Karakterisasi Komposit Terbiodegradasikan Dari Polipropilena, Polipropilena Tergrafting Maleat Anhidrida Dan Tepung Biji Durian
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Polimer
Kata polimer pertama kali digunakan oleh kimiawan Swedia Berzelius pada tahun 1833.
Sepanjang abad 19 para kimiawan bekerja dengan makromolekul tanpa memiliki suatu
pengertian yang jelas mengenai strukturnya. Sebenarnya, beberapa polimer alam yang
termodifikasi telah dikomersialkan. Sebagai contoh, selulosa nitrat yang dikenal lewat
misnomer nitro selulosa, dipasarkan di bawah nama-nama “Celluloid” dan “guncotton”
(Stevens, 2001).
Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari unit-unit berulang sederhana.
ζama ini diturunkan dari bahasa yunani poly, yang berarti “banyak” dan mer, yang berarti
“bagian”. εakromolekul merupakan istilah yang sinonim dengan polimer.
Secara tradisional polimer-polimer telah diklasifikasikan menjadi dua kelompok
utama, polimer adisi dan polimer kondensasi. Penggolongan ini pertama kali diusulkan oleh
Carothers, yang didasarkan pada apakah unit ulang dari suatu polimer mengandung atom-
atom yang sama seperti monomer dalam unit ulangnya.
Polimer adisi memiliki atom yang sama seperti monomer dalam unit ulangnya dan
melibatkan reaksi rantai. Penyebab reaksi rantai dapat berupa radikal bebas (partikel reaktif
yang mengandung elektron tak berpasangan) atau ion. Polimer adisi terjadi khusus pada
senyawa yang mempunyai ikatan rangkap.
Sedangkan polimer kondensasi mengandung atom-atom yang lebih sedikit karena
terbentuknya produk sampingan selama berlangsungnya proses polimerisasi(Steven, 2001).
Polimer kondensasi juga dapat mempunyai kesamaan dengan reaksi kondensasi yang terjadi
pada zat bermassa molekul rendah. Pada polimer ini terjadi reaksi antara dua molekul
bergugus fungsi banyak (molekul yang mengandung dua gugus fungsi atau lebih yang dapat
bereaksi) dan memberikan satu molekul besar bergugus fungsi banyak pula, dan diikuti oleh
penyingkiran molekul kecil seperti air (Cowd, 1991).
Universitas Sumatera Utara
7
Dewasa ini, polimer merupakan salah satu bahan teknik yang penting untuk keperluan
kosntruksi atau suku cadang, disamping bahan konvensional lainnya seperti logam dan
keramik. Sebagai „polimer komoditas‟, yaitu bahan polimer yang digunakan pada pembuatan
barang keperluan konsumen, misalnya untuk peralatan rumah tangga, mainan, alat kantor,
dan sebagainya, volume kebutuhannya semakin meningkat. Sampai tahun 1980-an industri
tersebut telah memperkenalkan berbagai bahan polimer teknik, yang pada berbagai
penggunaannya, bahan polimer tersebut telah menggantikan peranan bahan-bahan lain.
Sebagai salah satu contoh, dalam dunia industri pipa distribusi air dan gas, bahan baja, besi,
tembaga dan keramik telah digantikan oleh polipropilena dan polivinil klorida yang kebih
murah dan mudah diperoleh (Wirjosentono, 1998).
2.2. Komposit
Kemasan adalah satu benda yang digunakan untuk wadah atau tempat yang akan dikemas dan
dapat memberikan perlindungan sesuai dengan tujuannya.Beberapa tujuan dari penggunaan
kemasan adalah mencegahatau mengurangi kerusakan, melindungi bahan yang ada di
dalamnya dari pencemaran serta gangguan fisik seperti gesekan, benturan dan getaran. Dari
segi promosi kemasan berfungsi sebagai perangsang atau daya tarik pembeli (Rachmi, 2012).
Intensitas penggunaan plastik sebagai kemasan pangan semakin meningkat. Hal ini
disebabkan oleh banyaknya keunggulan plastik dibandingkan dengan bahan kemasan yang
lain. Plastik merupakan bahan kemasan yang sangat digemari dan banyak digunakan selain
karena sifatnya yang ringan, kuat dan mudah dibentuk, anti karat, dan tahan terhadap bahan
kimia. Plastik juga mempunyai sifat sebagai isolator listrik yang tinggi. Plastik dapat
berwarna ataupun transparan dan biaya proses yang lebih murah, karenanya plastik banyak
digunakan (Widyasari, 2010).
Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu
kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat
(fiber ) sebagai pengisi dan bahan pengikat serat yang disebut matrik. Di dalam komposit
unsur utamanya serat, sedangkan bahan pengikatnya polimer yang mudah dibentuk.
Penggunaan serat sendiri yang utama adalah menentukan karakteristik bahan komposit, serta
kekakuan, kekuatan serta sifat mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi, serat digunakan
untuk menahan gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik berfungsi melindungi dan
mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena
Universitas Sumatera Utara
8
itu, untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik
dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia (Rachmi, 2012)
Teknologi komposit saat ini telah banyak menggunakan karbon murni sebagai serat.
Serat karbon memiliki kekuatan yang jauh lebih baik dibandingkan serat kaca tetapi biaya
produksinya juga lebih mahal. Komposit dari serat karbon juga memiliki sifat ringan dan juga
kuat. Komposit juga banyak digunakan untuk struktur pesawat terbang, alat-alat olahraga,
dan terus meningkat digunakan sebagai pengganti tulang rusak (Syafriana, 2008).
2.2.1.Biokomposit
Biokomposit adalah suatu material yang terdiri dari satu asa atau lebih bahan yang berasal
dari alam. Bahan ini bertindak sebagai penguat seperti contohnya sumber yang berasal dari
serat tanaman seperti kapas, rami atau sejenisnya atau dapat pulsa dari serat kayu ataupun
kertas daur ulang atau dari bahan tanaman yang menjadi limbah. Regenerasi serat selulosa
juga termasuk dalam bahan biokomposit, karena pada dasarnya regenerasi selulosa adalah
merupakan bahan yang dapat diperbaharui oleh alam sebagai matriks dalam biokomposit
tersebut dapat berupa bahan polimer yang secara idealnya dapat diperbaharui pula seperti
misalnya dari minyak sayur. Namun pada saat ini, matriks yang lebih umum digunakan
adalah matriks sintetis yang bersumber dari minyak bumi. Matriks sintetis yang sering
digunakan adalah berupa bahan termoplastik yang dapat didaur ulang seperti polietilen,
polipropilena, polistirena, dan polivinil klorida. Dapat pula digunakan bahan dari termoset
seperti polyester tak jenuh, fenol formaldehida, isosianat dan epoksida (Rachmi, 2012).
Polimer-polimer yang mampu terdegradasi harus memenuhi beberapa kriteria, yaitu
mengandung salah satu dari jenis ikatan asetal amida, atau ester, memiliki berat molekul dan
kristalinitas rendah, serta memiliki hidrofilitas yang tinggi. Persyaratan ini tidak sesuai
dengan spesifikasi teknis plastik yang diinginkan dan dibutuhkan pasar sehingga perlu
adanya pengoptimalan pengaruh berat molekul, kristalinitas dan hidrofilitas terhadap
biodegradibiltas dan sifat mekanik (Steven M.P., 2007).
Menurut Krochta, J.M, (1997), biodegradabel artinya harus sepenuhnya terdegradasi
oleh mikroba yang ada dalam tanah dan hanya menghasilkan senyawa berupa
karbondioksida, air, gas methan.
Universitas Sumatera Utara
9
Menurut Seal (1994), biodegradabel adalah suatu material polimer yang dapat
berubah kedalam senyawa dengan berat molekul rendah dimana paling sedikit satu tahap
pada proses degradasinya melalui metabolisme organisme secara alami.
Biodegradabeldidefenisikan sebagai kemampuan mendekomposisi bahan menjadi
karbondioksida, metana, air, komponen anorganik atau biomassa melalui mekanisme
enzimatis mikroorganisme, yang bisa diuji dengan pengujian standar dalam periode waktu
tertentu.
Biodegradabel
merupakan
salah
satu
mekanisme
degradasi
material,
selaincompostable, hydrobiodegradable, photobiodegradable, biodegradable (Nolan ITU,
2002).
Persyaratan yang dimuat dalam kriteria dan nilai ambang batas merupakan
persyaratan khusus terkait dengan kategori produk sedangkan persyaratan yang dimuat dalam
persyaratan umum merupakan persyaratan umum yang berlaku untuk berbagai kategori
produk manufaktur. Berikut adalah beberapa kriteria yang harus dipenuhi dalam produksi
plastik ekolabel:
1. Bahan baku plastik yang digunakan harus mengandung prodegradant (zat
pendegradasi
2. Campuran bahan baku harus menggunakan pati atau bahan yang bersumber dari alam
serta bahan termoplastik (Flieger, 2003).
Selama ini, biodegradable plastik yang dikembangkan adalah berbasis tepung, baik
tepung alami maupun telah dimodofikasi, proses pembuatan biodegradable plastik berbasis
tepung ini pun sudah banyak dikembangkan, diantaranya:
1. Mencampur tepung dengan plastik konvensional (PE atau PP) dalam jumlah kecil
(10-20%)
2. Mencampur tepung dengan turunan hasil samping minyak bumi seperti PCL, dalam
komposisi yang sama (50%)
3. Menggunakan proses ekstruksi kutuk mencampur tepung dengan bahan-bahan seperti
protein kedelai, gliserol, alginat, lignin, dan sebagainya seperti plasticizer (Flieger Te
la, 2003).
2.3.Polipropilena
Universitas Sumatera Utara
10
Polipropilena merupakan polimer hidrokarbon yang termasuk ke dalam polimer
termoplastik yang dapat diolah pada suhu tinggi. Polipropilena atau polipropena (PP) adalah
sebuah polimer termoplastik yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai
aplikasi, diantaranya pengemasan, tekstil (contohnya tali, pakaian dalam termal, dan karpet),
alat tulis, berbagai tipe wadah terpakaikan ulang serta bagian plastik, perlengkapan
laboratorium, pengeras suara, komponen otomotif, dan uang kertas polimer.Struktur molekul
propilena dapat dilihat pada Gambar 2.1 berikut:
H
CH3
C=C
H
H
Gambar 2.1. Struktur Propilena
Polipropilena merupakan suatu polimer ideal yang sering digunakan sebagai lembar
kemasan. Polipropilena memiliki sifat kelembaban yang baik kecuali terjadi inhibisi dengan
oksigen. Untuk pemanfaatan penggunaan dari polipropilena tersebut, dapat dilakukan
modifikasi terhadap polipropilena (Severini, 1999). Polipropilena merupakan suatu
komoditas yang menarik dari polimer termoplastik. Ketertarikan terhadap polipropilena ini
ditimbulkan karena aplikasinya dibidang komposit, bioteknologi, teknologi serbuk, bidang
elektronik, dan pendukung katalisasi untuk bioreaktor dan pada pengeringan air (Paik,2007).
Pada polipropilena, rantai polimer yang terbentuk dapat tersusun membentuk daerah
kristalin (molekul tersususn teratur) dan bagian lain membentuk daerah amorf (molekul
tersusun secara tidak teratur) (Cowd, M.A, 1991).
Propilena merupakan polimer termoplastik yang transparan berwarna putih.
Polipropilena memiliki titik lebur
0
C. Poliropilena memiliki densitas 0,90 - 0,92 dan
titik leleh 165 – 170 C, memiliki kekerasan dan kerapuhan yang paling tinggi dan bersifat
0
kurang stabil terhadap panas dikarenakan adanya hidorgen tersier. Penggunaan bahan pengisi
dan penguat memungkinkan polipropilena memiliki mutu kimia yang baik sebagai bahan
polimer dan tahan terhadap pemecahan karena tekanan walaupun pada temperatur tinggi.
Kerapuhan polipropilen dibawah 00C dapat dihilangkan dengan penggunaan bahan pengisi
(Gachter, 1990).
Propilena memiliki tegangan (tensile) yang rendah, kekuatan benturan (impact
strengtht) yang tinggi dan ketahanan yang tinggi terhadap berbagai pelarut organik.
Universitas Sumatera Utara
11
Polipropilena juga dapat bersifat sebagai isolator yang baik, mudah diproses dan sangat tahan
terhadap air karena sedikit sekali menyerap air dan sifat kekakuan yang tinggi.
Polipropilena merupakan suatu polimer yang bersifat non polar. Polipropilena ini
dapatdiubah sifat non polarnya menjadi polar dengan cara menggrafting gugus fungsi polar
kedalam rantainya dengan adanya suatu inisiator. Grafting maleat anhidrida kedalam
polipropilena bertujuan untuk meningkatkan kompatibilitas dan kereaktifan polipropilena.
Reaksi grafting polipropilena telah banyak dilakukan tetapi dengan metode lelehan lebih baik
bila dibandingkan dengan metode pencampuran dalam larutan (Gracia-Martinez, 1997).
Untuk meningkatkan kesesuaian sifat polimer (compability) seperti hidrofilitas agar
dapat berikatan dengan tepung dari biji durian, polipropilena harus dimodifikasi terlebih
dahulu untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Salah satu modifikasi yang efektif untuk
memasukkan sifat-sifat yang diinginkan adalah dengan teknik grafting (tempel/cangkok)
yang difungsionalisasikan dengan maleat anhidrida.
2.3.1. Grafting Polipropilena
Grafting kopolimer adalah suatu polimer yang terdiri dari molekul-molekul dengan satu atau
lebih jenis dari monomer yang terhubung pada sisi rantai utama. Grafting kopolimer dapat
juga disiapkan oleh proses kopolimerisasi cabang dengan monomer yang akan membentuk
rantai utama. Grafting maleat anhidrida kedalam polipropilena bertujuan untuk meningkatkan
kompatilibitas dan kereaktifan dari polipropilena.
Secara laporan fungsionalisasi yang diterima, proses dilakukan dengan cara grafting
maleat anhidrida (MA) kepada polipropilena yang dalam kondisi cair dengan keberadaan
suatu peroksida organik. Reaksi tersebut dapat dijabarkan suatu mekanisme reaksi radikal.
Inisiator peroksida membentuk suatu radikal yaitu yang akanmenyerang satu atom hidrogen
yang berasal dari karbon tersier polipropilena yang akan membentuk polipropilena makro
radikal.
Fungsionalisasi terhadap polipropilena oleh monomer-monomer polar merupakan
suatu cara yang efektif untuk meningkatkan kepolaran dari polipropilena tersebut dengan cara
grafting maleat anhidrida pada polipropilena. Dan kenyataannya berbagai jenis dari polimerpolimer yang tergrafting telah digunakan secara luas untuk memperbaiki adhesi permukaan
antara komponen pada campuran polimer. Modifikasi dari polipropilena juga digunakan
secara luas untuk meningkatkan penggunaan dari bahan-bahan mekanik dari komposit yang
Universitas Sumatera Utara
12
berbahan dasarpolipropilena dan juga meningkatkan kekuatan dari komposit tersebut
(Rachmi, 2012).
Mekanisme penempelan gugus fungsi pada polipropilena diawali dengan hilangnya
satu atom H dari atamom C tersier dengan adanya inisiator dikumil peroksida menghasilkan
radikal polipropilena selanjutnya akan berinteraksi dengan gugus maleat anhidrida.Tahapan
reaksinya adalah sebagai berikut:
Dekomposisi peroksida
Inisiasi
Propagasi
Universitas Sumatera Utara
13
Transfer rantai
Universitas Sumatera Utara
14
Terminasi
2.4.Maleat Anhidrida
Maleat anhidrida larut dalam aseton dan air, meleleh pada temperatur 57-600C, mendidih
pada 2020C, tidak berwarna atau berwarna putih padat dalam keadaan murni dengan bau yang
sangat tajam. Maleat anhidrida adalah senyawa vinil tidak jenuh yang merupakan bahan
mentah dalam sintesa resin polyester, pelapisan permukaan karet deterjen, bahan aditif dan
minyak pelumas, plastisizer, dan kopolimer. Maleat anhidrida mempunyai sifat kimia khas
yaitu adanya ikatan etilenik dengan gugus karbonil didalamnya. Ikatan ini berperan dalam
reaksi adisi.maleat anhidrida juga dikenal sebagai 2,5-furandione (Parker,P. 1984).
O
O
O
Gambar 2.3 Struktur Maleat Anhidrida
2.5. Dikumil Peroksida
Sekarang
sudah
banyak
tersedia
inisiator-inisiator
radikal
bebas;
mereka
biasa
dikelompokkan ke dalam 4 tipe utama: peroksida dan hidroperoksida, senyawa azo, inisiator
redoks, dan beberapa senyawa yang membentuk radikal-radikal dibawah pengaruh cahaya.
Universitas Sumatera Utara
15
Radiasi berenergi tinggi bisa juga menimbulkan polimerisasi radikal bebas meskipun radiasi
seperti ini jarang digunakan.
2.5.1. Penggunaan Dikumil Peroksida (DKP) Sebagai Inisiator
Diantara berbagai tipe inisiator, peroksida (ROOR) dan hidroperoksida (ROOH) merupakan
jenis yang paling banyak digunakan. Mereka tidak stabil dengan panas dan terurai menjadi
radikal-radikal pada suatu suhu dan laju yang tergantung pada strukturnya. Yang ideal suatu
inisiator peroksida mestilah relatif stabil pada suhu pemrosesan polimer untuk menjamin laju
reaksi yang layak (Steven, 2011).
Dikumil peroksida adalah sumber radikal sumber yang kuat, dan digunakan sebagai
inisiator polimerisasi, katalis, dan zat penvulkanisasi. Sifat fisik dikumil peroksida:
1. Ttitk lebur 39-410C
2. pH 5.7
3. Kelarutan larut dalam alkohol, keton, ester dan aromatik hidrokarbon
4. Berupa bubuk putih kristal
5. Titik didih 1300C
Teknik crosslinking (ikat silang) karet dengan peroksida telah dikenal sejak lama.
Keuntungan umum menggunakan peroksida sebagaizat ikat silang adalah ketahanannya baik
pada suhu tinggi dalam waktu yang lama, keelastisannya yang baik, dan tidak ada
penghilangan warna pada produk akhir (Thitithammawong dik, 2007).
Gambar 2.4. Struktur Dikumil Peroksida
DKP terdekomposisi dengan cepat, menyebabkan kebakaran dan ledakan, pada pemanasan
dan dibawah pengaruh cahaya. DKP juga bereaksi keras dengan senyawa yang bertentangan (asam,
basa, zat pereduksi, dan logam berat). Sebaiknya DKP disimpan dalam kondisi temperatur kamar
(
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Polimer
Kata polimer pertama kali digunakan oleh kimiawan Swedia Berzelius pada tahun 1833.
Sepanjang abad 19 para kimiawan bekerja dengan makromolekul tanpa memiliki suatu
pengertian yang jelas mengenai strukturnya. Sebenarnya, beberapa polimer alam yang
termodifikasi telah dikomersialkan. Sebagai contoh, selulosa nitrat yang dikenal lewat
misnomer nitro selulosa, dipasarkan di bawah nama-nama “Celluloid” dan “guncotton”
(Stevens, 2001).
Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari unit-unit berulang sederhana.
ζama ini diturunkan dari bahasa yunani poly, yang berarti “banyak” dan mer, yang berarti
“bagian”. εakromolekul merupakan istilah yang sinonim dengan polimer.
Secara tradisional polimer-polimer telah diklasifikasikan menjadi dua kelompok
utama, polimer adisi dan polimer kondensasi. Penggolongan ini pertama kali diusulkan oleh
Carothers, yang didasarkan pada apakah unit ulang dari suatu polimer mengandung atom-
atom yang sama seperti monomer dalam unit ulangnya.
Polimer adisi memiliki atom yang sama seperti monomer dalam unit ulangnya dan
melibatkan reaksi rantai. Penyebab reaksi rantai dapat berupa radikal bebas (partikel reaktif
yang mengandung elektron tak berpasangan) atau ion. Polimer adisi terjadi khusus pada
senyawa yang mempunyai ikatan rangkap.
Sedangkan polimer kondensasi mengandung atom-atom yang lebih sedikit karena
terbentuknya produk sampingan selama berlangsungnya proses polimerisasi(Steven, 2001).
Polimer kondensasi juga dapat mempunyai kesamaan dengan reaksi kondensasi yang terjadi
pada zat bermassa molekul rendah. Pada polimer ini terjadi reaksi antara dua molekul
bergugus fungsi banyak (molekul yang mengandung dua gugus fungsi atau lebih yang dapat
bereaksi) dan memberikan satu molekul besar bergugus fungsi banyak pula, dan diikuti oleh
penyingkiran molekul kecil seperti air (Cowd, 1991).
Universitas Sumatera Utara
7
Dewasa ini, polimer merupakan salah satu bahan teknik yang penting untuk keperluan
kosntruksi atau suku cadang, disamping bahan konvensional lainnya seperti logam dan
keramik. Sebagai „polimer komoditas‟, yaitu bahan polimer yang digunakan pada pembuatan
barang keperluan konsumen, misalnya untuk peralatan rumah tangga, mainan, alat kantor,
dan sebagainya, volume kebutuhannya semakin meningkat. Sampai tahun 1980-an industri
tersebut telah memperkenalkan berbagai bahan polimer teknik, yang pada berbagai
penggunaannya, bahan polimer tersebut telah menggantikan peranan bahan-bahan lain.
Sebagai salah satu contoh, dalam dunia industri pipa distribusi air dan gas, bahan baja, besi,
tembaga dan keramik telah digantikan oleh polipropilena dan polivinil klorida yang kebih
murah dan mudah diperoleh (Wirjosentono, 1998).
2.2. Komposit
Kemasan adalah satu benda yang digunakan untuk wadah atau tempat yang akan dikemas dan
dapat memberikan perlindungan sesuai dengan tujuannya.Beberapa tujuan dari penggunaan
kemasan adalah mencegahatau mengurangi kerusakan, melindungi bahan yang ada di
dalamnya dari pencemaran serta gangguan fisik seperti gesekan, benturan dan getaran. Dari
segi promosi kemasan berfungsi sebagai perangsang atau daya tarik pembeli (Rachmi, 2012).
Intensitas penggunaan plastik sebagai kemasan pangan semakin meningkat. Hal ini
disebabkan oleh banyaknya keunggulan plastik dibandingkan dengan bahan kemasan yang
lain. Plastik merupakan bahan kemasan yang sangat digemari dan banyak digunakan selain
karena sifatnya yang ringan, kuat dan mudah dibentuk, anti karat, dan tahan terhadap bahan
kimia. Plastik juga mempunyai sifat sebagai isolator listrik yang tinggi. Plastik dapat
berwarna ataupun transparan dan biaya proses yang lebih murah, karenanya plastik banyak
digunakan (Widyasari, 2010).
Komposit adalah penggabungan dua atau lebih material yang berbeda sebagai suatu
kombinasi yang menyatu. Bahan komposit pada umumnya terdiri dari dua unsur, yaitu serat
(fiber ) sebagai pengisi dan bahan pengikat serat yang disebut matrik. Di dalam komposit
unsur utamanya serat, sedangkan bahan pengikatnya polimer yang mudah dibentuk.
Penggunaan serat sendiri yang utama adalah menentukan karakteristik bahan komposit, serta
kekakuan, kekuatan serta sifat mekanik lainnya. Sebagai bahan pengisi, serat digunakan
untuk menahan gaya yang bekerja pada bahan komposit, matrik berfungsi melindungi dan
mengikat serat agar dapat bekerja dengan baik terhadap gaya-gaya yang terjadi. Oleh karena
Universitas Sumatera Utara
8
itu, untuk bahan serat digunakan bahan yang kuat, kaku dan getas, sedangkan bahan matrik
dipilih bahan-bahan yang liat, lunak dan tahan terhadap perlakuan kimia (Rachmi, 2012)
Teknologi komposit saat ini telah banyak menggunakan karbon murni sebagai serat.
Serat karbon memiliki kekuatan yang jauh lebih baik dibandingkan serat kaca tetapi biaya
produksinya juga lebih mahal. Komposit dari serat karbon juga memiliki sifat ringan dan juga
kuat. Komposit juga banyak digunakan untuk struktur pesawat terbang, alat-alat olahraga,
dan terus meningkat digunakan sebagai pengganti tulang rusak (Syafriana, 2008).
2.2.1.Biokomposit
Biokomposit adalah suatu material yang terdiri dari satu asa atau lebih bahan yang berasal
dari alam. Bahan ini bertindak sebagai penguat seperti contohnya sumber yang berasal dari
serat tanaman seperti kapas, rami atau sejenisnya atau dapat pulsa dari serat kayu ataupun
kertas daur ulang atau dari bahan tanaman yang menjadi limbah. Regenerasi serat selulosa
juga termasuk dalam bahan biokomposit, karena pada dasarnya regenerasi selulosa adalah
merupakan bahan yang dapat diperbaharui oleh alam sebagai matriks dalam biokomposit
tersebut dapat berupa bahan polimer yang secara idealnya dapat diperbaharui pula seperti
misalnya dari minyak sayur. Namun pada saat ini, matriks yang lebih umum digunakan
adalah matriks sintetis yang bersumber dari minyak bumi. Matriks sintetis yang sering
digunakan adalah berupa bahan termoplastik yang dapat didaur ulang seperti polietilen,
polipropilena, polistirena, dan polivinil klorida. Dapat pula digunakan bahan dari termoset
seperti polyester tak jenuh, fenol formaldehida, isosianat dan epoksida (Rachmi, 2012).
Polimer-polimer yang mampu terdegradasi harus memenuhi beberapa kriteria, yaitu
mengandung salah satu dari jenis ikatan asetal amida, atau ester, memiliki berat molekul dan
kristalinitas rendah, serta memiliki hidrofilitas yang tinggi. Persyaratan ini tidak sesuai
dengan spesifikasi teknis plastik yang diinginkan dan dibutuhkan pasar sehingga perlu
adanya pengoptimalan pengaruh berat molekul, kristalinitas dan hidrofilitas terhadap
biodegradibiltas dan sifat mekanik (Steven M.P., 2007).
Menurut Krochta, J.M, (1997), biodegradabel artinya harus sepenuhnya terdegradasi
oleh mikroba yang ada dalam tanah dan hanya menghasilkan senyawa berupa
karbondioksida, air, gas methan.
Universitas Sumatera Utara
9
Menurut Seal (1994), biodegradabel adalah suatu material polimer yang dapat
berubah kedalam senyawa dengan berat molekul rendah dimana paling sedikit satu tahap
pada proses degradasinya melalui metabolisme organisme secara alami.
Biodegradabeldidefenisikan sebagai kemampuan mendekomposisi bahan menjadi
karbondioksida, metana, air, komponen anorganik atau biomassa melalui mekanisme
enzimatis mikroorganisme, yang bisa diuji dengan pengujian standar dalam periode waktu
tertentu.
Biodegradabel
merupakan
salah
satu
mekanisme
degradasi
material,
selaincompostable, hydrobiodegradable, photobiodegradable, biodegradable (Nolan ITU,
2002).
Persyaratan yang dimuat dalam kriteria dan nilai ambang batas merupakan
persyaratan khusus terkait dengan kategori produk sedangkan persyaratan yang dimuat dalam
persyaratan umum merupakan persyaratan umum yang berlaku untuk berbagai kategori
produk manufaktur. Berikut adalah beberapa kriteria yang harus dipenuhi dalam produksi
plastik ekolabel:
1. Bahan baku plastik yang digunakan harus mengandung prodegradant (zat
pendegradasi
2. Campuran bahan baku harus menggunakan pati atau bahan yang bersumber dari alam
serta bahan termoplastik (Flieger, 2003).
Selama ini, biodegradable plastik yang dikembangkan adalah berbasis tepung, baik
tepung alami maupun telah dimodofikasi, proses pembuatan biodegradable plastik berbasis
tepung ini pun sudah banyak dikembangkan, diantaranya:
1. Mencampur tepung dengan plastik konvensional (PE atau PP) dalam jumlah kecil
(10-20%)
2. Mencampur tepung dengan turunan hasil samping minyak bumi seperti PCL, dalam
komposisi yang sama (50%)
3. Menggunakan proses ekstruksi kutuk mencampur tepung dengan bahan-bahan seperti
protein kedelai, gliserol, alginat, lignin, dan sebagainya seperti plasticizer (Flieger Te
la, 2003).
2.3.Polipropilena
Universitas Sumatera Utara
10
Polipropilena merupakan polimer hidrokarbon yang termasuk ke dalam polimer
termoplastik yang dapat diolah pada suhu tinggi. Polipropilena atau polipropena (PP) adalah
sebuah polimer termoplastik yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai
aplikasi, diantaranya pengemasan, tekstil (contohnya tali, pakaian dalam termal, dan karpet),
alat tulis, berbagai tipe wadah terpakaikan ulang serta bagian plastik, perlengkapan
laboratorium, pengeras suara, komponen otomotif, dan uang kertas polimer.Struktur molekul
propilena dapat dilihat pada Gambar 2.1 berikut:
H
CH3
C=C
H
H
Gambar 2.1. Struktur Propilena
Polipropilena merupakan suatu polimer ideal yang sering digunakan sebagai lembar
kemasan. Polipropilena memiliki sifat kelembaban yang baik kecuali terjadi inhibisi dengan
oksigen. Untuk pemanfaatan penggunaan dari polipropilena tersebut, dapat dilakukan
modifikasi terhadap polipropilena (Severini, 1999). Polipropilena merupakan suatu
komoditas yang menarik dari polimer termoplastik. Ketertarikan terhadap polipropilena ini
ditimbulkan karena aplikasinya dibidang komposit, bioteknologi, teknologi serbuk, bidang
elektronik, dan pendukung katalisasi untuk bioreaktor dan pada pengeringan air (Paik,2007).
Pada polipropilena, rantai polimer yang terbentuk dapat tersusun membentuk daerah
kristalin (molekul tersususn teratur) dan bagian lain membentuk daerah amorf (molekul
tersusun secara tidak teratur) (Cowd, M.A, 1991).
Propilena merupakan polimer termoplastik yang transparan berwarna putih.
Polipropilena memiliki titik lebur
0
C. Poliropilena memiliki densitas 0,90 - 0,92 dan
titik leleh 165 – 170 C, memiliki kekerasan dan kerapuhan yang paling tinggi dan bersifat
0
kurang stabil terhadap panas dikarenakan adanya hidorgen tersier. Penggunaan bahan pengisi
dan penguat memungkinkan polipropilena memiliki mutu kimia yang baik sebagai bahan
polimer dan tahan terhadap pemecahan karena tekanan walaupun pada temperatur tinggi.
Kerapuhan polipropilen dibawah 00C dapat dihilangkan dengan penggunaan bahan pengisi
(Gachter, 1990).
Propilena memiliki tegangan (tensile) yang rendah, kekuatan benturan (impact
strengtht) yang tinggi dan ketahanan yang tinggi terhadap berbagai pelarut organik.
Universitas Sumatera Utara
11
Polipropilena juga dapat bersifat sebagai isolator yang baik, mudah diproses dan sangat tahan
terhadap air karena sedikit sekali menyerap air dan sifat kekakuan yang tinggi.
Polipropilena merupakan suatu polimer yang bersifat non polar. Polipropilena ini
dapatdiubah sifat non polarnya menjadi polar dengan cara menggrafting gugus fungsi polar
kedalam rantainya dengan adanya suatu inisiator. Grafting maleat anhidrida kedalam
polipropilena bertujuan untuk meningkatkan kompatibilitas dan kereaktifan polipropilena.
Reaksi grafting polipropilena telah banyak dilakukan tetapi dengan metode lelehan lebih baik
bila dibandingkan dengan metode pencampuran dalam larutan (Gracia-Martinez, 1997).
Untuk meningkatkan kesesuaian sifat polimer (compability) seperti hidrofilitas agar
dapat berikatan dengan tepung dari biji durian, polipropilena harus dimodifikasi terlebih
dahulu untuk mendapatkan hasil yang diinginkan. Salah satu modifikasi yang efektif untuk
memasukkan sifat-sifat yang diinginkan adalah dengan teknik grafting (tempel/cangkok)
yang difungsionalisasikan dengan maleat anhidrida.
2.3.1. Grafting Polipropilena
Grafting kopolimer adalah suatu polimer yang terdiri dari molekul-molekul dengan satu atau
lebih jenis dari monomer yang terhubung pada sisi rantai utama. Grafting kopolimer dapat
juga disiapkan oleh proses kopolimerisasi cabang dengan monomer yang akan membentuk
rantai utama. Grafting maleat anhidrida kedalam polipropilena bertujuan untuk meningkatkan
kompatilibitas dan kereaktifan dari polipropilena.
Secara laporan fungsionalisasi yang diterima, proses dilakukan dengan cara grafting
maleat anhidrida (MA) kepada polipropilena yang dalam kondisi cair dengan keberadaan
suatu peroksida organik. Reaksi tersebut dapat dijabarkan suatu mekanisme reaksi radikal.
Inisiator peroksida membentuk suatu radikal yaitu yang akanmenyerang satu atom hidrogen
yang berasal dari karbon tersier polipropilena yang akan membentuk polipropilena makro
radikal.
Fungsionalisasi terhadap polipropilena oleh monomer-monomer polar merupakan
suatu cara yang efektif untuk meningkatkan kepolaran dari polipropilena tersebut dengan cara
grafting maleat anhidrida pada polipropilena. Dan kenyataannya berbagai jenis dari polimerpolimer yang tergrafting telah digunakan secara luas untuk memperbaiki adhesi permukaan
antara komponen pada campuran polimer. Modifikasi dari polipropilena juga digunakan
secara luas untuk meningkatkan penggunaan dari bahan-bahan mekanik dari komposit yang
Universitas Sumatera Utara
12
berbahan dasarpolipropilena dan juga meningkatkan kekuatan dari komposit tersebut
(Rachmi, 2012).
Mekanisme penempelan gugus fungsi pada polipropilena diawali dengan hilangnya
satu atom H dari atamom C tersier dengan adanya inisiator dikumil peroksida menghasilkan
radikal polipropilena selanjutnya akan berinteraksi dengan gugus maleat anhidrida.Tahapan
reaksinya adalah sebagai berikut:
Dekomposisi peroksida
Inisiasi
Propagasi
Universitas Sumatera Utara
13
Transfer rantai
Universitas Sumatera Utara
14
Terminasi
2.4.Maleat Anhidrida
Maleat anhidrida larut dalam aseton dan air, meleleh pada temperatur 57-600C, mendidih
pada 2020C, tidak berwarna atau berwarna putih padat dalam keadaan murni dengan bau yang
sangat tajam. Maleat anhidrida adalah senyawa vinil tidak jenuh yang merupakan bahan
mentah dalam sintesa resin polyester, pelapisan permukaan karet deterjen, bahan aditif dan
minyak pelumas, plastisizer, dan kopolimer. Maleat anhidrida mempunyai sifat kimia khas
yaitu adanya ikatan etilenik dengan gugus karbonil didalamnya. Ikatan ini berperan dalam
reaksi adisi.maleat anhidrida juga dikenal sebagai 2,5-furandione (Parker,P. 1984).
O
O
O
Gambar 2.3 Struktur Maleat Anhidrida
2.5. Dikumil Peroksida
Sekarang
sudah
banyak
tersedia
inisiator-inisiator
radikal
bebas;
mereka
biasa
dikelompokkan ke dalam 4 tipe utama: peroksida dan hidroperoksida, senyawa azo, inisiator
redoks, dan beberapa senyawa yang membentuk radikal-radikal dibawah pengaruh cahaya.
Universitas Sumatera Utara
15
Radiasi berenergi tinggi bisa juga menimbulkan polimerisasi radikal bebas meskipun radiasi
seperti ini jarang digunakan.
2.5.1. Penggunaan Dikumil Peroksida (DKP) Sebagai Inisiator
Diantara berbagai tipe inisiator, peroksida (ROOR) dan hidroperoksida (ROOH) merupakan
jenis yang paling banyak digunakan. Mereka tidak stabil dengan panas dan terurai menjadi
radikal-radikal pada suatu suhu dan laju yang tergantung pada strukturnya. Yang ideal suatu
inisiator peroksida mestilah relatif stabil pada suhu pemrosesan polimer untuk menjamin laju
reaksi yang layak (Steven, 2011).
Dikumil peroksida adalah sumber radikal sumber yang kuat, dan digunakan sebagai
inisiator polimerisasi, katalis, dan zat penvulkanisasi. Sifat fisik dikumil peroksida:
1. Ttitk lebur 39-410C
2. pH 5.7
3. Kelarutan larut dalam alkohol, keton, ester dan aromatik hidrokarbon
4. Berupa bubuk putih kristal
5. Titik didih 1300C
Teknik crosslinking (ikat silang) karet dengan peroksida telah dikenal sejak lama.
Keuntungan umum menggunakan peroksida sebagaizat ikat silang adalah ketahanannya baik
pada suhu tinggi dalam waktu yang lama, keelastisannya yang baik, dan tidak ada
penghilangan warna pada produk akhir (Thitithammawong dik, 2007).
Gambar 2.4. Struktur Dikumil Peroksida
DKP terdekomposisi dengan cepat, menyebabkan kebakaran dan ledakan, pada pemanasan
dan dibawah pengaruh cahaya. DKP juga bereaksi keras dengan senyawa yang bertentangan (asam,
basa, zat pereduksi, dan logam berat). Sebaiknya DKP disimpan dalam kondisi temperatur kamar
(