2.8.3. Perpanjangan Putus 27
2.9. Analisis XRD X-Ray Diffractometry 27
BAB III. METODE PENELITIAN 30 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian 30
3.1.1. Tempat Penelitian 30 3.1.2. Waktu Penelitian 31
3.2. Alat dan Bahan 31 3.2.1.Alat Penelitian 31
3.2.2. Bahan Penelitian 32 3.3 Prosedur Penelitian 32
3.3.1. Proses Pengolahan Zeolit 32 3.3.2. Proses Pengolahan Abu Boiler Kelapa Sawit 35
3.3.3. Pencampuran Bahan 36 3.4.Pengujian 38
3.4.1. X-Ray Diffractometry XRD 38
3.4.2. Analisa Sifat Mekanik 39 3.5. Diagram Alir Penelitian 39
3.5.1. Diagram Alir Penelitian Tahap I 38 3.6. Teknik Analisa Data 40
3.6.1. Analisis Data Partikel Zeolit 40 3.6.2. Analisis Data Nanokomposit LDPE Dengan Filler Zeolit
Alam Dan Abu Boiler 40 3.6.3. Teknik Pengumpulan Data Uji Mekanik Nanokomposit 41
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 42
4.1. Hasil Penelitian 42 4.1.1. Hasil Karakterisasi Zeolit Alam dengan
XRD X-Ray Difractory 42
4.1.2. Hasil Karakterisasi Abu Boiler dengan XRD X-Ray Difractory
44 4.1.3. Hasil Uji Mekanik kekuatan tarik,
perpanjangan putus dan modulus elastis 46
4.1.3.1. Hasil Uji Mekanik Sampel 1 47
4.1.3.2. Hasil Uji Mekanik Sampel 2 48
4.1.3.3. Hasil Uji Mekanik Sampel 3 49
4.1.3.4. Hasil Uji Mekanik Sampel 4 50
4.1.3.5. Hasil Uji Mekanik Sampel 5 51
4.2. Pembahasan 52
4.2.1. Analisis Uji XRD Partikel Zeolit Alam 52
4.2.2. Analisis Uji XRD Abu Boiler 52
4.2.3. Analisis Kekuatan Tarik, Perpanjangan Putus dan Modulus Young’s Nanokomposit LDPEfillerPE-g-MA
53 BAB V.Kesimpulan dan Saran
57 5.1. Kesimpulan
57 5.2. Saran
57 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1.Sifat fisik dan mekanik LDPE 10
Tabel 2.2. Komposisi kimia Abu Boiler 16 Tabel 3.1.Waktu Penelitian 30
Tabel 3.2. Alat-Alat Penelitian 31 Tabel 3.2.1. Bahan Penelitian 32
Tabel 3.3. Perbandingan campuran filler 36 Tabel 3.3.1. Komposisi pencampuran nanokomposit 36
Tabel 3.4 Data Kekuatan Tarik 41
Tabel 4.1. Hasil analisis difraksi sinar-X zeolit alam 43 Tabel 4.2. Kandungan Senyawa
yang terbentuk pada zeolit alam 44 Tabel 4.3. Hasil analisis difraksi sinar-X abu boiler
45 Tabel 4.4. Kandungan Senyawa
yang terbentuk pada abu boiler 46 Tabel 4.5a. Data hasil pengujian mekanik LDPE
dengan filler zeolit alamabu boiler perbandingan 3070 48
Tabel 4.5b. Data hasil pengujian mekanik LDPE dengan filler zeolit alamabu boiler perbandingan 4060
49 Tabel 4.5c. Data hasil pengujian mekanik LDPE
dengan filler zeolit alamabu boiler perbandingan 5050 50
Tabel 4.5d. Data hasil pengujian mekanik LDPE dengan filler zeolit alamabu boiler perbandingan 6040
51 Tabel 4.5e. Data hasil pengujian mekanik LDPE
dengan filler zeolit alamabu boiler perbandingan 70 30 52
Tabel 4.6. Data hasil pengujian kekuatan tarik, perpanjangan putus dan modulus elastis
54
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1. Butiran LDPE 9
Gambar 2.2. Contoh Zeolit Alam 11 Gambar 2.3.Abu Boiler 17
Gambar 2.4.Grafik Pengaruh Waktu Dealuminasi Dengan Konversi 21 Gambar 2.5. Mekanisme Pengikatan PE-g-MA 23
Gambar 2.6. Alat Uji Tarik 25 Gambar 2.7. Kurva Tegangan-Regangan Bahan Polimer 26
Gambar 2.8. Pola XRD Komposit LDPEZeolit CTAB 29
Gambar 2.9. Pola XRD Komposit LDPEZeolit Kalsinasi 29 Gambar 3.1. Balmil Planetary PM 200 Retsch
32 Gambar 3.2. Ayakan 200 mesh
33 Gambar 3.3. Pengadukan Zeolit dengan Magnetk Stirer
33 Gambar 3.4. Pengeringan dalam oven
34 Gambar 3.5. Proses balmil zeolit ukuran nano selama 15 jam
34 Gambar 3.6. Pengeringan abu boiler dalam oven
35 Gambar 3.7. Internal Mixer Labo Plastomil
37 Gambar 3.8. Alat Pemotong Dumbbell
37 Gambar 3.9. Bentuk Sampel Dumbbell
37 Gambar 3.10. Universal testing mechanic
merek Orientec UCT-5T 38
Gambar 3.11. Diagram alir penelitian 39
Gambar 4.1. Pola XRD zeolit alam 43
Gambar 4.2. Fasa yang terbentuk pada zeolit alam 44
Gambar 4.3. Pola XRD abu boiler 45
Gambar 4.4. Fasa yang terbentuk pada abu boiler 46
Gambar 4.5. Pola XRD zeolit alam dan abu boiler 47
Gambar 4.6.a Grafik tegangan dan regangan rata-rata bahan LDPE 48
Gambar 4.6.b Grafik tegangan dan regangan rata-rata bahan LDPE 49
Gambar 4.6.c Grafik tegangan dan regangan rata-rata bahan LDPE 50
Gambar 4.6.d Grafik tegangan dan regangan rata-rata bahan LDPE 51
Gambar 4.6.e Grafik tegangan dan regangan rata-rata bahan LDPE 52
Gambar 4.7. Grafik kekuatan tarik terhadap campuran komposisi zeolit alam dan abu boiler
55 Gambar 4.8. Grafik perpanjangan putus terhadap campuran
komposisi zeolit alam dan abu boiler 56
Gambar 4.9. Grafik modulus elastis terhadap campuran komposisi zeolit alam dan abu boier
57
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Hasil Uji XRD Partikel Zeolit Alam
58 Hasil Uji XRD Abu Boiler
63 Lampiran 2. Hasil Perhitungan Ukuran Nanokomposit
Zeolit Alam Metode Schrer 68
Hasil Perhitungan Ukuran Nanokomposit Abu Boiler Metode Schrer
69
Lampiran 3. Analisis Zeolit Alam 71
Analisis Abu Boiler 74
Lampiran 4. Hasil Uji Mekanik 77
Lampiran 5. Surat Keterangan Penelitian 82
Lampiran 6. Surat Keterangan Balasan Penelitian 84
Lampiran 7. Dokumentasi 86
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Penggunaan plastik telah meluas hampir ke seluruh bidang kehidupan. Berbagai produk dan peralatan dihasilkan dari bahan ini karena dinilai lebih
ekonomis, tidak mudah pecah, fleksibel, dan ringan. Sekarang ini banyak dijumpai produk-produk rumah tangga yang terbuat dari plastik, seperti alat-alat
dapur, sapu ijuk, kursi, meja, pot bunga, pipa air, talang rumah, ember, sampai pada kendaraan bermotor. Diantara jenis plastik yang sering digunakan adalah
termoplastik karena dapat didaur ulang. Termoplastik yang sering digunakan adalah polietilena, polipropilena, polistirena dan lain-lain.
Polietilena adalah polimer termoplastik yang secara komersial banyak digunakan sehingga diproduksi secara besar. Banyaknya permintaan polietilena
tidak terlepas dari sifat –sifatnya yang tahan terhadap zat kimia, ringan, mudah
dibentuk dan tidak mahal Sitepu,I.P., 2009. Polietilen adalah bahan termoplastik yang kuat dan dapat dibuat dari yang lunak sampai yang kaku. Ada dua jenis
polietilen yaitu polietilen densitas rendah low density polyethylene LDPE dan polietilen densitas tinggi high density polyethyleneHDPE. Polietilen densitas
rendah relatif lemas dan kuat, digunakan antara lain untuk pembuatan kantong kemasan, tas, botol, industri bangunan, dan lain-lain. Keduanya mempunyai sifat
yang berbeda, LDPE derajat kristalinitasnya 60, HDPE derajat kristalinitasnya 95. Kelebihan polimer LDPE sebagai matriks antara lain: mudah diproses, suhu
pemrosesan yang lebih rendah dibandingkan polimer lain serta lebih aplikatif dalam penggunaannya. Polimer termoplastik seperti polietilen densitas rendah
LDPE merupakan bahan komposit polimer komersial yang relatif lebih murah dibandingkan polimer termoset yang tersedia Hamid., 2008.
Polietilena adalah polimer termoplastik yang banyak digunakan untuk pembuatan komposit. Teknologi komposit yang terus berkembang dewasa ini
ternyata mampu mengatasi permasalahan yang timbul pada saat mencampurkan dua jenis atau lebih material dengan karakter yang berbeda. Pembuatan polimer
komposit dilakukan dengan memadukan dua material yang berbeda sehingga dapat meningkatkan sifat mekanik dari material tersebut. Polimer komposit
dengan rekayasa material dapat dilakukan dalam ukuran berskala nano. Banyak penelitian menyebutkan bahwa pembuatan komposit dengan filler ukuran nano
dapat meningkatkan properti dari material tersebut Barleany,dkk.,2011. Beberapa bahan pengisi filler yang dapat digunakan pada plastik untuk
meningkatkan sifat fisik material dan untuk mengurangi biaya komponen, mempercepat proses pencetakan dan meningkatkan konduktivitas termal polimer
tersebut Surdia dan Shinrokhu., 1984. Penelitian yang telah menggunakan sebagai bahan pengisi termoplastik LDPE diantaranya: LDPEtempurung kelapa
Hamid,T.,2008, LDPEpati Yuniari, A.,2011, LDPEserat nanas dan organoclay
pacitan Nizmah, S.,2010, LDPEselulosa tandan kelapa sawit Marpaung, Nalom D.,2011 dan LDPEzeolit alam Juliana, S., 2013.
Zeolit sebagai filler dapat memperbaiki karakteristik dan meningkatkan kinerja membran. Mineral zeolit mengandung senyawa alumunium silikat yang
memiliki struktur logam biasanya logam alkali tanah Na, K, Mg, Ca dan Fe dan molekul air yang cenderung dapat bergerak bebas dalam ruang intermilar struktur
rongga Rakhmatulah, dkk., 2007. Kandungan silika dalam zeolit merupakan parameter penting yang menentukan rapat massa, tingkat keasaman dan daya
tahan termal zeolit. Dewasa ini lempung alumina silikat banyak dipakai untuk memproduksi zeolit dengan kandungan silika yang tinggi Subaer.,2007.
Limbah padat berupa cangkang dan sabut digunakan sebagai bahan bakar ketel boiler untuk menghasilkan energi mekanik dan panas. Masalah yang
kemudian timbul adalah sisa dari pembakaran pada ketel boiler berupa abu dengan jumlah yang terus meningkat sepanjang tahun yang sampai sekarang
masih belum termanfaatkan. Berdasarkan penelitian yang dilakukan ternyata limbah abu sawit banyak mengandung unsur silika SiO
2
yang merupakan bahan pozzolanic
. Menurut hasil penelitian diketahui bahwa abu kelapa sawit dari sisa pembakaran cangkang dan serabut buah kelapa sawit mengandung unsur kimia
Silika SiO
2
sebanyak 31,45 dan unsur Kapur CaO sebanyak 15,2 Ermiyati., 2007.
Secara umum abu boiler dapat didefinisikan sebagai materi sisa yang tidak habis terbakar dan berfungsi dalam proses pembakaran karbon, hidrogen, sulfur,
oksigen dan penguapan air yang terkandung dalam tandan buah sawit dan cangkang buah sawit. Abu boiler tersebut berwarna gelap hitam keabu-abuan
dan ukuran butirnya bervariasi dari ukuran pasir hingga kerakal pebble. Komposisi kimia abu boiler didominasi oleh SiO
2
, Al
2
O
3
,CaO dan lainnya. Pada dasarnya abu boiler mempunyai komposisi kimia yang menyerupai aluminosilikat
lainnya seperti lempung. Bahan ini memadat selama berada di dalam gas-gas buangan dan dikumpulkan menggunakan presipitator elektrostatik Falah., 2012.
Untuk itu penelitian ini akan digunakan bahan pengisi termoplastik LDPE dengan mencampurkan zeolit alam dan abu boiler kelapa sawit yang diharapkan akan
meningkatkan sifat mekanik suatu bahan polimer. Penelitian yang telah dilakukan yaitu tentang pengolahan zeolit alam
sebagai bahan pengisi nano komposit polipropilena dan karet alam SIR-20 dengan kompatibeliser anhidrida oleh Bukit, N., 2011, memperoleh kesimpulan bahwa
ada pengaruh dari variasi komposisi nano partikel zeolit alam yang dikalsinasi dan tanpa kalsinasi terhadap campuran antara PPPPMA dan PP PPMA kompon
SIR-20 pada sifat mekanik dengan adanya peningkatan kekuatan tarik jika dibanding tanpa mengunakan nano partikel zeolit alam secara umum nano partikel
zeolit alam dapat digunakan sebagai salah satu bahan pengisi pada termoplastik elastomer TPE dan termoplastik polipropilena.
Hasil yang didapatkan dari penelitian Taher,dkk.,2011 mengenai sintesis dan karekterisasi dari magnetik zeolit nanokomposit didapatkan hasil kesimpulan
bahwa nanokomposit zeolit dan nanomagnetik yang telah disiapkan dengan kimia rute sederhana, dimana nanomagnetit yang diuji dengan menggunakan TEM
didapatkan bentuk ukuran partikel dari 4-6 nm, difraktometer Sinar X membuktikan bahwa magnetit terbentuk adalah Fe
3
O
4
kubik. Hal ini menunjukkan kemungkinan dari penggabungan membentuk dalam magnetik
kerangka kerja zeolit, uji VSM menunjukkan penurunan tajam dalam daya magnetik yang telah diamati pada pemuatan nanopartikel magnetik pada zeolit.
Penelitian Jamizar, dkk.,2013 pengaruh pemanfaatan abu kerak boiler cangkang kelapa sawit sebagai bahan tambahan admixture semen terhadap kuat
tekan mortar didapatkan hasil penambahan abu kerak boiler pada bahan ikat semen portland juga mempunyai daya serap air yang tingggi dibandingkan dengan
mortar kontrol. Penambahan abu kerak boiler cangkang kelapa sawit terhadap mortar berpengaruh terhadap kuat tekan mortar karena abu kerak boiler
menyebabkan porositas dan permeabilitas bertambah sehingga membuat nilai kuat tekan mortar turun dari mortar kontrol karena butiran abu kerak boiler lebih besar
dari butiran semen akan menghasikan serapan air semakin tinggi. Dari penelitian Hutabarat.,2009 mengenai pemanfaatan abu boiler fiber
recovery pabrik pulp dan kertas sebagai bahan pengisi untuk ketahanan panas dan nyala komposit didapatkan hasil bahwa dengan penambahan maleat anhidrat
sebagai coupling agent terhadap matriks polipropilena memperlihatkan adanya peningkatan sifat mekanik dan termal. Sedangkan penelitian Zarina, dkk.,2013
mengenai pengaruh awal kalsinasi pada sifat abu boiler untuk gabungan geopolimer didapatkan hasil untuk komposisi kimia abu boiler berfluktuasi ketika
dipanaskan sampai 800ºCBA2 dan 1000ºCBA3, untuk kuat tekan geopolimer meningkat pada suhu kalsinasi 800ºC menurun pada suhu 1000ºC.
Polimer dan Zeolit merupakan material yang tidak kompatibel apabila di padukan, maka untuk memadukannya diperlukan Compatibilizer. Compatibilizer
PE-g-MA merupakan senyawa spesifik yang dapat digunakan untuk memadukan polimer yang tidak kompatibel menjadi campuran yang stabil melalui ikatan
intermolekuler Bukit, N.,2011. Hasil penelitian Majid, dkk.,2010, mengenai pengaruh penambahan
polyethylene-g-maleat anhidrida PE-g-MA terhadap sifat-sifat komposit
LDPEtepung sagu termoplastik TPSS diperkuat serat kenaf 5,10,20,30,40 wt.. Komposit dibuat dengan penambahan PE-g-MA 10 wt. dari berat serat
kenaf dan tanpa PE-g-MA. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan tarik dan modulus Young komposit LDPE TPSS-serat kenaf dengan penambahan PE-
g-MAlebih besar dibandingkan komposit tanpa penambahan PE-g-MA pada masing-masing persen berat serat kenaf.
Peningkatan kekuatan komposit serat alam dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dengan memberikan perlakuan kimia serat atau dengan penambahan
coupling agen. Perlakuan kimia serat sering dilakukan adalah perlakuan alkali seperti NaOH karena harganya lebih ekonomis Umardani dan Catur.,2009.
Aktivasi asam pada zeolit menyebabkan terjadinya dekationisasi yang menyebabkan bertambahnya luas permukaan zeolit karena berkurangnya pengotor
yang menutupi pori-pori zeolit. Luas permukaan yang bertambah diharapkan meningkatkan kemampuan zeolit dalam proses penyerapan.
Proses aktivasi secara fisis dilakukan dengan pemanasan yang bertujuan untuk menguapkan air yang terperangkap dalam pori-pori kristal zeolit sehingga
jumlah pori dan luas permukaan spesifiknya bertambah. Aktivasi secara kimia dapat dilakukan dengan menggunakan larutan HCl yang bertujuan untuk
membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengganggu dan menata
kembali letak atom yang dipertukarkan Windarti dan Ahmad.,2004.
Hamid.,2008, meneliti pengaruh modifikasi kimia terhadap sifat-sifat komposit polietilena densitas rendah LDPE terisi tempurung kelapa yang
memperoleh hasil bahwa semakin tinggi kandungan partikel TK di dalam komposit LDPETK yaitu hingga 60 maka kekuatan tarik dan modulus Young
akan semakin meningkat, tetapi perpanjangan pada saat putus berkurang. Kestabilan termal komposit LDPETK relatif meningkat dengan semakin
meningkatnya kandungan pengisi TK hingga 60 pada saat temperatur mencapai 600
C. Dalam penelitian ini pemilihan bahan zeolit alam dan abu boiler dalam
bentuk ukuran nanokomposit sebagai bahan pengisi matriks LDPE diharapkan dapat mengubah karakteristik bahan misalnya dapat meningkatkan sifat mekanik
serta dapat mengeraskan matriks dan menambah kekakuan, mengurangi tegangan internal dan penggunaan bahan alam yang merupakan potensi dari daerah Jawa .
Sehingga dari uraian diatas, penulis berkeinginan melakukan penelitian mengenai pencampuran LDPE dengan Zeolit alam yang dicampurkan dengan abu
boiler kelapa sawit sebagai pengisi filler. Serta karakterisasi dari bahan yang mau diteliti untuk meningkatkan sifat mekanik Kekuatan tarik, Elongation at
break perpanjangan putus, Modulus Elastis serta pengujian ukuran kristalisasi
sinar-X XRD. Dengan demikian judul penelitian ini adalah
“Pengolahan dan Karakterisasi Zeolit Alam dan Abu Boiler Sebagai Bahan Pengisi
Termoplastik LDPE Low Density Polyethylene ”.
1.2. Batasan Masalah