Karakteristik Morfologi Selulosa Terfibrilasi
61 dicampurkan dengan matriks PP. Pencampuran PP dan komposit PLAselulosa
terfibrilasi dilakukan dalam rheomix. Walaupun tanpa menggunakan MAPP, penambahan selulosa terfibrilasi, menyebabkan peningkatan kekuatan komposit
PPPLA. Nilai keteguhan tarik komposit PPLASelulosa terfibrilasi dengan berbagai variasi waktu fibrilasi berkisar antara 10,78
17,39 Nmm
2
. Berdasarkan analisis keragaman ANOVA dengan
= 0,05, waktu fibrilasi berpengaruh terhadap nilai keteguhan tarik komposit secara nyata Lampiran 23.
Gambar 4.40 Keteguhan tarik komposit PPPLAselulosa pelepah sawit terfibrilasi selama 0, 1, 2, 3, 6, 12 menit, kecepatan 16.000 rpm
Fibrilasi selulosa pada kecepatan 16.000 rpm selama 2 menit, menghasilkan selulosa terfibrilasi yang dapat meningkatkan keteguhan tarik komposit
PPPLAselulosa OPF menjadi 17,39 Nmm
2
atau 55,27 lebih tinggi dibandingkan dengan komposit PPPLA. Sedangkan selulosa OPF yang difibrilasi
pada kecepatan yang sama selama 3 menit menghasilkan keteguhan tarik komposit PPPLAselulosa OPF terfibrilasi sebesar 16,30 Nm
2
atau 45,54 lebih tinggi dari komposit PPPLA. Peningkatan keteguhan tarik tersebut disebabkan
karena peningkatan aspek rasio selulosa akibat diameter selulosa menjadi lebih kecil setelah proses fibrilasi. Namun, fibrilasi selama 12 menit cenderung untuk
menurunkan aspek rasio selulosa karena serat selulosa terpotong dengan lebih intensif dibandingkan penguraian serat selulosa Gambar 4.41.
Gambar 4.41 Selulosa pelepah sawit terfibrilasi pada kecepatan 16.000 rpm: a 1 menit, b 2 menit, c 6 menit, d 12 menit, pembesaran
200x
62 Sifat mekanis dari polimer yang diperkuat serat pendek tergantung pada
distribusi panjang serat dan distribusi orientasi serat Fu dan Lauke 1996. Panjang serat kritis adalah panjang serat yang dibutuhkan untuk dapat menahan
tekanan jika serat tersebut digunakan sebagai penguat dalam komposit. Jika panjang serat melebihi panjang serat kristis, maka serat akan sulit
mempertahankan strukturnya akibat terjadi penumpukan serat dan serat yang saling silang selama proses pencampuran. Selain itu, masalah dispersi serat dalam
polimer juga disebabkan oleh distribusi serat dalam matriks yang tidak merata Lee dan Ryu 1999.
Pengamatan terhadap penampang melintang komposit PPPLAselulosa OPF terfibrilasi menunjukkan bahwa selulosa OPF terfibrilasi selama 1 menit,
belum terdispersi dengan baik dalam matriks polimer. Fibrilasi selulosa OPF selama 3 menit, telah berhasil mengurai selulosa sehingga dispersinya di dalam
matriks polimer menjadi lebih baik Gambar 4.42.
Gambar 4.42 Komposit PPPLAselulosa pelepah sawit terfibrilasi pada kecepatan 16.000 rpm: a 1 menit, b 2 menit, c 3 menit, d 6
menit, e 12 menit, pembesaran 200x Modulus tarik komposit PP dan PLAselulosa yang difibrilasi pada
kecepatan 16.000 rpm dengan variasi waktu fibrilasi, yaitu: 1, 2, 3, 6, 12 menit, ditunjukkan pada Gambar 4.43. Modulus tarik komposit PPPLA sebesar 959
Nmm
2
, lebih rendah dibandingkan dengan PP murni 1.250 Nmm
2
dan PLA muri 1.200 Nmm
2
. Penambahan selulosa terfibrilasi, menyebabkan penurunan modulus tarik
komposit. Nilai modulus tarik komposit PPPLAselulosa terfibrilasi dengan berbagai variasi waktu fibrilasi berkisar antara 564
1.060 Nmm
2
. Berdasarkan analisis keragaman ANOVA dengan
= 0,05, waktu fibrilasi berpengaruh terhadap nilai keteguhan tarik komposit hanya pada komposit dengan selulosa
yang difibrilasi 0 dan 1 menit Lampiran 24. Selulosa tanpa fibrilasi dan difibrilasi selama 1 menit menghasilkan komposit dengan modulus tarik lebih
rendah dibandingkan dengan komposit PPPLA. Sedangkan nilai modulus tarik komposit dengan selulosa yang difibrilasi selama 2, 3, 6, 12 menit, tidak berbeda
secara statistik. Penambahan selulosa yang difibrilasi pada kecepatan 16.000 rpm selama 3 menit menghasilkan komposit dengan nilai modulus tarik komposit
1.060 Nmm
2
atau 10,53 lebih tinggi dari komposit PPPLA.
63
Gambar 4.43 Modulus tarik komposit PLAPPselulosa pelepah sawit terfibrilasi selama 0, 1, 2, 3, 6, 12 menit, pada kecepatan 16.000 rpm
Umumnya pengaruh dari penambahan serat pendek terhadap modulus matriks termoplastik dipengaruhi oleh beberapa parameter, di antaranya: dispersi
serat, konsentrasi serat fraksi serat, orientasi serat, aspek rasio serat dan kekakuan serat Lopez et al. 2012. Penurunan modulus tarik disebabkan oleh
dispersi serat yang tidak merata di dalam matriks karena perbedaan sifat antara PP hidrofobik, PLA cenderung hidrofilik dan selulosa hidrofilik. Campuran
polimer yang tidak sesuai menyebabkan terjadinya batas antara fase PLA dan PP, sehingga gaya yang dibebabkan pada komposit tidak dapat terdistribusi dengan
efektif melewati batas interface antara kedua matriks, dan dapat menyebabkan komposit menjadi mudah patah. Salah satu cara untuk mengatasi permasalahan
tersebut adalah dengan menggunakan kompatibilisator compatibilizer agent seperti polipropilena yang dicangkok dengan maleat anhidrida MAPP.
Kompatibilisator diharapkan dapat mengoptimalkan tegangan permukaan interfacial tension, menstabilkan morfologi dan meningkatkan perekatan antara
fase Ploypetchara et al. 2014.
Regangan maksimum komposit PPPLAselulosa pelepah sawit terfibrilasi pada kecepatan 16.000 rpm disajikan pada Gambar 4.44. Regangan maksimum
suatu komposit polimer menunjukkan persentase peningkatan panjang komposit yang terjadi ketika komposit ditarik sampai batas kekuatannya strain at tensile
strength
. Polimer atau komposit berbasis elastomer atau olefin regangan maksimumnya lebih besar dari polimer atau komposit yang bersifat tegar rigid.
Komposit dengan nilai keteguhan tarik tinggi dan regangan maksimum tinggi merupakan komposit dengan tangguh, karena mampu menahan beban dalam
waktu yang cukup lama.
Nilai regangan maksimum komposit PPPLAselulosa terfibrilasi dengan berbagai variasi waktu fibrilasi berkisar antara 5,77
7,25 . Berdasarkan analisis keragaman ANOVA dengan
= 0,05, waktu fibrilasi berpengaruh terhadap nilai regangan maksimum komposit Lampiran 25.
64
Gambar 4.44 Regangan maksimum komposit PLAPPselulosa pelepah sawit terfibrilasi selama 0,1, 2, 3, 6, 12 menit, kecepatan 16.000 rpm
Pada penelitian ini, regangan maksimum PP murni sebesar 18,23 , dan setelah penambahan PLA yang bersifat getas regangan 11,28 , regangan
maksimum dari campuran PPPLA turun menjadi 2,98. Adanya selulosa terfibrilasi selama 2 menit atau 3 menit ke dalam campuran PLAPP dapat
meningkatkan regangan maksimum komposit menjadi 7,25 atau 6,75, dengan kata lain terjadi peningkatan regangan sebesar 143 atau 126 dibandingkan
komposit PPPLA.
PP merupakan polimer yang bersifat semikristalin. Adanya daerah yang bersifat amorf, menyebabkan struktur kristalin dalam PP dapat berubah
meregang ketika terjadi pembebanan. Peregangan kristalin PP bersifat dapat balik reversible sampai batas tertentu. Jika regangan kristalin PP mencapai batas
tidak dapat balik, PP akan mengalami deformasi. Sedangkan PLA merupakan polimer yang bersifat getas, yang strukturnya sulit meregang jika ada pembebanan.
Penambahan selulosa ke dalam PLA kemudian dicampurkan dengan PP menyebabkan sistem komposit menjadi lebih heterogen. Selulosa terfibrilasi yang
bersifat semi kristalin dapat membantu menahan beban pada komposit PPPLAselulosa sehingga regangan maksimum meningkat.
4.5.2.2 Keteguhan tarik, modulus tarik dan regangan maksimum komposit PPPLAselulosa terfibrilasi atau pulp terfibrilasi
Untuk memahami pengaruh waktu fibrilasi terhadap sifat mekanis komposit, fibrilasi selulosa juga dilakukan pada kecepatan 8.000 rpm. Selain itu dilakukan
juga fibrilasi terhadap pulp terputihkan pelepah sawit pada kecepatan 16.000 rpm. Keteguhan tarik komposit PPPLAselulosa yang difibrilasi dengan kecepatan
8.000 rpm dan 16.000 rpm serta komposit PPPLApulp terputihkan yang difibrilasi dengan kecepatan 16.000 rpm selama 3, 6, 12 menit disajikan pada
Gambar 4.45.
Nilai keteguhan tarik komposit PPPLAselulosa terfibrilasi dengan waktu fibrilasi 8.000 rpm dan 16.000 rpm berkisar antara 10,28
16,97 Nmm
2
.
65 Berdasarkan analisis keragaman ANOVA dengan
= 0.05, kecepatan fibrilasi, tidak berpengaruh terhadap nilai keteguhan tarik komposit, sedangkan waktu
fibrilasi berpengaruh secara statistik Lampiran 26.
Gambar 4.45 Keteguhan tarik komposit PPPLAselulosa OPF terfibrilasi dan komposit PPPLApulp terputihkan OPF terfibrilasi
Nilai keteguhan tarik komposit PPPLAselulosa terfibrilasi dan PPPLApulp terputihkan terfibrilasi dengan waktu fibrilasi 16.000 rpm berkisar
antara 10,28 17,27 Nmm
2
. Berdasarkan analisis keragaman ANOVA dengan = 0.05, jenis pengisi maupun waktu fibrilasi tidak berpengaruh terhadap nilai
keteguhan tarik komposit Lampiran 27. Pulp terputihkan pelepah sawit terfibrilasi pada kecepatan 16.000 rpm
selama 6 menit dalam komposit PPPLA menunjukkan performa yang serupa dengan selulosa pelepah sawit terfibrilasi pada kecepatan 16.000 rpm dan 8.000
rpm pada waktu yang sama. Fibrilasi pulp terputihkan pelepah sawit selama 12 menit pada kecepatan 16.000 rpm menunjukkan keteguhan tarik yang lebih tinggi
59 dibandingkan dengan keteguhan tarik komposit PPPLAselulosa terfibrilasi pada kecepatan 16.000 rpm. Kemampuan pulp terputihkan terfibrilasi
untuk meningkatkan keteguhan tarik komposit, disebabkan karena pulp terputihkan mampu mempertahankan strukturnya pada arah longitudinal ketika
gaya sentrifugal dari high speed blender mengurai pulp terputihkan pada arah transversal menjadi pulp terurai dengan diameter yang lebih kecil. Dengan
diameter yang lebih kecil, aspek rasio dari pulp terurai meningkat dan kemampuan untuk menahan beban dalam komposit meningkat.
Modulus tarik komposit PPPLAselulosa yang difibrilasi dengan kecepatan 8.000 rpm dan 16.000 rpm serta komposit PPPLApulp terputihkan yang
difibrilasi dengan kecepatan 16.000 rpm selama 3, 6, 12 menit disajikan pada Gambar 4.46. Nilai modulus tarik komposit PPPLASelulosa terfibrilasi dengan
waktu fibrilasi 8.000 rpm dan 16.000 rpm berkisar antara 872
1.348 Nmm
2
. Berdasarkan analisis keragaman ANOVA dengan
= 0,05, kecepatan fibrilasi berpengaruh terhadap nilai modulus tarik komposit, sedangkan waktu fibrilasi
tidak berpengaruh secara statistik Lampiran 28.
66
Gambar 4.46 Modulus tarik komposit PPPLAselulosa OPF terfibrilasi dan komposit PPPLApulp terputihkan OPF terfibrilasi
Nilai modulus tarik dari komposit PPPLA dengan pengisi selulosa pelepah sawit yang difibrilasi dengan kecepatan 16.000 rpm, lebih rendah dibandingkan
dengan komposit PPPLAselulosa pelepah sawit terfibrilasi dengan kecepatan 8.000 rpm. Pada kecepatan fibrilasi 16.000 rpm, putaran pisau blender
menyebabkan selulosa pelepah sawit cenderung terpotong daripada terurai. Sehingga selulosa pelepah sawit yang difibrilasi dengan kecepatan 16.000 rpm
memiliki aspek rasio yang rendah.
Nilai modulus tarik komposit PPPLAselulosa terfibrilasi dan PPPLApulp terputihkan terfibrilasi dengan waktu fibrilasi 16.000 rpm berkisar antara 872
1.126 Nmm
2
. Berdasarkan analisis keragaman ANOVA dengan = 0,05, jenis
pengisi maupun waktu fibrilasi tidak berpengaruh terhadap nilai modulus tarik komposit Lampiran 29.
Gambar 4.47 Regangan maksimum komposit PPPLAselulosa OPF terfibrilasi dan komposit PPPLApulp terputihkan OPF terfibrilasi
67 Regangan maksimum komposit PPPLAselulosa yang difibrilasi dengan
kecepatan 8.000 rpm dan 16.000 rpm serta komposit PPPLApulp terputihkan yang difibrilasi dengan kecepatan 16.000 rpm selama 3, 6, 12 menit disajikan
pada Gambar 4.47. Nilai regangan maksimum komposit PPPLASelulosa terfibrilasi dengan waktu fibrilasi 8.000 rpm dan 16.000 rpm berkisar antara 2,54
7,15 . Berdasarkan analisis keragaman ANOVA dengan = 0,05, kecepatan fibrilasi, berpengaruh terhadap nilai regangan maksimum komposit, sedangkan
waktu fibrilasi tidak berpengaruh secara statistik Lampiran 30.
Nilai regangan maksimum komposit PPPLAselulosa terfibrilasi dan PPPLApulp terputihkan terfibrilasi dengan waktu fibrilasi 16.000 rpm berkisar
antara 5,19 7,15 . Berdasarkan analisis keragaman ANOVA dengan = 0,05,
jenis pengisi maupun waktu fibrilasi tidak berpengaruh terhadap nilai regangan maksimum komposit Lampiran 31.
Teknik fibrilasi untuk menghasilkan selulosa berukuran nano dari pulp basah kayu holoselulosa dengan kadar lignin 0,1 dan alfa selulosa 72,5 telah
dilakukan oleh Uetani dan Yano 2011. Dengan menggunakan mikroskop optik, mereka menjelaskan bahwa fibrilasi slurry-pulp kayu mengandung 0.7 pulp
dengan kecepatan 37000 rpm menghasilkan 2 macam struktur, yaitu long-straw- pulp
dengan struktur dinding sel yang masih utuh dan pulp yang sudah terfragmentasi dengan struktur dinding sel yang robek. Kedua bentuk tersebut
kemudian terurai menjadi serat berukuran nano, namun dengan mekanisme yang berbeda. Pada kecepatan putar 1 menit dan 3 menit, sebagian straw-pulp akan
mengembang dan membentuk struktur seperti balon yang semakin membesar dan akhirnya berhasil memisahkan fibril selulosa dari straw-pulp. Sedangkan fragmen
pulp, langsung memecah secara memanjang longitudinal.
Dengan demikian teknik fibrilasi menggunakan blender berkecepatan tinggi dapat dilakukan dengan memperhatikan konsentrasi slurry pulp dan kecepatan
putar selama fibrilasi. 4.5.2.3 Sifat termal PPPLA dan komposit PPPLASelulosa Terfibrilasi
Analisis sifat termal dilakukan untuk mengetahui perubahan sifat termal contoh uji selama perlakuan panas, termasuk titik leleh dari contoh uji. Ketika
contoh uji menyerap panas, kurva DSC akan menunjukkan puncak endotermik, sedangkan ketika contoh uji melepaskan panas, kurva DSC akan menunjukkan
puncak eksotermik.
Termogram dari polipropilena menunjukkan titik leleh Tm, yaitu pada suhu 167
C dan titik kristalisasi Tc, yaitu pada suhu 224 C Gambar 4.48a. Titik transisi gelas PP tidak dapat dideteksi, karena titik transisi gelas PP
homopolimer adalah pada suhu 0 C [PT Tri Polyta Indonesia], sedangkan uji sifat
termal dilakukan pada rentang suhu 30 C 300C. Penambahan PLA amorf
menyebabkan perubahan sifat termal komposit PPPLA Gambar 4.48b, yaitu peningkatan titik transisi gelas 58
C, penurunan titik leleh 162C dan penurunan titik kristalisasi 205
C. Perubahan sifat termal yang terjadi pada komposit PPPLA menyebabkan
perubahan sifat mekanik. Polipropilena yang sebelumnya bersifat lunak dan mudah mulur, dengan penambahan PLA, menjadi bersifat keras dan kaku. Seperti
yang telah dikemukakan sebelumnya, keteguhan tarik, modulus tarik dan regangan maksimum dari PP adalah 22,50 Nmm
2
, 1.140 Nmm
2
, dan 9,81.
68 Sedangkan keteguhan tarik, modulus tarik dan regangan maksimum komposit
PPPLA adalah 11,20 Nmm
2
, 959 Nmm
2
, dan 2,98.
Gambar 4.48 Kurva DSC dari a PP homopolimer, b PPPLA amorf Termogram pada Gambar 4.49 menunjukkan bahwa penambahan pulp
terfibrilasi tidak banyak mempengaruhi titik leleh komposit PPPLApulp terfibrilasi, namun meningkatkan titik kristalisasi 226
C. Komposit PPPLApulp terfibrilasi juga menunjukkan titik leleh sekunder titik leleh setelah
kristalisasi pada suhu 283 C.
Gambar 4.49 Kurva DSC dari komposit PPPLA amorfpulp terfibrilasi