Pemanfaatan Lignin Isolat Bahan Pengikat Alami (Natural Binder) Dari Kayu Pinus (Pinus Merkusii Jungh Et De Vriese) Sebagai Penguat Aspal
18
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dewasa ini infrastruktur jalan raya di Indonesia masih merupakan masalah besar
karena sebahagian jalan raya ini perlu peremajaan atau perbaikan setiap tahunnya. Jika
dilihat kekuatan atau ketahanan dari jalan yang dibuat begitu cepat rusak, tentu
banyak faktor yang menyebabkannya. Hal ini jika dipandang dari sudut sains kimia
boleh jadi akibat kurang kuatnya ikatan kimia antara aspal dengan agregatnya
(Tamrin, 2011).
Aspal berfungsi sebagai perekat batuan baik agregat maupun filler menjadikan
hal yang sangat penting untuk dipertahankan kemampuanya terhadap kelekatan, titik
lembek dan kelenturannya. Untuk mempertahankan atau meningkatkan sifat-sifat
aspal tersebut maka diperlukan penambahkan
bahan aditif atau bahan pengikat
(binder) pada aspal (Sukirman, 2003).
Penelitian terdahulu tentang kekuatan aspal dengan penambahan binder atau
aditif ditinjau dari ikatan kimia yang sangat berpengaruh pada sifat mekanik dan sifat
termal aspal belum banyak diteliti. Penelitian yang pernah dilakukan antara lain
Interaksi non-linear dalam pengikat aspal (Kenneth M. Liechti et al., 2012), Pengaruh
Aditif Alam yang
disintesis dengan Metode Fischer-Tropsch pada Properties of
Petroleum Bitumen dan Kualitas Aspal melayang (Syroezhko A. M. et al., 2011),
Hubungan antara Nonlinieritas dari Binder Aspal dan Aspal Campuran Deformasi
Permanen (Rodrigo Delgadillo et al., 2010), Pengujian Binder Aspal dan Campuran
(Thamindra Wasage et al., 2010).
Berhubung dengan hal ini, maka dalam penelitian ini dimanfaatkan Lignin dari
kayu pinus merkusii dapat dimanfaatkan sebagai natural binder atau aditif dengan
harga yang relatif lebih murah dengan memanfaatkan sebuk gergajian kayu pinus
merkusii, karena diperkirakan serbuk gergajian kayu pinus merkusii tersebut
Universitas Sumatera Utara
19
mengandung lignin yang dapat diisolasi dengan menggunakan metoda ekstraksi dan
isolasi, dan dapat digunakan sebagai sumber poliol untuk sintesis poliuretan.
Lignin sebagai sumber poliol dan berfungsi sebagai natural binder merupakan
polimer alam yang sudah banyak diteliti, dimana lignin mempunyai lebih dari dua
gugus hidroksil per molekulnya yang dapat dibuat poliuretan dengan mereaksikan
dengan isosianat seperti MDI (difenilmetana 4,4’-diisosianat) melalui gugus NCO
dengan poliol dari lignin. Joana S. Amaral et al., (2012) telah meneliti tentang
poliuretan yang dibuat dari poliol lignin dan gliserol dengan isosianat untuk melihat
sifat termal dan biodegradasi jamur dalam judul penelitian “Fungal degradation of
lignin-based rigid polyurethane foams”. Cateto C.A. et al., (2008) telah meneliti
lignin berbasis poliuretan dalam penentuan ikat silang lignin dengan poliuretan dan
penghitungan energi kinetik yang dihasilkan melalui FTIR dalam judul penelitian
“Monitoring of lignin-based polyurethane synthesis by FTIR-ATR”. Xianwu Zou. Et
al., (2012) juga telah meneliti tentang sintesis dan karakterisari poliuretan dari
modifikasi heavy oil berbasis poliol dengan MDI (difenilmetana 4,4’-diisosianat)
dalam judul penelitian “Synthesis and properties of polyurethane foams prepared from
heavy oil modified by polyols with 4,4’-methylene-diphenylene isocyanate (MDI)”.
Berdasarkan uraian diatas, maka peneliti ingin mencoba melakukan penelitian
tentang pemanfaatan lignin isolat bahan pengikat alami (natural binder) dari kayu
pinus (pinus merkusii jungh et de vriese) sebagai penguat aspal. Pada sintesis
poliuretan
menggunakan
lignin
isolat
berbasis
poliol
direaksikan
dengan
difenilmetana 4,4’-diisosianat (MDI) yang disesuaikan dengan jumlah hidroksi dari
lignin isolat (Joana S. Amaral et al., 2012). Dimana dengan adanya difenilmetana
4,4’-diisosianat (MDI) berlebih dari poliuretan hasil sintesis dapat bertindak sebagai
binder direaksikan langsung dengan aspal yang kemudian digabungkan dengan
agregat untuk pembuatan aspal modifier.
Diharapkan dalam penelitian ini pemanfaatan dan penggunaan lignin isolat
dari kayu pinus yang ditambahkan pada sintesis poliuretan dapat meningkatkan sifat
mekanik dan sifat termal dari aspal modifier yang dihasilkan.
Universitas Sumatera Utara
20
1.2
Permasalahan
Adapun permasalahan pada penelitian ini adalah:
1.
Apakah aspal dapat bercampur secara sempurna dengan menggunakan lignin
isolat bahan pengikat alami (Natural binder) dari kayu pinus (Pinus merkusii
jungh et de vriese) yang telah direaksikan dengan difenilmetana 4,4’-diisosianat.
2.
Apakah pemanfaatan pencampuran lignin isolat bahan pengikat alami (Natural
binder) dari kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de vriese) efektif dalam
meningkatkan sifat mekanik dan sifat termal dari aspal.
3.
Bagaimana kondisi yang ideal untuk lignin isolat bahan pengikat alami (Natural
binder) dari kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de vriese) yang digunakan agar
mutu aspal jadi lebih baik.
1.3
Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini permasalahan dibatasi pada:
1.
Sampel yang digunakan yaitu aspal produksi asal iran dengan type grade 60/70
yang diperoleh dari distributor PT. Gudang Aspal 51 Medan-Sumatera Utara.
2.
Binder alam yang digunakan yaitu serbuk kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de
vriese) yang diperoleh dari kebun pinus CV. Luhur Simarjarunjung Kabupaten
Simalungun-Sumatera Utara.
3.
Bahan agregat yang digunakan merupakan pasir halus yang diperoleh dari toko
panglong CV. Setia Jaya Medan-Sumatera Utara.
4.
Analisis dan karakterisasi yang dilakukan adalah Analisa Sifat Ketahanan
Terhadap Air dengan Uji Serapan Air (Water Absorption Test), analisa Sifat
Mekanik dengan Uji Kuat Tekan (Compressive Strength Test), analisa Sifat
Morfologi dengan Uji Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive
Spectroscopy (SEM-EDS), analisa Sifat Termal dengan Uji Differential Scanning
Calorimeter (DSC), analisa Gugus Fungsi dengan Fourier Transform Infrared
Spectroscopy (FTIR), analisa Kristalinitas dengan X-Ray Diffraction (XRD).
5.
Spesimen uji berbentuk kubus ukuran sisi 50 mm.
Universitas Sumatera Utara
21
1.4
Tujuan Penelitian
Berdasarkan masalah diatas maka, tujuan penelitian ini adalah :
1.
Untuk mengetahui teknik pencampuran aspal dengan lignin isolat bahan pengikat
alami (Natural binder) dari kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de vriese) yang
telah direaksikan dengan difenilmetana 4,4’-diisosianat.
2.
Untuk mengetahui optimasi campuran antara lignin isolat yang telah direaksikan
dengan difenilmetana 4,4’-diisosianat dan aspal yang dicampur dengan agregat
agar dapat memberikan data penelitian yang paling baik.
3.
Untuk melihat kinerja lignin isolat bahan pengikat alami (Natural binder) dari
kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de vriese) dalam hal peningkatan sifat
mekanik dan sifat termal dalam penguat aspal.
1.5
Manfaat Penelitian
Hasil yang diperoleh dari penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat :
1.
Sebagai informasi tambahan mengenai pemanfaatan lignin isolat bahan pengikat
alami (Natural binder) dari kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de vriese)
sebagai bahan tambahan dalam aspal yang dapat meningkatkan sifat mekanik dan
sifat termal dari aspal.
2.
Sebagai solusi alternatif terhadap permasalahan pembangunan jalan lalu lintas
agar kualitas aspal sebagai bahan dasar jalan raya lebih baik dan lebih tahan lama.
3.
Menemukan alternatif suatu bahan pengikat alami (Natural binder) baru yang
murah, mudah didapatkan, pengolahan cukup sederhana, bahan yang ramah
lingkungan dan
berasal dari bahan yang dapat diperbaharui yang sekaligus
diharapkan dapat memberikan sumbangan yang positif terhadap pengembangan
teknologi konstruksi perkerasan jalan di Indonesia.
Universitas Sumatera Utara
22
1.6
Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini
dilakukan dalam beberapa tahapan yaitu :
1.
Tahapan Preparasi Agregat dan Lignin Isolat Bahan Pengikat Alami (Natural
Binder)
2.
Tahapan Pembuatan Aspal Modifier
Pada tahapan ini variasi Lignin Isolat bahan pengikat alami (Natural binder) dari
kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de vriese) direaksikan terlebih dahulu
direaksikan
dengan
difenilmetana
4,4’-diisosianat
berlebih
selanjutnya
dicampurkan dengan variasi aspal, dan ditambahkan dengan agregat. Campuran
tersebut yang kemudian diblending menggunakan ekstruder, dan dicetak melalui
Hot Compressor.
3.
Tahapan Karakterisasi Aspal Modifier
Untuk karakterisasi yaitu dengan analisa Sifat Ketahanan Terhadap Air dengan
Uji Serapan Air (Water Absorption Test), analisa Sifat Mekanik dengan Uji Kuat
Tekan (Compressive Strength Test), analisa Sifat Morfologi dengan Uji Scanning
Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), analisa Sifat
Termal dengan Uji Differential Scanning Calorimeter (DSC), analisa Gugus
Fungsi dengan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), analisa
Kristalinitas dengan Uji X-Ray Diffraction (XRD).
Variabel yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
-
Variabel Bebas : - Lignin Isolat dan aspal dengan variasi
perbandingan (b/b) dalam 100 gram : 40:60; 35:65; 30:70;
25:75; 20:80; 15:85; 10:90; 5:95 dan 0:100
-
Variabel Tetap
: - Agregat pasir halus 100 mesh 300 g
-
Variabel Terikat : - Uji Serapan Air (Water Absorption Test)
- Uji Kuat Tekan(Compressive Strength Test)
- Uji Scanning Electron Microscopy (SEM-EDS)
- Uji Differential Scanning Calorimeter (DSC)
- Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
- Uji X-Ray Diffraction (XRD)
Universitas Sumatera Utara
23
1.7
Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer dan Laboratorium Pusat
Penelitian Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara Medan. Analisa Sifat Morfologi dengan Uji Scanning Electron MicroscopyEnergy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), analisa Sifat Termal dengan Uji
Differential Scanning Calorimeter (DSC), analisa Gugus Fungsi dengan Fourier
Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), analisa Kristalinitas dengan Uji X-Ray
Diffraction (XRD) dilakukan di LIPI Bandung.
Universitas Sumatera Utara
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dewasa ini infrastruktur jalan raya di Indonesia masih merupakan masalah besar
karena sebahagian jalan raya ini perlu peremajaan atau perbaikan setiap tahunnya. Jika
dilihat kekuatan atau ketahanan dari jalan yang dibuat begitu cepat rusak, tentu
banyak faktor yang menyebabkannya. Hal ini jika dipandang dari sudut sains kimia
boleh jadi akibat kurang kuatnya ikatan kimia antara aspal dengan agregatnya
(Tamrin, 2011).
Aspal berfungsi sebagai perekat batuan baik agregat maupun filler menjadikan
hal yang sangat penting untuk dipertahankan kemampuanya terhadap kelekatan, titik
lembek dan kelenturannya. Untuk mempertahankan atau meningkatkan sifat-sifat
aspal tersebut maka diperlukan penambahkan
bahan aditif atau bahan pengikat
(binder) pada aspal (Sukirman, 2003).
Penelitian terdahulu tentang kekuatan aspal dengan penambahan binder atau
aditif ditinjau dari ikatan kimia yang sangat berpengaruh pada sifat mekanik dan sifat
termal aspal belum banyak diteliti. Penelitian yang pernah dilakukan antara lain
Interaksi non-linear dalam pengikat aspal (Kenneth M. Liechti et al., 2012), Pengaruh
Aditif Alam yang
disintesis dengan Metode Fischer-Tropsch pada Properties of
Petroleum Bitumen dan Kualitas Aspal melayang (Syroezhko A. M. et al., 2011),
Hubungan antara Nonlinieritas dari Binder Aspal dan Aspal Campuran Deformasi
Permanen (Rodrigo Delgadillo et al., 2010), Pengujian Binder Aspal dan Campuran
(Thamindra Wasage et al., 2010).
Berhubung dengan hal ini, maka dalam penelitian ini dimanfaatkan Lignin dari
kayu pinus merkusii dapat dimanfaatkan sebagai natural binder atau aditif dengan
harga yang relatif lebih murah dengan memanfaatkan sebuk gergajian kayu pinus
merkusii, karena diperkirakan serbuk gergajian kayu pinus merkusii tersebut
Universitas Sumatera Utara
19
mengandung lignin yang dapat diisolasi dengan menggunakan metoda ekstraksi dan
isolasi, dan dapat digunakan sebagai sumber poliol untuk sintesis poliuretan.
Lignin sebagai sumber poliol dan berfungsi sebagai natural binder merupakan
polimer alam yang sudah banyak diteliti, dimana lignin mempunyai lebih dari dua
gugus hidroksil per molekulnya yang dapat dibuat poliuretan dengan mereaksikan
dengan isosianat seperti MDI (difenilmetana 4,4’-diisosianat) melalui gugus NCO
dengan poliol dari lignin. Joana S. Amaral et al., (2012) telah meneliti tentang
poliuretan yang dibuat dari poliol lignin dan gliserol dengan isosianat untuk melihat
sifat termal dan biodegradasi jamur dalam judul penelitian “Fungal degradation of
lignin-based rigid polyurethane foams”. Cateto C.A. et al., (2008) telah meneliti
lignin berbasis poliuretan dalam penentuan ikat silang lignin dengan poliuretan dan
penghitungan energi kinetik yang dihasilkan melalui FTIR dalam judul penelitian
“Monitoring of lignin-based polyurethane synthesis by FTIR-ATR”. Xianwu Zou. Et
al., (2012) juga telah meneliti tentang sintesis dan karakterisari poliuretan dari
modifikasi heavy oil berbasis poliol dengan MDI (difenilmetana 4,4’-diisosianat)
dalam judul penelitian “Synthesis and properties of polyurethane foams prepared from
heavy oil modified by polyols with 4,4’-methylene-diphenylene isocyanate (MDI)”.
Berdasarkan uraian diatas, maka peneliti ingin mencoba melakukan penelitian
tentang pemanfaatan lignin isolat bahan pengikat alami (natural binder) dari kayu
pinus (pinus merkusii jungh et de vriese) sebagai penguat aspal. Pada sintesis
poliuretan
menggunakan
lignin
isolat
berbasis
poliol
direaksikan
dengan
difenilmetana 4,4’-diisosianat (MDI) yang disesuaikan dengan jumlah hidroksi dari
lignin isolat (Joana S. Amaral et al., 2012). Dimana dengan adanya difenilmetana
4,4’-diisosianat (MDI) berlebih dari poliuretan hasil sintesis dapat bertindak sebagai
binder direaksikan langsung dengan aspal yang kemudian digabungkan dengan
agregat untuk pembuatan aspal modifier.
Diharapkan dalam penelitian ini pemanfaatan dan penggunaan lignin isolat
dari kayu pinus yang ditambahkan pada sintesis poliuretan dapat meningkatkan sifat
mekanik dan sifat termal dari aspal modifier yang dihasilkan.
Universitas Sumatera Utara
20
1.2
Permasalahan
Adapun permasalahan pada penelitian ini adalah:
1.
Apakah aspal dapat bercampur secara sempurna dengan menggunakan lignin
isolat bahan pengikat alami (Natural binder) dari kayu pinus (Pinus merkusii
jungh et de vriese) yang telah direaksikan dengan difenilmetana 4,4’-diisosianat.
2.
Apakah pemanfaatan pencampuran lignin isolat bahan pengikat alami (Natural
binder) dari kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de vriese) efektif dalam
meningkatkan sifat mekanik dan sifat termal dari aspal.
3.
Bagaimana kondisi yang ideal untuk lignin isolat bahan pengikat alami (Natural
binder) dari kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de vriese) yang digunakan agar
mutu aspal jadi lebih baik.
1.3
Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini permasalahan dibatasi pada:
1.
Sampel yang digunakan yaitu aspal produksi asal iran dengan type grade 60/70
yang diperoleh dari distributor PT. Gudang Aspal 51 Medan-Sumatera Utara.
2.
Binder alam yang digunakan yaitu serbuk kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de
vriese) yang diperoleh dari kebun pinus CV. Luhur Simarjarunjung Kabupaten
Simalungun-Sumatera Utara.
3.
Bahan agregat yang digunakan merupakan pasir halus yang diperoleh dari toko
panglong CV. Setia Jaya Medan-Sumatera Utara.
4.
Analisis dan karakterisasi yang dilakukan adalah Analisa Sifat Ketahanan
Terhadap Air dengan Uji Serapan Air (Water Absorption Test), analisa Sifat
Mekanik dengan Uji Kuat Tekan (Compressive Strength Test), analisa Sifat
Morfologi dengan Uji Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive
Spectroscopy (SEM-EDS), analisa Sifat Termal dengan Uji Differential Scanning
Calorimeter (DSC), analisa Gugus Fungsi dengan Fourier Transform Infrared
Spectroscopy (FTIR), analisa Kristalinitas dengan X-Ray Diffraction (XRD).
5.
Spesimen uji berbentuk kubus ukuran sisi 50 mm.
Universitas Sumatera Utara
21
1.4
Tujuan Penelitian
Berdasarkan masalah diatas maka, tujuan penelitian ini adalah :
1.
Untuk mengetahui teknik pencampuran aspal dengan lignin isolat bahan pengikat
alami (Natural binder) dari kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de vriese) yang
telah direaksikan dengan difenilmetana 4,4’-diisosianat.
2.
Untuk mengetahui optimasi campuran antara lignin isolat yang telah direaksikan
dengan difenilmetana 4,4’-diisosianat dan aspal yang dicampur dengan agregat
agar dapat memberikan data penelitian yang paling baik.
3.
Untuk melihat kinerja lignin isolat bahan pengikat alami (Natural binder) dari
kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de vriese) dalam hal peningkatan sifat
mekanik dan sifat termal dalam penguat aspal.
1.5
Manfaat Penelitian
Hasil yang diperoleh dari penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat :
1.
Sebagai informasi tambahan mengenai pemanfaatan lignin isolat bahan pengikat
alami (Natural binder) dari kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de vriese)
sebagai bahan tambahan dalam aspal yang dapat meningkatkan sifat mekanik dan
sifat termal dari aspal.
2.
Sebagai solusi alternatif terhadap permasalahan pembangunan jalan lalu lintas
agar kualitas aspal sebagai bahan dasar jalan raya lebih baik dan lebih tahan lama.
3.
Menemukan alternatif suatu bahan pengikat alami (Natural binder) baru yang
murah, mudah didapatkan, pengolahan cukup sederhana, bahan yang ramah
lingkungan dan
berasal dari bahan yang dapat diperbaharui yang sekaligus
diharapkan dapat memberikan sumbangan yang positif terhadap pengembangan
teknologi konstruksi perkerasan jalan di Indonesia.
Universitas Sumatera Utara
22
1.6
Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini
dilakukan dalam beberapa tahapan yaitu :
1.
Tahapan Preparasi Agregat dan Lignin Isolat Bahan Pengikat Alami (Natural
Binder)
2.
Tahapan Pembuatan Aspal Modifier
Pada tahapan ini variasi Lignin Isolat bahan pengikat alami (Natural binder) dari
kayu pinus (Pinus merkusii jungh et de vriese) direaksikan terlebih dahulu
direaksikan
dengan
difenilmetana
4,4’-diisosianat
berlebih
selanjutnya
dicampurkan dengan variasi aspal, dan ditambahkan dengan agregat. Campuran
tersebut yang kemudian diblending menggunakan ekstruder, dan dicetak melalui
Hot Compressor.
3.
Tahapan Karakterisasi Aspal Modifier
Untuk karakterisasi yaitu dengan analisa Sifat Ketahanan Terhadap Air dengan
Uji Serapan Air (Water Absorption Test), analisa Sifat Mekanik dengan Uji Kuat
Tekan (Compressive Strength Test), analisa Sifat Morfologi dengan Uji Scanning
Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), analisa Sifat
Termal dengan Uji Differential Scanning Calorimeter (DSC), analisa Gugus
Fungsi dengan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), analisa
Kristalinitas dengan Uji X-Ray Diffraction (XRD).
Variabel yang dilakukan dalam penelitian ini adalah :
-
Variabel Bebas : - Lignin Isolat dan aspal dengan variasi
perbandingan (b/b) dalam 100 gram : 40:60; 35:65; 30:70;
25:75; 20:80; 15:85; 10:90; 5:95 dan 0:100
-
Variabel Tetap
: - Agregat pasir halus 100 mesh 300 g
-
Variabel Terikat : - Uji Serapan Air (Water Absorption Test)
- Uji Kuat Tekan(Compressive Strength Test)
- Uji Scanning Electron Microscopy (SEM-EDS)
- Uji Differential Scanning Calorimeter (DSC)
- Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)
- Uji X-Ray Diffraction (XRD)
Universitas Sumatera Utara
23
1.7
Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer dan Laboratorium Pusat
Penelitian Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera
Utara Medan. Analisa Sifat Morfologi dengan Uji Scanning Electron MicroscopyEnergy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS), analisa Sifat Termal dengan Uji
Differential Scanning Calorimeter (DSC), analisa Gugus Fungsi dengan Fourier
Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), analisa Kristalinitas dengan Uji X-Ray
Diffraction (XRD) dilakukan di LIPI Bandung.
Universitas Sumatera Utara