BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang - Pengaruh Penambahan Pengisi Tandan Kosong Kelapa Sawit Pada Komposit Termoplastik Elastomer Dari Polipropilena- Karet Ethylene Propylene Diene Monomer
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam pembuatan komposit, suatu matriks harus digabungkan dengan bahan penguat dan penghubung agar dapat memiliki sifat-sifat yang lebih baik dibandingkan dengan sifat-sifat bahan tunggal. Salah satu bahan penguat yang paling baik digunakan adalah dalam bentuk serat seperti serat kaca (fiber glass), serat kayu, serbuk dan lain-lain (Malcolm, 1989).
Untuk meningkatkan suatu sifat yang diinginkan dalam thermosetting polimer, seperti: kekuatan (strength), kekakuan (stiffness) dan juga ketahanan terhadap api (fire
retardant), polimer sering ditambahkan dengan bahan pengisi. Bahan pengisi yang sering
ditambahkan ke dalam polimer adalah bahan yang mampu menyatu secara homogen ke dalam matriksnya seperti talc, mika, kapur, bentonit dan lain-lain (Jin, 2003). Suatu bahan pengisi merupakan material inert yang ditambahkan pada komposisi polimer untuk menghasilkan berbagai sifat mekanik yang diinginkan dan untuk menurunkan biaya (Bhatnagar, 2004).
Ada dua jenis bahan pengisi, yaitu pengisi yang tidak aktif dan bahan pengisi yang aktif atau bahan pengisi yang menguatkan. Bahan pengisi yang tidak aktif hanya menambah kekerasan dan kekakuan pada produk yang dihasilkan tetapi kekuatan dan sifat lainnya menurun, sedangkan bahan pengisi yang aktif dapat meningkatkan kekuatan mekanik komposit (Rini, 1999).
(
Tandan kosong kelapa sawit TKKS) merupakan hasil samping dari pengolahan minyak kelapa sawit yang pemanfaatannya masih terbatas sebagai pupuk, bahan baku pembuatan matras dan media bagi pertumbuhan jamur serta tanaman. TKKS memiliki potensi
yang besar menjadi sumber bahan pengisi yang dapat meningkatkan kekuatan mekanik dengan
ketersediaan yang cukup tinggi(Swadaya, 2001). Adapun luas total perkebunan kelapa sawit Indonesia tahun 2010 sebesar ha. Rerata produksi TKKS adalah berkisar 22% hingga 24% dari total berat tandan buah segar yang diproses di Pabrik Kelapa Sawit (Direktorat Jendral Perkebunan, 2010).
Polipropilena (PP) merupakan bahan polimer sintetis yang bersifat termoplastik sehingga mudah untuk di proses, memiliki kekuatan tarik dan kekakuan yang baik, ketahanan yang tinggi terhadap pelarut organik namun PP memiliki kelemahan yakni sifat kekerasannya dan kekakuan yang tinggi menyebabkan mudah getas atau tidak elastis akibat tegangan putusnya rendah dan daya rekatnya rendah (Bilmeyer, 1989). Penggunaan bahan pengisi dan penguat memungkinkan PP memiliki mutu kimia yang baik sebagai bahan polimer dan tahan terhadap pemecahan karena tekanan walaupun pada temperatur tinggi (Gachter, 1990).
Kini telah dikembangkan pula berbagai polimer sintetis yang rumit dan kebanyakan berasal dari bahan baku turunan minyak bumi. Karet sintetis ethylene propylene diene monomer (EPDM) memiliki keunggulan yakni ketahanan terhadap sinar matahari, minyak, ozon serta pengaruh cuaca lainnya. Sedangkan kelemahannya pada daya lekatnya yang rendah (Rini, 2001).
Campuran antara termoplastik dan elastomer dapat menghasilkan suatu material yang disebut termoplastik elastomer (TPE) dimana karakterisasinya tahan terhadap panas sehingga dapat digunakan sebagai alternatif dalam berbagai aplikasi, seperti industri otomotif (Mangaraj, 2005). TPE memberikan penggunaan material yang lebih baik karena sulit untuk dapat didaur ulang. Selain itu TPE juga memiliki produktivitas yang tinggi dan mudah diproses oleh internal mixer atau ekstrusi (Ismail, 2002). Keunggulan TPE yang dibuat dari proses pencampuran suatu elastomer dan termoplastik adalah sifat yang diinginkan dapat ditentukan dengan memilih komponen elastomer dan plastik pada rasio pencampuran yang sesuai. Banyak kombinasi termoplastik dan elastomer yang sudah komersial, diantaranya adalah campuran PP-EPDM. Namun, EPDM relatif lebih mahal dibandingkan dengan karet alam, sehingga dipelajari kemungkinan campuran karet EPDM dengan karet alam (Sabet, 2000).
Vulkanisasi dinamik dari campuran PP-EPDM-serbuk keramik dengan ukuran nano partikel menghasilkan peningkatan kekuatan tarik dibandingkan sebelum penambahan pengisi serbuk keramik. Dan penelitian selanjutnya melakukan kompatibilisasi pada komposit polipropilen/EPDM/Kaolin dengan zat pengkompatibel MAPP dan dihasilkan peningkatan kekuatan tarik dan modulus young tetapi menurunkan tegangan putusnya (Salmah, 2009).
Campuran PP/EPDM dengan bahan pengisi abu sekam padi putih (ASPP) melaporkan
bahawa hasil pencampuran untuk semua campuran menunjukkan nilai yang sama di dalam kekuatan tarik, ketahanan sobek dan kekerasan pada pencampuran selama 10 menit kecuali pada masa pencampuran 4 menit. Paduan dengan waktu pencampuran 4 menit menunjukkan kekuatan tensil yang paling tinggi dan pemanjangan putus yang paling rendah (Sriwardena, 2001).
Telah dilakukan penelitian Pengaruh penambahan dan ukuran pengisi pada karakterisasi curing dan sifat mekanik dengan penguat tepung kayu kelapa sawit pada komposi karet alam epoksi. Kenaikan jumlah tepung kayu kelapa sawit pada kompon karet alam epoksi menghasilkan penurunan kekuatan tarik dan kemuluran tetapi menaikkan ketahanan sobek dan kekerasan. Dan komposit dengan ukuran pengisi kecil menunjukkan kenaikan kekuatan tarik dan ketahanan sobeknya (Ismail, 1996).
Akhir-akhir ini pembuatan TPE dibuat dengan campuran poliolefin termoplastik dan karet berkembang dengan pesat. TPE tersebut dikembangkan dalam dua jenis produk yang berbeda. Jenis yang pertama adalah campuran sederhana yang disebut termoplastik elastromer olefin (TPO) yang didasarkan pada ASTM D5593. Dan jenis kedua adalah fase karet yang divulkanisasi dinamik, menghasilkan termoplastik vulkanisat (TPV) yang didasarkan pada ASTM D5046. Umumnya material poliolefin TPE yang sudah dikembangkan terbuat dari karet sintetik seperti EPDM, etilena-propilena-rubber (EPR) dan butadiene-akrilonitril-rubber (NBR) atau modifikasinya (Baharudin, 2007).
Telah dilakukan penelitian pencampuran PP (50 g) dan karet sintetis EPDM (50 g) dengan variasi konsentrasi inisiator dikumil peroksida (DKP) dan variasi konsentrasi divinilbenzena (DVB) dan dihasilkan campuran yang optimum pada variasi konsentrasi DKP 1 phr dan DVB 2 phr (Risna, 2011).
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, peneliti ingin melakukan penambahan bahan pengisi TKKS dengan ukuran mikro partikel (74 µm) pada campuran PP- karet EPDM dengan menggunakan 1 phr DKP sebagai inisiator dan 2 phr DVB sebagai bahan pengikat silang untuk mendapatkan TPE yang sifat kimia dan mekaniknya lebih baik.
1.2 Permasalahan
Adapun permasalahan dalam peneltian ini adalah :
- Bagaimana sifat mekanik (kekuatan tarik, kekuatan lentur), morfologi permukaan, derajat ikat silang dari campuran PP-karet EPDM + 1 phr DKP, 2 phr DVB dengan variasi penambahan berat pengisi TKKS dengan ukuran 74µm.
- Berapa jumlah pengisi TKKS yang harus ditambahkan pada campuran PP-karet
EPDM dengan 1 phr DKP dan 2 phr DVB agar menghasilkan sifat kimia dan mekanik yang lebih baik.
1.3 Pembatasan Masalah
- Bahan elastomer yang digunakan adalah karet EPDM
- Bahan termoplastik yang digunakan adalah PP
- Inisiator yang digunakan adalah DKP
- Zat pengikat silang yang digunakan adalah DVB
- Karakterisasi meliputi uji kekuatan tarik, kekuatan lentur, analisa permukaan dengan SEM, persentase ikat silang dengan sokletasi.
1.4 Tujuan Penelitian
- Untuk mengukur nilai kekuatan tarik, kekuatan lentur, derajat ikat silang dan morfologi permukaan dari campuran PP- karet EPDM dengan 1 phr DKP, 2 phr DVB dengan variasi penambahan berat pengisi TKKS dengan ukuran 74 µm.
- Untuk mengetahui jumlah pengisi TKKS yang harus ditambahkan pada campuran
PP-karet EPDM (50g:50g) dengan 1 phr DKP dan 2 phr DVB agar menghasilkan sifat kimia dan mekanik yang lebih baik.
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi ilmiah tentang pemanfaatan bahan pengisi pada komposit TPE sehingga dihasilkan material baru yang memiliki sifat kimia dan mekanik yang baik. Dengan memanfaatkan TKKS sebagai sumber bahan pengisi. TKKS merupakan hasil samping agroindustri yang belum banyak dimanfaatkan secara luas, sehingga penggunaan TKKS dapat dioptimalkan sebagai bahan pengisi dalam pembuatan TPE. Dengan penambahan DKP sebagai inisiator dan DVB sebagai bahan pengikat silang sehingga dihasilkan TPE yang sifat fisika dan kimianya lebih baik yang kemudian dapat diaplikasikan dibidang Industri yang meliputi bingkai jendela dan pintu, perabotan, bahan otomotif, bahan pembungkus.
1.6 Metodologi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium dengan perlakuan rasio konsentrasi PP-EPDM 50:50 (g/g) dengan 1 phr DKP dan 2 phr DVB dengan variasi penambahan TKKS 5g, 10g,1g, 20g, 25g, 30g, 35g, 40g melalui metode ekstrusi pada suhu 170 C.
1. Tahap I
Pada tahap ini karet EPDM dilelehkan pada suhu 80 C dengan alat ekstruder dan lelehan karet EPDM ditimbang sebanyak 50 g. TKKS dihaluskan dan diayak pada ayakan 200 Mesh dan ditimbang sebanyak 5g, 10g, 15g, 20g, 25g, 30g, 35g, 40g kemudian ditimbang PP sebanyak 50g.
2. Tahap II
Pada tahap ini merupakan tahap pencampuran 50 g PP - 50 g karet EPDM dengan 1 phr DKP dan 2 phr DVB dan dengan penambahan pengisi TKKS dengan menggunakan ekstruder pada suhu 170 C.
3. Tahap III
Campuran yang diperoleh diletakkan pada lempeng Aluminium yang berukuran 15 x 15 cm yang sudah dilapisi dengan Aluminium foil. Lalu ditekan dengan alat press
o
pada suhu 170 C selama 15 menit, kemudian hasil cetakan yang terbentuk berupa spesimen sesuai ASTM D638 dan selanjutnya spesimen dikarakterisasi dengan menguji kekuatan tarik, kekuatan lentur, analisa permukaan dengan menggunakan SEM, dan menentukan persentase ikat silang dengan sokletasi.
Variabel- variabel yang digunakan adalah sebagai berikut: Variabel tetap :
- Berat PP 50g,
- Berat karet EPDM 50 g
o
C
- Suhu ekstruder 170
o
C
- Suhu alat tekan 170
- Waktu tekan 15 menit Variabel bebas • Variasi berat serat TKKS 5g, 10g, 15g, 20g, 25g, 30g, 35g, 40g.
Variabel terikat:
- Uji kekuatan tarik, kekuatan lentur, analisa permukaan dengan SEM, dan persentase ikat silang dengan sokletasi.
1.7 Lokasi Peneliian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer dan Kimia Fisika, Laboratorium Penelitian Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, analisa permukaan dengan SEM di Laboratorium Kuarter Institut Teknologi Bandung.