Pengaruh Penambahan Nanokristal Selulosa Tandan Kosong Sawit (Elaeis guineens Jack) Terhadap Morfologi dan Sifat Mekanik Produk Lateks Karet Alam
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Karet alam (Hevea Brasiliensis) merupakan salah satu komoditi pertanian yang
memiliki peranan yang penting dalam perekonomian Indonesia. Karet alam pada
dasarnya tidak memiliki kekuatan tarik, modulus dan kekerasan yang merupakan sifat
mekanik terpenting yang diperlukan dalam bidang industri. Oleh sebab itu sangat
diperlukan penambahan bahan-bahan tertentu yang dapat meningkatkan karakteristik
agar karet alam ini dapat diproduksi menjadi produk yang lebih berguna (Termal et
al, 2005).
Dewasa ini, karet alam mulai menjadi pusat perhatian dalam dunia industri.
Hal ini disebabkan meningkatnya permintaan konsumen akan barang-barang dari
bahan baku karet. Karet alam merupakan bahan baku yang menghasilkan lebih dari
50.000 jenis barang. Dari keseluruhan produksi karet alam sebanyak 46% digunakan
dalam pembuatan ban dan selebihnya digunakan untuk pembuatan karet busa, sepatu,
dan jenis barang jadi lainnya (Setyamidjaja, 1995).
Tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis Jack) berasal dari Nigeria, Afrika
Barat. Namun, pada kenyataannya tanaman kelapa sawit dapat hidup subur di luar
daerah asalnya, termasuk Indonesia. Bahkan tanaman kelapa sawit mampu
memberikan hasil produksi per hektar yang lebih tinggi. Di Indonesia tanaman kelapa
sawit memiliki arti penting bagi pembangunan perkebunan nasional. Selain mampu
menciptakan lapangan pekerjaan dan juga sebagai sumber devisa negara. Indonesia
merupakan salah satu produsen utama minyak sawit dengan luas areal kelapa sawit
terbesar di dunia yaitu 34,18% dari luas areal kelapa sawit dunia (Fauzi, 2012).
Universitas Sumatera Utara
Peningkatan luas lahan kelapa sawit yang diikuti dengan peningkatan jumlah
pabrik, juga diikuti oleh peningkatan kerusakan sumber daya alam maupun
lingkungan. Hal ini disebabkan meningkatnya bobot limbah pengolahan kelapa
dibuang (Widhiastuti, 2001). Menurut Fauzi (2012), limbah yang dihasilkan kelapa
sawit cukup beranekaragam dan besar jumlahnya. Salah satu limbah padat industri
kelapa sawit adalah Tandan Kosong Sawit. Tandan kosong sawit (TKS) merupakan
limbah padat yang diperoleh dari proses pengolahan tandan buah sawit (TBS) dengan
jumlah 22-23% TBS. TKS mengandung 45,59% selulosa, 22,84% hemiselulosa, 16%
lignin, 1,23% abu, 0,53% nitrogen dan 2,41% minyak (Darnoko, 1992).
Selulosa merupakan polimer glukosa dengan ikatan β-1,4 glukosida dalam
rantai lurus. Bangun dasar selulosa berupa suatu selobiosa yaitu dimer dari glukosa.
Rantai panjang selulosa terhubung secara bersama melalui ikatan hidrogen dan gaya
van der Waals. Kandungan selulosa yang tinggi dan sifat keras dari TKS
menjadikannya sesuai untuk pembuatan komposit (Shinoj, 2011). Nanoteknologi
adalah pemahaman dan penguasaan materi pada dimensi sekitar 0,2-100 nm yang
memungkinkan adanya aplikasi baru. Nanokristal selulosa (NKS) adalah nanopartikel
kristalin yang diperoleh dari selulosa yang dapat digunakan sebagai agen penguat
nanokomposit. Nanokomposit merupakan penggabungan antara matriks dan bahan
pengisi (filler) yang berukuran nanopartikel sebagai unsur-unsur penguatnya (Espert
et al, 2004).
Lateks karet alam juga mempunyai sifat fisika yang rendah bila dibandingkan
dengan lateks yang sudah diberi bahan tambahan seperti bahan pengisi. Bahan
pengisi ditambahkan ke dalam formulasi lateks karet alam untuk dapat meningkatkan
sifat fisika dari lateks karet alam sehingga dapat memberikan nilai ketegangan tensile
yang tinggi dan dapat digunakan untuk produksi bahan baku lateks (Baharin, 1993).
Universitas Sumatera Utara
Bras et al (2010) telah melakukan penelitian tentang penggunaan nanokristal
selulosa yang diisolasi dari ampas tebu sebagai bahan pengisi dalam pembuatan
lembaran nanokomposit karet, dimana lembaran nanokomposit karet yang dihasilkan
menunjukkan bahwa penambahan nanokristal selulosa ke dalam kompon lateks dapat
meningkatkan kekuatan tarik, kemuluran dan modulus Young’s masing-masing 4,7
MPa, 0,65% dan 6,3 MPa.
Harahap (2010) juga telah melakukan penelitian tentang penggunaan tepung
kulit pisang sebagai filler dalam pembuatan lembaran lateks alam, dimana dihasilkan
lembaran nanokomposit karet dengan pengisi 5 g dan 10 g memiliki sifat mekanik
yang baik. Sifat-sifat yang diperoleh menunjukkan kekuatan tarik, perpanjangan
putus menurun dengan bertambahnya massa bahan pengisi, sedangkan modulus
Young’s meningkat dengan bertambahnya massa bahan pengisi
Bahan pengisi yang ditambahkan ke dalam lateks karet alam dapat
meningkatkan vulkanisat karet alam sehingga kekuatan tarik dan sifat mekanikal
lainnya meningkat (William, 2008). Setiap jenis bahan pengisi memberikan sifat-sifat
tertentu sebagai akibat dari permukaan kimianya yang spesifik. Bahan pengisi dengan
ukuran nanopartikel mampu meningkatkan nilai penguatan polimer dibandingkan
dengan bahan pengisi yang berukuran besar (Leblanc, 2002).
Dari uraian di atas, peneliti tertarik untuk membuat lembaran nanokomposit
berbasis lateks yang diperkuat oleh nanokristal selulosa yang diisolasi dari TKS dan
dihidrolisis menggunakan H 2 SO 4 48,84% dan selanjutnya nanokristal selulosa yang
diperoleh didispersikan terdahulu sebelum ditambahkan ke dalam kompon lateks dan
kemudian dicetak dengan menuangkan kompon lateks ke dalam cetakan dan
divulkanisasi pada suhu 120oC selama 30 menit.
Universitas Sumatera Utara
1.2 Permasalahan
Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah :
1.
Bagaimana mengisolasi α-selulosa dan NKS dari tandan kosong sawit (TKS)
2.
Bagaimana morfologi dari produk lateks karet alam dengan bahan pengisi
NKS dan tanpa bahan pengisi.
3.
Bagaimana sifat-sifat mekanik dari lembaran produk lateks alam yang
diperkuat NKS
1.3 Pembatasan Masalah
Pada penelitian ini pembatasan masalah adalah sebagai berikut :
1.
Limbah tandan kosong sawit yang digunakan diperoleh dari Pabrik Kelapa
Sawit PTPN 2 Kebun sawit Seberang, Kabupaten Langkat.
2.
Isolasi nanokristal selulosa dari α-selulosa dilakukan dengan cara hidrolisis
asam, dengan menggunakan asam sulfat 48,84%.
3.
Pencetakan film dengan menggunakan teknik pencetakan dengan variasi berat
NKS yaitu 0 phr, 0,6 phr, 1,2 phr, 1,8 phr, 2,4 phr dan 3,0 phr
4.
Sifat mekanik yang diamati yaitu, kekuatan tarik, kemuluran, modulus
Young’s, serta analisa morfologi permukaan.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk mengisolasi α-selulosa dan NKS dari tandan kosong sawit (TKS).
2. Untuk mengetahui morfologi dari produk lateks karet alam dengan bahan
pengisi NKS dan tanpa bahan pengisi.
3. Untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dari lembaran produk lateks alam yang
diperkuat NKS
Universitas Sumatera Utara
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang bahan pengisi
pada nanokomposit sehingga menghasilkan lembaran nanokomposit yang memiliki
sifat fisika dan mekanik yang lebih baik dengan menggunakan NKS yang diisolasi
dari α-selulosa yang berasal dari limbah TKS yang lebih bermanfaat dan bernilai jual
tinggi serta mengubah cara pandang dalam mengatasi limbah kelapa sawit sehingga
menghasilkan nanokomposit yang merupakan material yang menjanjikan di masa
mendatang.
1.6 Lokasi penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar FMIPA USU Medan,
Laboratorium penelitian Fakultas Farmasi USU Medan, Laboratorium TEM Jurusan
Kimia UGM Yogyakarta, Laboratorium Terpadu USU Medan, PT Industri Karet
Nusantara Tanjung Morawa, Laboratorium Polimer Jurusan Teknik Kimia Fakultas
Teknik USU Medan, Pusat Laboratorium Forensik Mabes Polri (PUSLABFOR)
Jakarta.
1.7 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium yang dilakukan dalam 3 (tiga)
tahap :
1. Pada tahap ini adalah proses penyiapan serbuk TKS yang kemudian diisolasi untuk
mendapatkan α-selulosa. Karakterisasi yang digunakan yaitu analisa menggunakan
Transform-Infra Red (FT-IR)
Universitas Sumatera Utara
2. Pada tahap ini adalah proses isolasi nanokristal selulosa dengan hidrolisis asam
dengan
menggunakan
H 2 SO 4
48,84%,
kemudian
disentrifugasi
untuk
menghilangkan amorf, dan kemudian didialis sehingga diperoleh bentuk kristalnya.
Karakterisasi yang digunakan adalah analisa menggunakan Transmisi Elektron
Microscopy (TEM), dan analisa gugus fungsi menggunakan Transform-Infra Red
(FT-IR)
3. Pada tahap ini adalah pembuatan lembaran nanokomposit berbasis lateks dengan
bahan pengisi nanokristal selulosa yaitu dengan cara :
a.
Pembuatan kompon untuk proses vulkanisasi yang berupa campuran (lateks
HA 60%, KOH 10%, sulfur 50%, nanokristal selulosa, wingstay 50%, ZnO
60%, dan ZDBC 50%), yang disebut dengan formulasi lateks.
-
Formulasi lateks dipanaskan pada suhu 700C dalam roller speed
-
Penentuan tahap pematangan dengan mengunakan bilangan khlorofom.
b.
Pembuatan lembaran lateks alam dengan menggunakan plat baja sebagai plat
pencetak, dengan menuangkan kompon yang telah mengalami vulkanisasi
dan masturasi selama 24 jam ke dalam plat pencetak.
c.
Plat pencetak tersebut kemudian di vulkanisasi pada suhu 1200C selama 30
menit.
d.
Produk lateks alam yang dihasilkan kemudian dikarakterisasi.
Variabel-variabel yang digunakan adalah :
-Variabel tetap :
Berat serbuk TKS (gram)
Berat α-selulosa (gram)
Konsentrasi H 2 SO 4 (%)
Volume (mL)
Suhu (0C)
Waktu (menit)
Berat Lateks pekat (gram)
Konsentrasi bahan kompon (%)
Universitas Sumatera Utara
-Variabel bebas :
Berat NKS (gram)
-Variabel terikat
Spektrum Inframerah
Ukuran partikel
Morfologi
Kekuatan mekanik
Kemuluran
Modulus Young’s
Swelling indeks
Nilai TSC
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Karet alam (Hevea Brasiliensis) merupakan salah satu komoditi pertanian yang
memiliki peranan yang penting dalam perekonomian Indonesia. Karet alam pada
dasarnya tidak memiliki kekuatan tarik, modulus dan kekerasan yang merupakan sifat
mekanik terpenting yang diperlukan dalam bidang industri. Oleh sebab itu sangat
diperlukan penambahan bahan-bahan tertentu yang dapat meningkatkan karakteristik
agar karet alam ini dapat diproduksi menjadi produk yang lebih berguna (Termal et
al, 2005).
Dewasa ini, karet alam mulai menjadi pusat perhatian dalam dunia industri.
Hal ini disebabkan meningkatnya permintaan konsumen akan barang-barang dari
bahan baku karet. Karet alam merupakan bahan baku yang menghasilkan lebih dari
50.000 jenis barang. Dari keseluruhan produksi karet alam sebanyak 46% digunakan
dalam pembuatan ban dan selebihnya digunakan untuk pembuatan karet busa, sepatu,
dan jenis barang jadi lainnya (Setyamidjaja, 1995).
Tanaman kelapa sawit (Elaeis guineensis Jack) berasal dari Nigeria, Afrika
Barat. Namun, pada kenyataannya tanaman kelapa sawit dapat hidup subur di luar
daerah asalnya, termasuk Indonesia. Bahkan tanaman kelapa sawit mampu
memberikan hasil produksi per hektar yang lebih tinggi. Di Indonesia tanaman kelapa
sawit memiliki arti penting bagi pembangunan perkebunan nasional. Selain mampu
menciptakan lapangan pekerjaan dan juga sebagai sumber devisa negara. Indonesia
merupakan salah satu produsen utama minyak sawit dengan luas areal kelapa sawit
terbesar di dunia yaitu 34,18% dari luas areal kelapa sawit dunia (Fauzi, 2012).
Universitas Sumatera Utara
Peningkatan luas lahan kelapa sawit yang diikuti dengan peningkatan jumlah
pabrik, juga diikuti oleh peningkatan kerusakan sumber daya alam maupun
lingkungan. Hal ini disebabkan meningkatnya bobot limbah pengolahan kelapa
dibuang (Widhiastuti, 2001). Menurut Fauzi (2012), limbah yang dihasilkan kelapa
sawit cukup beranekaragam dan besar jumlahnya. Salah satu limbah padat industri
kelapa sawit adalah Tandan Kosong Sawit. Tandan kosong sawit (TKS) merupakan
limbah padat yang diperoleh dari proses pengolahan tandan buah sawit (TBS) dengan
jumlah 22-23% TBS. TKS mengandung 45,59% selulosa, 22,84% hemiselulosa, 16%
lignin, 1,23% abu, 0,53% nitrogen dan 2,41% minyak (Darnoko, 1992).
Selulosa merupakan polimer glukosa dengan ikatan β-1,4 glukosida dalam
rantai lurus. Bangun dasar selulosa berupa suatu selobiosa yaitu dimer dari glukosa.
Rantai panjang selulosa terhubung secara bersama melalui ikatan hidrogen dan gaya
van der Waals. Kandungan selulosa yang tinggi dan sifat keras dari TKS
menjadikannya sesuai untuk pembuatan komposit (Shinoj, 2011). Nanoteknologi
adalah pemahaman dan penguasaan materi pada dimensi sekitar 0,2-100 nm yang
memungkinkan adanya aplikasi baru. Nanokristal selulosa (NKS) adalah nanopartikel
kristalin yang diperoleh dari selulosa yang dapat digunakan sebagai agen penguat
nanokomposit. Nanokomposit merupakan penggabungan antara matriks dan bahan
pengisi (filler) yang berukuran nanopartikel sebagai unsur-unsur penguatnya (Espert
et al, 2004).
Lateks karet alam juga mempunyai sifat fisika yang rendah bila dibandingkan
dengan lateks yang sudah diberi bahan tambahan seperti bahan pengisi. Bahan
pengisi ditambahkan ke dalam formulasi lateks karet alam untuk dapat meningkatkan
sifat fisika dari lateks karet alam sehingga dapat memberikan nilai ketegangan tensile
yang tinggi dan dapat digunakan untuk produksi bahan baku lateks (Baharin, 1993).
Universitas Sumatera Utara
Bras et al (2010) telah melakukan penelitian tentang penggunaan nanokristal
selulosa yang diisolasi dari ampas tebu sebagai bahan pengisi dalam pembuatan
lembaran nanokomposit karet, dimana lembaran nanokomposit karet yang dihasilkan
menunjukkan bahwa penambahan nanokristal selulosa ke dalam kompon lateks dapat
meningkatkan kekuatan tarik, kemuluran dan modulus Young’s masing-masing 4,7
MPa, 0,65% dan 6,3 MPa.
Harahap (2010) juga telah melakukan penelitian tentang penggunaan tepung
kulit pisang sebagai filler dalam pembuatan lembaran lateks alam, dimana dihasilkan
lembaran nanokomposit karet dengan pengisi 5 g dan 10 g memiliki sifat mekanik
yang baik. Sifat-sifat yang diperoleh menunjukkan kekuatan tarik, perpanjangan
putus menurun dengan bertambahnya massa bahan pengisi, sedangkan modulus
Young’s meningkat dengan bertambahnya massa bahan pengisi
Bahan pengisi yang ditambahkan ke dalam lateks karet alam dapat
meningkatkan vulkanisat karet alam sehingga kekuatan tarik dan sifat mekanikal
lainnya meningkat (William, 2008). Setiap jenis bahan pengisi memberikan sifat-sifat
tertentu sebagai akibat dari permukaan kimianya yang spesifik. Bahan pengisi dengan
ukuran nanopartikel mampu meningkatkan nilai penguatan polimer dibandingkan
dengan bahan pengisi yang berukuran besar (Leblanc, 2002).
Dari uraian di atas, peneliti tertarik untuk membuat lembaran nanokomposit
berbasis lateks yang diperkuat oleh nanokristal selulosa yang diisolasi dari TKS dan
dihidrolisis menggunakan H 2 SO 4 48,84% dan selanjutnya nanokristal selulosa yang
diperoleh didispersikan terdahulu sebelum ditambahkan ke dalam kompon lateks dan
kemudian dicetak dengan menuangkan kompon lateks ke dalam cetakan dan
divulkanisasi pada suhu 120oC selama 30 menit.
Universitas Sumatera Utara
1.2 Permasalahan
Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah :
1.
Bagaimana mengisolasi α-selulosa dan NKS dari tandan kosong sawit (TKS)
2.
Bagaimana morfologi dari produk lateks karet alam dengan bahan pengisi
NKS dan tanpa bahan pengisi.
3.
Bagaimana sifat-sifat mekanik dari lembaran produk lateks alam yang
diperkuat NKS
1.3 Pembatasan Masalah
Pada penelitian ini pembatasan masalah adalah sebagai berikut :
1.
Limbah tandan kosong sawit yang digunakan diperoleh dari Pabrik Kelapa
Sawit PTPN 2 Kebun sawit Seberang, Kabupaten Langkat.
2.
Isolasi nanokristal selulosa dari α-selulosa dilakukan dengan cara hidrolisis
asam, dengan menggunakan asam sulfat 48,84%.
3.
Pencetakan film dengan menggunakan teknik pencetakan dengan variasi berat
NKS yaitu 0 phr, 0,6 phr, 1,2 phr, 1,8 phr, 2,4 phr dan 3,0 phr
4.
Sifat mekanik yang diamati yaitu, kekuatan tarik, kemuluran, modulus
Young’s, serta analisa morfologi permukaan.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk mengisolasi α-selulosa dan NKS dari tandan kosong sawit (TKS).
2. Untuk mengetahui morfologi dari produk lateks karet alam dengan bahan
pengisi NKS dan tanpa bahan pengisi.
3. Untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dari lembaran produk lateks alam yang
diperkuat NKS
Universitas Sumatera Utara
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang bahan pengisi
pada nanokomposit sehingga menghasilkan lembaran nanokomposit yang memiliki
sifat fisika dan mekanik yang lebih baik dengan menggunakan NKS yang diisolasi
dari α-selulosa yang berasal dari limbah TKS yang lebih bermanfaat dan bernilai jual
tinggi serta mengubah cara pandang dalam mengatasi limbah kelapa sawit sehingga
menghasilkan nanokomposit yang merupakan material yang menjanjikan di masa
mendatang.
1.6 Lokasi penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar FMIPA USU Medan,
Laboratorium penelitian Fakultas Farmasi USU Medan, Laboratorium TEM Jurusan
Kimia UGM Yogyakarta, Laboratorium Terpadu USU Medan, PT Industri Karet
Nusantara Tanjung Morawa, Laboratorium Polimer Jurusan Teknik Kimia Fakultas
Teknik USU Medan, Pusat Laboratorium Forensik Mabes Polri (PUSLABFOR)
Jakarta.
1.7 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium yang dilakukan dalam 3 (tiga)
tahap :
1. Pada tahap ini adalah proses penyiapan serbuk TKS yang kemudian diisolasi untuk
mendapatkan α-selulosa. Karakterisasi yang digunakan yaitu analisa menggunakan
Transform-Infra Red (FT-IR)
Universitas Sumatera Utara
2. Pada tahap ini adalah proses isolasi nanokristal selulosa dengan hidrolisis asam
dengan
menggunakan
H 2 SO 4
48,84%,
kemudian
disentrifugasi
untuk
menghilangkan amorf, dan kemudian didialis sehingga diperoleh bentuk kristalnya.
Karakterisasi yang digunakan adalah analisa menggunakan Transmisi Elektron
Microscopy (TEM), dan analisa gugus fungsi menggunakan Transform-Infra Red
(FT-IR)
3. Pada tahap ini adalah pembuatan lembaran nanokomposit berbasis lateks dengan
bahan pengisi nanokristal selulosa yaitu dengan cara :
a.
Pembuatan kompon untuk proses vulkanisasi yang berupa campuran (lateks
HA 60%, KOH 10%, sulfur 50%, nanokristal selulosa, wingstay 50%, ZnO
60%, dan ZDBC 50%), yang disebut dengan formulasi lateks.
-
Formulasi lateks dipanaskan pada suhu 700C dalam roller speed
-
Penentuan tahap pematangan dengan mengunakan bilangan khlorofom.
b.
Pembuatan lembaran lateks alam dengan menggunakan plat baja sebagai plat
pencetak, dengan menuangkan kompon yang telah mengalami vulkanisasi
dan masturasi selama 24 jam ke dalam plat pencetak.
c.
Plat pencetak tersebut kemudian di vulkanisasi pada suhu 1200C selama 30
menit.
d.
Produk lateks alam yang dihasilkan kemudian dikarakterisasi.
Variabel-variabel yang digunakan adalah :
-Variabel tetap :
Berat serbuk TKS (gram)
Berat α-selulosa (gram)
Konsentrasi H 2 SO 4 (%)
Volume (mL)
Suhu (0C)
Waktu (menit)
Berat Lateks pekat (gram)
Konsentrasi bahan kompon (%)
Universitas Sumatera Utara
-Variabel bebas :
Berat NKS (gram)
-Variabel terikat
Spektrum Inframerah
Ukuran partikel
Morfologi
Kekuatan mekanik
Kemuluran
Modulus Young’s
Swelling indeks
Nilai TSC
Universitas Sumatera Utara