,5 dan 2,88 %. Kekuatan impak memberikan informasi tentang ketangguhan material dengan cara memberi beban secara tiba-tiba dengan kecepatan yang tinggi. Semakin tinggi kuat ikatan maka ketangguhan impaknya juga semakin tinggi (Surdia dan Saito, 1992). Perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C mengakibatkan penurunan kekuatan impak pada biokomposit F0, F1, F2, F3 dan F4 masing-masing sebesar 0,41; 0,33; 0,32 ; 0,3 dan 0,22 %. Perlakuan siklis termal hingga 60 kali mengakibatkan penurunan kekuatan tarik pada biokomposit F3 lebih kecil dibandingkan dengan biokomposit F2. Pada biokomposit F3 mengandung senyawa pemadam nyala Mg(OH)2 dan zat aditif pemadam nyala H3BO3 sedangkan pada F2 mengandung senyawa pemadam nyala commit to user Al(OH)3 dan zat aditif pemadam nyala H3BO3. Hal tersebut menunjukkan bahwa



digilib.uns.ac.id

senyawa pemadam nyala Mg(OH)2 pada F3 memiliki ketahanan terhadap panas lebih baik dibandingkan senyawa pemadam nyala Al(OH)3 pada biokomposit F2. Hal tersebut sesuai yang dilaporkan oleh Sain et al. (2004), Hollingberry dan Hull (2010), Moghaddam et al. (1997) dan Laotid (2008) bahwa Mg(OH)2 memiliki kemampuan lebih baik dalam menghambat nyala dibandingkan Al(OH)3. Sedangkan pada F4 memiliki penurunan kekuatan tarik paling kecil terhadap perlakuan jumlah siklis dibandingkan dengan biokomposit lainnya. Hal tersebut menunjukkan bahwa senyawa penghambat nyala pada F4 dapat menyerap paling baik dikarenakan menggunakan sisitem kombinasi senyawa pemadam nyala yaitu Mg(OH)2 Al(OH)3 serta zat aditif penghambat nyala H3BO3 sehingga kinerja pengahambat nyala tersebut lebih optimal. Hal tersebut sesuai dengan Sain et al. (2004), Laotid et al. (2008) dan Formicola et al. (2009) bahwa penggunaan dua atau lebih senyawa penghambat nyala berbeda dan zat aditif penghambat nyala dapat memberikan efek hambat nyala api yang sinergis sehingga kinerja campuran penghambat nyala api lebih optimal. Stevens (2001) menyatakan umumnya kemampuan hambat nyala polimer dapat ditingkatkan dengan menambahkan bahan-bahan yang terurai sehingga dapat mengurangi nyala, mendinginkan sistem serta pembentukan jelaga sehingga dapat menghambat pembentukan nyala. Terjadinya penurunan kekuatan ikatan di dalam struktur biokomposit disebabkan karena adanya pemuaian dan penyusutan berulang-ulang. Seperti diketahui bahwa komposit yang terdiri dari beberapa senyawa penyusun mempunyai koefisien muai dan koefisien susut yang tidak sama (Giancoli, 1985), sehingga pada proses pemanasan dan pendinginan yang dilakukan akan mengakibatkan terjadinya pemanjangan dan pemendekan ikatan sehingga interaksi antara molekul-molekul menurun. Surdia (1992) menyatakan bahwa pergerakan molekul karena panas akan mengubah kumpulan molekul atau merubah struktur. Keadaan tersebut jelas akan mempengaruhi sifat mekanik dan kimia pada material. Hal ini direfleksikan dengan terjadinya penurunan sifat mekanik. Perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45◦C terhadap biokomposit commit to user berbagai formula tidak mengakibatkan kerapuhan pada biokomposit tersebut. Hal



digilib.uns.ac.id

ini menunjukkan bahwa biokomposit bersifat kuat dan tahan panas. Adapun gambar biokomposit sebelum dan sesudah perlakuan siklis termal ditunjukkan pada Gambar 35. Dan kondisi fisik berbagai biokomposit setelah perlakuan siklis termal variasi suhu dan jumlah siklis termal ditunjukkan pada Tabel 5. Tabel 5. Kondisi fisik dari berbagai biokomposit setelah perlakuan siklis termal variasi suhu dan jumlah siklis termal Variasi suhu siklis termal Suhu Siklis termal Formula (oC) 25 35 F0, F1, F2, 45 F3, F4 55 65 Variasi Jumlah siklis termal Jumlah siklis termal Formula (kali) 20 30 F0, F1, F2, 40 F3, F4 50 60 Keterangan: x (tidak rapuh)

(a)

Sifat fisik X X X X X Sifat fisik X X X X X

(b)

Gambar 35. (a) Biokomposit sebelum dilakukan perlakuan siklis termal dan (b) biokomposit setelah dilakukan perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C

commit to user



digilib.uns.ac.id

Analisa FTIR gugus karbonil keton pada biokomposit F4 dapat dilihat pada gambar 36.

Gambar 36 . Biokomposit F4 (LPP/DVB/AA/SK/Mg(OH)2/Al(OH)3/H3BO3) pada perlakuan 60 kali siklis termal Analisa gugus fungsi menggunakan FTIR pada biokomposit F4 dilakukan untuk mengetahui perubahan yang terjadi secara kimia akibat perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada biokomposit tersebut. Suharty (1993) melaporkan bahwa polimer yang teroksidasi akan mengalami reaksi Norrish yang direfleksikan dengan meningkatnya karbonil indeks seiring dengan meningkatnya intensitas pemanasan. Silverstain et al. (1991) menyatakan pada analisa FTIR karbonil keton terbentuk pada daerah serapan 1718. Dan dari hasil uji FTIR menunjukkan bahwa pembentukan gugus karbonil keton pada daerah serapan 1718 tidak teramati. Hal itu disebabkan pemanasan yang dilakukan hanya mencapai suhu 45 ◦C dengan 60 kali siklis, selain itu juga kombinasi senyawa pemadam nyala Al(OH)3, Mg(OH)2 serta aditif penghambat nyala H3BO3 pada biokomposit F4 mampu menyerap panas dengan baik sehingga mampu meningkatkan ketahanan biokomposit F4 terhadap panas.

commit to user



digilib.uns.ac.id

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A.

Kesimpulan

Dari hasil penelitian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1.

PP murni dan LPP dilakukan uji termal masing-masing mencapai waktu rapuh 2 dan 50 jam, dan mengalami peningkatan karbonil indeks masingmasing sebesar 12,39 dan 2,75 % dibandingkan sebelum pemanasan.

2.

Optimasi suhu pemanasan siklis termal berdasarkan pertimbangan suhu distorsi matriks PP dan sifat mekanik biokomposit pada perlakuan variasi suhu siklis termalyaitu 45 ◦C.

3.

Perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C pada biokomposit LPP/DVB/AA/SKmengandung pemadam nyala ATH/BA (F2), MDH/BA (F3), ATH/MDH/BA (F4) mengakibatkan penurunan TSpada biokomposit tersebut masing-masing sebesar 3,99; 0,91; 0,87% dibandingkan sebelum perlakuan siklis termal. B. Saran Berdasarkan hasil penelitian di atas perlu dilakukan tindak lanjut yang

disarankan sebagai berikut : 1.

Analisis degradasi panas menggunakan DTA

2.

Analisis morfologi menggunakan SEM

commit to user


PENGARUH PERLAKUAN SIKLIS TERMAL TERHADAP SIFAT BIOKOMPOSIT LPP-KENAF YANG MENGANDUNG PEMADAM NYALA Al(OH) 3, Mg(OH) 2 DAN H 3 BO 3

Recommend Documents