PEMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA PULP LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL TESIS

  

PEMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA

PULP LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL TESIS

Oleh :

NASIR SAH

  

117006001/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

  

2014

  

PEMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA

PULP LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains

Dalam Program Studi Ilmu Kimia Pada Fakultas Matematika Dan Ilmu

  

Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Oleh :

NASIR SAH 117006001/KIM FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

  Judul Tesis :

  PEMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA PULP LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL

  Nama Mahasiswa : NASIR SAH Nomor Pokok : 117006001 Program Studi : MAGISTER (S2) ILMU KIMIA

  Menyetujui: Komisi Pembimbing

  Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Prof. Dr. Thamrin, M.Sc Ketua

  Anggota Ketua Program Studi Dekan Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc

  Tanggal Lulus : 22 Juli 2014

  Telah diuji pada

Tanggal : 22 Juli 2014

PANITIA PENGUJI TESIS KETUA : Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Anggota : 1. Prof.Dr. Thamrin, M.Sc

   2. Dr. Darwin Yunus Nasution, MS

   3. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc

   4. Dr. Yugia Muis, MS

  

PERNYATAAN

PEMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA PULP

LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL

TESIS

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang

pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi

dan sepanjang pengetahuan saya tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis diacu dalam naskah

dan disebutkan sumbernya dalam daftar pustaka. Medan, Juli 2014 Penulis NASIR SAH

  

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

  Nama Lengkap berikut gelar : NASIRSAH S.Si Tempat dan Tanggal Lahir : Sabadolok, 20 Desember 1982 Alamat Rumah : Kotanopan, Kabupaten MADINA,

  Provinsi Sumatera Utara Telepon/HP : 081396949677/082367258077 Email : nardy_pardy@yahoo.com Nama Ayah : Ali Usman (Alm) Nama Ibu : Nurhani Nasution

DATA PENDIDIKAN

  SD : SD Negeri Sabadolok Kotanopan, Kab. MADINA Tamat : 2001 SMP : MTs. Muhammadiyah Kotanopan,Kab. MADINA Tamat : 1998 SMA : MA Negeri 1 Panyabungan, Kab. MADINA Tamat : 2001 Strata-1 : Kimia FMIPA USU Tamat : 2007 Strata-2 : Program Magister Ilmu Kimia USU Tamat : 2014

  

P EMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA

PULP LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL

ABSTRAK

  Pemanfaatan lignin isolat lindi hitam bahan pengikat alami (natural binder) dari Toba Pulp Lestari sebagai penguat aspal telah dilakukan. Aspal modifier dibuat dalam 9 jenis formulasi dengan variasi perbandingan lignin isolat dengan aspal sebesar 40:60; 35:65; 30:70; 25:75; 20:80; 15:85; 10:90; 5:95 dan 0:100 (b/b) dalam 100 gram, penambahan agregat pasir halus 300 gram, dan di proses dalam ekstruder pada suhu 150 ºC. Sifat mekanik dan sifat termal aspal modifier yang diuji meliputi kuat tekan, daya serap air, morfologi dengan SEM, termal dengan DSC dan gugus fungsi dengan FT-IR.

  Hasil penelitian menunjukkan bahwa campuran yang optimum adalah berupa lignin isolat dan aspal dengan perbandingan 40:60 yang memberikan kepadatan dan kuat tekan yang baik, dan sebanyak 40 gram lignin yang berfungsi sebagai penahan air. Hasil uji morfologi dengan SEM dapat dilihat berupa butiran-butiran kecil diatas aspal modifier yang mengindikasikan bahwa butiran tersebut adalah poliuretan yang hanya berinteraksi sebagian akibat poliuretan terlalu cepat mengeras pada aspal.. Hasil pengujian FTIR diperoleh bahwa aspal modifier yang dihasilkan terjadi interaksi kimia yaitu gugus NCO dari poliuretan dengan TDI berlebih bereaksi dengan gugus hidroksil dari aspal.

  Kata kunci : Lignin; Lindi Hitam; TDI; Poliuretan; Aspal; Agregat

  

UTILIZATION OF BLACK LIQUOR LIGNIN ISOLATES OF TOBA

PULP LESTARI AS ASPHALT REINFORCEMENT

ABSTRACT

Utilization of black liquor lignin isolates natural binder of Toba Pulp Lestari as

asphalt reinforcement has been done. Asphalt modifier made in 9 different types of

formulations with a variation ratio of lignin isolates with asphalt at 40:60 ; 35:65 ;

30:70 ; 25:75 ; 20:80 ; 15:85 ; 10:90 ; 5:95 and 0:100 (b/b) in 100 grams, the addition

of 300 grams of fine sand aggregate, and processed in an extruder at a temperature of

o

  150

  C. Mechanical properties and thermal properties of tested asphalt modifier include

compressive strength, water absorption, morphology by SEM, thermal by DSC, and

functional groups by FT- IR. The results showed that the optimum mixture is in the form

of lignin isolates and asphalt with a ratio of 40 : 60 which gives density and good

compressive strength, and 40 grams of lignin which serves as a water tight.

The results of morphology test by SEM can be seen in the form of small granules on

asphalt modifier that indicates that the granules are polyurethane which interact only

partlydue to the polyurethane hardens too fast on asphalt. FT – IR test results obtained

that produced asphalt modifier chemical interactions that occur NCO of polyurethane

with axcess TDI reacts with the hydroxyl groups of asphalt.

  Keyword : Lignin ; black liquor ; TDI ; Polyurethane ; asphalt ; aggregate

KATA PENGANTAR

  Bismillahirrahmanirrahim Puji Syukur yang tak terhingga penulis ucapkan dengan segala kerendahan hati dan diri kepada Allah SWT, Sang Khaliq yang senantiasa mencurahkan segala nikmat Iman, Islam dan Ihsan, serta Shalawat dan salam kepada Nabi Allah sebagai patron insan terbaik ; Rasulullah Muhammad sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian hingga selesainya penulisan tesis ini dengan sebaik mungkin. Tesis ini berjudul “PEMANFAATAN LIGNIN ISOLAT LINDI HITAM DARI TOBA PULP LESTARI SEBAGAI PENGUAT ASPAL”. Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains (M.Si) Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universias Sumatera Utara Medan.

  Keberhasilan dari penelitian dan penulisan tesis ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak yang terlibat secara langsung maupun tidak langsung dan telah memberikandukungan baik secara moril maupun materil. Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih yang tidak terhingga kepada :

  orang tua saya

  Orangtua penulis, buat Nurhani Nasution yang selalu sabar dan mendoakan, memberi perhatian, dan menjadikan inspirasi di setiap langkah hidup kami. Kepada Ibunda Hadisah Parinduri, Bapak Rajadil Husein Lubis, yang selalu mendoakan dan memotivasi penulis. Kepadasaudara saya tersayang Nasri sah, Anni Kholidah, Masna Wahdani, Tamimi Rusydi, Pahrinnas dan Rahma Dona yang selalu memotivasi dan menginspirasi disetiap langkah hidup kami. Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DMT&H, M.Sc, (CTM), Sp.A(K) dan Dr. Sutarman, M.Sc selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

  Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, P. hd selaku pembimbing I dan Prof.Dr. Thamrin,M.Sc selaku dosen pembimbing II yang telah dengan sabar meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya serta memberikan masukan, saran, dan petunjuk kepada penulis dalam melakukan penelitian dan penyusunan tesis ini.

  Bapak Prof.Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D dan Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc selaku ketua program studi dan sekretaris Pascasarjana Ilmu Kimia. Bapak dan Ibu dosen Pascasarjana Ilmu Kimia yang telah membimbing dan memotivasi serta memberi disiplin ilmu selama penulis menjalani studi. Seluruh staf Kimia Fisika dan Kimia Polimer FMIPA USU : teman-teman asisten laboratorium Kimia Fisika dan Kimia Polimer FMIPA USU. Kak Lely selaku tata usaha Pascasarjana Ilmu Kimia dan bang Edi selaku teknisi Laboratorium Kimia Polimer FMIPA-USU. Sahabat terbaik yang selalu mengerti, membantu, dan berbagi dalam suka dan duka, Bang Abu Bakar, Bang Khatib Lubis, Pevi Riani, Nurfadilah Nasution, Syahfitri, yang telah banyak memberikan masukan dan dorongan semangat kepada penulis.

  Rekan - rekan penulisdiprogram Pascasarjana Ilmu Kimia stambuk 2011 yang telah berbagi banyak ilmu yang bermanfaat. Rekan-rekan di FKIP UMTS Padangsidimpuan yang telah mengajarkan penulis arti persaudaraan. Semua saudara dan teman-teman yang selalu mendoakan yang terbaik kepada penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang telah dengan sabar mendengarkan segala keluh kesah dan memberikan masukannya kepada penulis. Hanya Allah yang dapat membalas segala kebaikan yang telah kalian berikan kepada penulis. Penulis berharap Allah memberikan Berkah-Nya berlipat ganda kepada kalian, amin ya Rabbalalamin.

  Penulis menyadari bahwa tesis ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun dari pihak pembaca sangat diharapkan penulis demi kesempurnaan tesis ini. Akhir kata semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan untuk masa yang akan datang.

  Medan, Agustus 2014 Penulis Nasirsah

  

DAFTAR ISI

ABSTRAK i ABSTRAC ii . KATA PENGANTAR iii DAFTAR ISI v DAFTAR GAMBAR viii DAFTAR TABEL ix DAFTAR LAMPIRAN x DAFTAR SINGKATAN xi

BAB 1 PENDAHULUAN

  1

  1.1 Latar Belakang

  1

  1.2 Permasalahan

  2

  1.3 Pembatasan Masalah

  3

  1.4 Tujuan Penelitian

  3

  1.5 Manfaat Penelitian

  4

  1.6 Metodologi Penelitian

  4

  1.7 Lokasi Penelitian

  5 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

  6

  2.1 Aspal

  6

  2.1.1 Jenis-Jenis Kapal

  8

  2.1.2 Sifat Kimiawi Aspal

  10

  2.1.3 Aspal Modifier

  13

  2.2 Bahan Pengikat Alami (Natural Binder)

  15

  2.2.1 Lignin

  15

  2.2.2 Gugus Fungsi Pada Lignin

  16

  2.2.3 Gugus Hidroksil Pada Lignin

  16

  2.2.4 Spektroskopi Infra Merah Pada Lignin

  37

  2.5.4 Analisa Sifat Termal dengan Uji Differential Sacnning Calorimeter (DSC)

  33

  2.5.5 Analisa Gugus Fungsi dengan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)

  34

  2.5.6 Analisa Kristanilitas dengan X-Ray Diffraction (XRD)

  35 BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

   37

  3.1 Bahan

  37

  3.2 Alat

  3.3 Prosedur Penelitian

  2.5.3 Analisa Sifat Morfologi dengan Uji Scanning Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS)

  37

  3.3.1 Preparasi Agregat dan Lignin Isolat Bahan Pengikat Alami

  38

  3.3.1.1 Preparasi Agregat

  38

  3.3.1.2 Preparas Lignin Isolat Bahan Pengikat Alami

  38

  3.3.1.3 Kadar Kemurnian Lignin

  39

  3.3.1.4 Penentuan Bilangan Hidroksi pada Lignin

  32

  31

  16

  2.3.2 Poliuretan

  2.2.5 Isolasi Lignin

  18

  2.2.6 Penentuan Lignin

  19

  2.3 Perekat

  19

  2.3.1 Isosianat

  19

  2.3.1.1 Jenis Perekat Isosianat

  20

  24

  2.5.2 Analisa Sifat Mekanik Dengan Uji Kuat Tekan (Compressive Strengh Test)

  2.3.2.1 Pembentukan Ikatan Silang Poliuretan

  27

  2.4 Agregat

  28

  2.4.1 Penggunaan Pasir Sebagai Bahan Agregat

  30

  2.5 Karakterisasi Aspal Modifler

  31

  2.5.1 Analisa Sifat Ketahanan Terhadap Air dengan Uji Serapan Air (Water Absorpption Test)

  31

  40

  3.3.2 Proses Pembuatan Aspal Modifier

  4.1.4 Karakteristik Berdasarkan Analisa Sifat Mekanik dengan Uji Kuat Tekan (Compressive Strength Test) Aspal Modifier

  48

  4.1.1 Isolasi Lignin dari Lindi Hitam

  48

  4.1.2 Rendemen Lignin Isolat dan Kadar Lignin Murni

  48

  4.1.3 Karakteristik Lignin Isolat Lindi Hitam dengan Spectroscopy FT IR

  48

  49

   48

  4.1.5 Analisa Ketahanan Terhadap Air dengan Uji Serapan Air

  50 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

   51

  5.1 Kesimpulan

  51

  5.2 Saran

  57 DAFTAR PUSTAKA

   58 DAFTAR LAMPIRAN

  4.1 Hasil

  47 BAB 4 HASIL PEMBAHASAN

  41

  3.4.5 Analisa Gugus Fungsi dengan fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)

  3.4 Karakterisasi Aspal Modifier

  41

  3.4.1 Analisa Sifat Ketahanan Terhadap Air dengan Uji Serapan Air

  42

  3.4.2 Analisa Sifat Mekanik dengan Uji Kuat Tekan

  42

  3.4.3 Analisa Sifat Morfologi dengan Uji Scanning Electron Microscopy (SEM)

  43

  43

  3.5.4 Proses Pembuatan Aspal Modifier

  3.5 Bagan Penelitian

  44

  3.5.1 Proses Isolasi Lignin Isolat dari Lindi Hitam

  44

  3.5.2 Proses Penentuan Kadar Kemurnian Lignin

  45

  3.5.3 Proses Penentuan Bilangan Hidroksi Pada Lignin

  46

   63 fvu hjii

  DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman

Gambar 2.1. Struktur Aspal

  ..8

  8 Gambar 2.2. Struktur Asphaltene

  11 Gambar 2.3. Struktur Saturate

  12 Gambar 2.4. Kuat Tekan

  32 Gambar 4.1. Grafik Pengaruh Lignin Isolat dari Kayu Pinus Merkusii Terhadap Kuat Tekan (Compressive Strength) dan Regangan (Strain) dari Aspal Modifier

  51 Gambar 4.2. Grafik Pengaruh Lignin Isolat dari Kayu Pinus Merkusii Terhadap Daya Serap Air dari Sampel Aspal Modifier

  52 Gambar 4.3. Kurva Hubungan antara Lignin Isolat dari Kayu Pinus Merkusii Terhadap Kapasitas Kalor Aspal Modifier

  53

  

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel 2.1. Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Grade 60/70

  10 Tabel 2.2. Pita serapan penting FTIR Lignin (menurut Hergert 1971)

  17 Tabel 2.3. Ketentuan agregat

  29 Tabel 3.1. Bahan-Bahan Penelitian

  37 Tabel 3.2. Alat-Alat Penelitian

  37 Tabel 4.1. Uji Kuat Tekan Aspal modifier (Compressive Strenght Test)

  50 Tabel 4.2. Daya Serap Air dari Sampel Aspal Modifier

  51 Tabel 4.3. Hasil Pengukuran Sifat termal Aspal Modifier menggunakan DSC dengan kecepatan 20ºC/menit

  53