SINTESIS POLIBLEND ANTARA POLISTIREN DENGAN PATI TAPIOKA SERTA KARAKTERISASINYA
Skripsi
NURHIDAYATI NIM 10503054
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
SINTESIS POLIBLEND ANTARA POLISTIREN DENGAN PATI TAPIOKA SERTA KARAKTERISASINYA
(SYNTHESIS OF POLIBLEND POLYSTYRENE WITH TAPIOCA STARCH AND ITS CHARACTERIZATION)
Skripsi
NURHIDAYATI NIM 10503054
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
Abstract Polystyrene is one of the polymers which used as plastic. The microorganism’s lack of ability to destroy polystyrene will increase the quantity of plastic waste. One approach to decrease plastic waste is by preparation biodegradable polystyrene polyblends. In this research, polystyrene is modified by blending with tapioca starch. The process is done mechanically. Nitrated polystyrene was added into polyblends in order to increase the homogeneity of polyblends. Polyblends were characterized by functional group analysis, thermal analysis, mechanical analysis, degree of crystallinity and surface analysis. Functional group analysis showed that the interaction occurred between polystyrene and tapioca starch was physical interaction only. The decomposition temperature and tensile strength of polyblend had a tendency to decrease but the degree of crystallinity had a tendency to increase. The increase of starch composition in polyblends caused polyblends become less homogeneous. Polyblends added with nitrated polystyrene are more homogeneous than polyblends without nitrated polystyrene. However, it’s still need further research in order to know the biodegradability of polyblend. Keywords: polystyrene, tapioca starch, polyblend.
ii
Abstrak
Polistiren merupakan salah satu polimer yang digunakan sebagai bahan plastik. Ketidakmampuan mikroorganisme untuk mendegradasi polistiren akan menimbulkan peningkatan jumlah sampah plastik. Salah satu cara untuk mengurangi sampah plastik tersebut adalah melalui pembentukan poliblendnya yang dapat terbiodegradasi. Dalam penelitian ini dilakukan modifikasi polistiren melalui pembentukan poliblendnya dengan pati tapioka. Proses blending dilakukan melalui metode mekanik (pelelehan). Polistiren ternitrasi ditambahkan ke dalam campuran agar kompatibilitas antara polimer meningkat. Karakterisasi poliblend yang dilakukan meliputi analisis gugus fungsi, sifat termal, sifat mekanik, derajat kristalinitas, dan analisis permukaan. Hasil analisis gugus fungsi menunjukkan bahwa polistiren dan pati tapioka dalam poliblend berantaraksi secara fisik. Poliblend mengalami penurunan sifat termal dan sifat mekanik serta peningkatan derajat kristalinitas. Semakin besar komposisi pati dalam poliblend, poliblend yang terbentuk menjadi kurang homogen. Poliblend yang ditambahkan polistiren ternitrasi lebih homogen daripada poliblend yang tidak ditambahkan polistiren ternitrasi tetapi tetap mengalami penurunan sifat termal dan mekanik. Untuk mengetahui sifat biodegradabilitas poliblend yang dihasilkan perlu dilakukan penelitian lebih lanjut melalui analisis uji biodegradasi. Kata kunci: polistiren, pati tapioka, poliblend.
iii
Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung
Menerangkan bahwa Skripsi yang disusun oleh : Nama : Nurhidayati NIM
: 10503054
telah disetujui sebagai persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Kimia
Pada tanggal ……………………
Pembimbing
Dr. I Made Arcana
iv
Kita tidak bisa menjadi bijaksana dengan kebijaksanaan orang lain,tapi kita bisa berpengetahuan dengan pengetahuan orang lain... Gunakan pengetahuan dengan bertanggung jawab agar kita menjadi lebih bijak...
Kupersembahkan untuk abah, mama, dan adikku ana untuk segala hal yang tidak pernah cukup tertuang dalam untaian kata...
v
Ucapan Terima Kasih Puji serta syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT. yang tak pernah henti melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan pekerjaan Tugas Akhir
dan penulisan skripsi yang berjudul “Sintesis Poliblend antara Polistiren
dengan Pati Tapioka serta Karanterisasinya”. Penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dr. I Made Arcana sebagai dosen pembimbing yang telah banyak membantu dalam penyelesaian tugas akhir dan penulisan skripsi ini, 2. Keluargaku tercinta; abah, mama, dan ana; yang tak pernah lelah memberikan doa, selalu mengajarkan untuk terus berusaha tanpa lupa untuk bersyukur, 3. Keluarga besar Usman dan keluarga besar Toma, 4. Mas Indro yang selalu siap membantu menenangkan pikiran saat penulis panik dan hilang fokus, 5. Seluruh staf pengajar Program Studi Kimia ITB, 6. Seluruh staf karyawan Program Studi Kimia ITB terutama Bu Entin dan Pak Wahyo, 7. Sahabatku, Maghleb yang hadir dengan sms penyemangatnya, 8. Sahabat-sahabatku, Chandra, mbak Arti dan Q6-ers yang begitu ceria hingga sanggup menghilangkan penat, 9. Sahabat-sahabatku, Mpat, Nyeu nyeu, Rini, Adin, Mita, Naldo, Kocu. Hari – hari di ITB akan kurang warna tanpa kehadiran kalian... 10. Teman-teman se-lab: Alex, Titik, Ritsny, Felic, dan Adit yang siap lembur bersama penulis di lab, 11. Senior-senior di laboratorium Kimia Fisik Material, 12. Teman-teman Kimia 2003 yang selama ini menemani penulis melangkah di ITB, 13. HMK AMISCA yang telah memberikan banyak pelajaran berharga pada penulis, Seluruh pihak yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir dan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari sempurna, terdapat banyak
vi
kekurangan baik dari segi penyampaian maupun isi. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun sebagai bahan perbaikan bagi penulis. Selain itu, penulis ingin menyampaikan maaf apabila dalam penulisan skripsi ini terdapat kata-kata yang tidak proporsional. Semoga apa yang tertulis dalam skripsi ini bermanfaat bagi pembaca.
Bandung, September 2007
Penulis
vii
Daftar Isi ABSTRACT............................................................................................................................. ii ABSTRAK.............................................................................................................................. iii UCAPAN TERIMA KASIH................................................................................................... vi DAFTAR ISI......................................................................................................................... viii DAFTAR TABEL................................................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................. xii DAFTAR LAMPIRAN......................................................................................................... xiv 1
PENDAHULUAN.......................................................................................................... 1
1.1
Latar Belakang ............................................................................................................... 1
1.2
Tujuan ............................................................................................................................ 1
1.3
Ruang Lingkup Penelitian.............................................................................................. 1
2
TINJAUAN PUSTAKA................................................................................................. 3
2.1
Polimer ........................................................................................................................... 3
2.1.1 Polimerisasi .................................................................................................................... 4 2.1.2 Polimer alam dan polimer sintetik ................................................................................. 5 2.1.3 Plastik............................................................................................................................. 6 2.2
Polistiren ........................................................................................................................ 7
2.2.1 Struktur kimia dan morfologi......................................................................................... 8 2.2.2 Sifat ................................................................................................................................ 9 2.2.3 Sintesis ........................................................................................................................... 9 2.2.4 Kegunaan ..................................................................................................................... 11 2.3
Pati ............................................................................................................................... 11
2.3.1 Pati tapioka................................................................................................................... 13 2.4
Benzoil Peroksida......................................................................................................... 14
2.5
Poliblend ...................................................................................................................... 15
2.6
Karakterisasi................................................................................................................. 16
2.6.1 Analisis gugus fungsi dengan Fourier Transform Infra Red (FTIR) ........................... 16 2.6.2 Analisis termal ............................................................................................................. 17 2.6.3 Analisis sifat mekanik .................................................................................................. 17 2.6.4 Analisis derajat kristalinitas ......................................................................................... 19
viii
2.6.5 Analisis permukaan...................................................................................................... 19 3
METODOLOGI PENELITIAN................................................................................... 20
3.1
Peralatan dan Bahan..................................................................................................... 20
3.1.1 Peralatan....................................................................................................................... 20 3.1.2 Bahan ........................................................................................................................... 21 3.2
Tahapan Penelitian secara Keseluruhan ....................................................................... 21
3.3
Sintesis dan Pemurnian Polistiren ................................................................................ 22
3.4
Modifikasi Polistiren.................................................................................................... 23
3.5
Isolasi Pati Tapioka ...................................................................................................... 24
3.6
Blending ....................................................................................................................... 25
3.7
Karakterisasi Poliblend ................................................................................................ 26
3.7.1 Analisis gugus fungsi ................................................................................................... 26 3.7.2 Analisis termal ............................................................................................................. 26 3.7.3 Analisis sifat mekanik .................................................................................................. 26 3.7.4 Analisis derajat kristalinitas ......................................................................................... 27 3.7.5 Analisis permukaan...................................................................................................... 27 4
HASIL DAN PEMBAHASAN.................................................................................... 28
4.1
Sintesis dan Pemurnian Polistiren ................................................................................ 28
4.1.1 Analisis derajat kristalinitas ......................................................................................... 28 4.1.2 Analisis gugus fungsi ................................................................................................... 29 4.2
Modifikasi Polistiren.................................................................................................... 30
4.2.1 Analisis gugus fungsi ................................................................................................... 32 4.3
Isolasi Pati Tapioka ...................................................................................................... 33
4.3.1 Analisis gugus fungsi ................................................................................................... 33 4.4
Blending Polistiren dengan Pati Tapioka ..................................................................... 34
4.4.1 Analisis gugus fungsi ................................................................................................... 34 4.4.2 Analisis termal ............................................................................................................. 36 4.4.3 Sifat mekanik ............................................................................................................... 40 4.4.4 Analisis kristalinitas ..................................................................................................... 42 4.4.5 Analisis sifat permukaan .............................................................................................. 43 5
KESIMPULAN DAN SARAN.................................................................................... 46
5.1
Kesimpulan .................................................................................................................. 46
5.2
Saran............................................................................................................................. 46
ix
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................ 47 LAMPIRAN........................................................................................................................... 48
x
Daftar Tabel Tabel 2.1 Perbandingan polimerisasi reaksi bertahap dan reaksi rantai (Stevens, 2000) ........ 5 Tabel 2.2 Perbandingan karakteristik beberapa jenis pati...................................................... 13 Tabel 2.3 Teknik preparasi poliblend .................................................................................... 15 Tabel 3.1 Komposisi poliblend .............................................................................................. 26 Tabel 4.1 Data FTIR poliblend .............................................................................................. 35 Tabel 4.2 Suhu dekomposisi pati dan polistiren dalam poliblend.......................................... 39 Tabel 4.3 Persen kehilangan massa selama TGA .................................................................. 39 Tabel 4.4 Sifat mekanik ......................................................................................................... 40
xi
Daftar Gambar Gambar 2.1 Struktur polimer berdasarkan keteraturan rantai .................................................. 3 Gambar 2.2 Taktisitas polimer................................................................................................. 4 Gambar 2.3 Struktur beberapa jenis plastik ............................................................................. 6 Gambar 2.4 Struktur monomer stiren dan polistiren................................................................ 7 Gambar 2.5 Reaksi polimerisasi stiren .................................................................................... 8 Gambar 2.6 Taktisitas polistiren .............................................................................................. 8 Gambar 2.7 Mekanisme sintesis polistiren ............................................................................ 10 Gambar 2.8 Struktur amilosa ................................................................................................. 11 Gambar 2.9 (a) Ikatan glikosidik dalam amilosa, (b) Struktur helix amilosa ........................ 12 Gambar 2.10 Struktur amilopektin......................................................................................... 12 Gambar 2.11 Struktur benzoil peroksida ............................................................................... 14 Gambar 2.12 Kurva tegangan terhadap perpanjangan (Billmeyer, 1971).............................. 18 Gambar 3.1 Diagram alir keseluruhan tahap penelitian......................................................... 21 Gambar 3.2 Diagram alir sintesis dan pemurnian polistiren.................................................. 23 Gambar 3.3 Diagram alir isolasi pati tapioka......................................................................... 24 Gambar 3.4 Diagram alir blending ........................................................................................ 25 Gambar 4.1 Difraktogram XRD untuk polistiren hasil sintesis ............................................. 29 Gambar 4.2 Spektrum FTIR untuk polistiren hasil sintesis ................................................... 30 Gambar 4.3 Mekanisme nitrasi polistiren pada posisi orto.................................................... 31 Gambar 4.4 Mekanisme nitrasi polistiren pada posisi para ................................................... 31 Gambar 4.5 Spektrum FTIR untuk polistiren ternitrasi ......................................................... 32 Gambar 4.6 Spektrum FTIR untuk pati tapioka..................................................................... 33 Gambar 4.7 Spektrum FTIR untuk poliblend PS: Pati: PS ternitrasi komposisi 73:25:2 ...... 35 Gambar 4.8 Termogram TGA/DTA untuk polistiren hasil sintesis ....................................... 37 Gambar 4.9 Termogram TGA/DTA ...................................................................................... 38 Gambar 4.10 Kurva kuat putus poliblend dan polistiren ....................................................... 41 Gambar 4.11 Kurva perpanjangan poliblend dan polistiren .................................................. 41 Gambar 4.12 Difraktogram poliblend PS:Pati:PS ternitrasi dengan komposisi 88:10:2 ....... 42 Gambar 4.13 Difraktogram poliblend PS:Pati:PS ternitrasi dengan komposisi 73:25:2 ....... 42
xii
Gambar 4.14 Mikrograf a) polistiren, b) poliblend PS:Pati dengan komposisi 90:10, c) poliblend PS:Pati:PS ternitrasi dengan komposisi 88:10:2, d) poliblend PS:Pati:PS ternitrasi dengan komposisi 73:25:2 ............................................................................. 44
xiii
Daftar Lampiran Lampiran A Spektrum FTIR Poliblend.................................................................................. 48 Lampiran B Termogram TG /DTA........................................................................................ 50 Lampiran C Mikrograf Polistiren dan Poliblend.................................................................... 53 Lampiran D Data Uji Tarik (analisis mekanik)...................................................................... 57 Lampiran E Difraktogram Poliblend...................................................................................... 59 Lampiran F Penentuan Derajat Kristalinitas Poliblend.......................................................... 60
xiv
