Studi Pembuatan Komposit Termoplastik Elastomer Dari HDPE Bekas Dan Karet EPDM Dengan Pengisi serbuk Tandan Kosong Kelapa Sawit Dengan Pendispersi Gliserol Monostearat
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Polimer adalah makromolekul (molekul raksasa) yang tersusun dari satuan-satuan
kimia sederhana yang disebut monomer, Misalnya etilena, propilena, isobutilena
dan butadiene. Bahan polimer ini dapat dikelompokkan atas dua bagian yaitu
polimer alamiah dan polimer sintetik (Hartomo, 1996).
Termoplastik memiliki peran utama dalam industri, dengan jenis plastik
yang bervariasi. Konsumsi tahunan termoplastik semakin meningkat tiap
tahunnya dari sekitar 5 juta ton tahun 1950 menjadi 100 juta ton. India
memperkirakan produksi polimer adalah 4,7 juta ton per tahun. Dari jumlah ini
60-70 % untuk produksi polietilena. Polietilena adalah bahan termoplastik yang
transparan, berwarna putih yang mempunyai titik leleh bervariasi antara 110137oC( Awang, 2007).
Di dunia produksi elastomer termoplastik diperkirakan akan terus
meningkat. Indonesia masih mengimpor elastomer termoplastik. Penggunaan
utama elastomer termoplastik adalah untuk pembuatan adhesive dan pembuatan
barang - barang cetak untuk suku cadang otomotif, footwear, alat kesehatan dan
bahan kontruksi. Salah satu kelebihan barang yang dibuat dari elastomer
termoplastik dibandingkan dengan yang dibuat dari karet alam adalah sifatnya
yang dapat di daur ulang. Barang cetak yang dibuat dari karet alam tidak dapat di
daur ulang( Sondari dkk, 2010 ).
Universitas Sumatera Utara
Campuran atau paduan dua atau lebih polimer telah menjadi fenomena
penting pada tahun – tahun terakhir untuk mendapatkan suatu bahan dengan sifat
– sifat tertentu seperti sifat mekanik, fisik, termal, dan kemampuan proses yang
baik yang tidak dapat ditemukan dari masing – masing komponen. Campuran
elastomer dan termoplastik (bahan elastomer termoplastik ) menghasilkan bahan
dengan spesifikasi teknik yang diharapkan. Salah satu contoh elastomer
termoplastik yang sangat populer pada saat ini adalah elastomer termoplastik
polipropilena-etilena propilena diena terpolimer (PP/EPDM) yang mempunyai
beberapa keunggulan seperti tahan terhadap hantaman dan tahan terhadap bahan
kimia(Halimatuddahliana, 2003).
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, 1992).
Kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq) merupakan salah satu komoditas
perkebunan unggul Indonesia. Sejarah panjang perkebunan yang telah
memberikan warna tersendiri bagi perkembangan pertanian dan perekonomian
Indonesia. Data menunjukkan bahwa luas areal perkebunan kelapa sawit di
Indonesia tahun 2009 mencapai 7,5 juta Ha dan merupakan perkebunan kelapa
sawit yang terluas di dunia. Demikianpula produksi minyak sawit Indonesia tahun
2009 mencapai 21,5 juta ton dan menduduki posisi pertama di dunia melampaui
malaysia (badrun, 2010). Sumaetra Utara merupakan salah satu provinsi yang
memiliki tanah perkebunan kelapa sawit yang cukup luas, yaitu sekitar 229,512
Ha pada tahun 2007(Mulia, 2007).
Kandungan selulosa yang tinggi dan sifat keras dari tandan kosong sawit
menjadikannya cocok untuk pembuatan komposit. Namun adanya gugus hidroksil
membuat serat ini bersifat hidrofilik, yang menyebabkan adhesi antarmuka
dengan matriks polimer hidrofobik rendah.
Universitas Sumatera Utara
Hal ini mengakibatkan sifat fisika dan mekanik komposit menjadi rendah.
Sifat serat dapat di tingkatkan melalui modifikasi permukaan. Proses kimia
menurunkan sifat hidrofilik serat dan juga meningkatkan sifat keterbatasan
dengan matris polimer (Shinoja, 2010).
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).
Gliserol Monostearat (GMS) merupakan senyawa ester yang dihasilkan
dari reaksi esterifikasi antara gliserol dengan asam stearat. Pembuatan gliserol
stearat ini dilakukan dalam range temperature 1400o-1900oC dengan waktu yang
digunakan untuk percobaan adalah 8 jam, kondisi optimal dihasilkan pada
temperatur 1800oC dengan waktu reaksi 8 jam yaitu diperoleh ester 94,58%
katalis yang digunakan katalis asam (HCl) dan basa (KOH) dengan konsentrasi
0.75% (Hilyati, 2001).
Berdasarkan uraian diatas penulis ingin meneliti TPE dari campuran
HDPE bekas dengan karet EPDM berpengisi tandan kosong kelapa sawit dengan
mengunakan BPO sebagai inisiator dan DVB sebagai agen pengikat silang dengan
pendispersi gliserol monostearatuntuk mendapatkan data kemampuan mekanik
melalui uji kuat tarik, analisa morfologi permukaan, dan uji koefesien serap bunyi.
Universitas Sumatera Utara
1.2 Perumusan masalah
Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah :
1. Apakah kompatibilitas dapat terjadi antara matriks dan pengisi dengan adanya
penambahan gliserol monostearat sehingga dapat meningkatkan nilai kekuatan
tarik, morfologi permukaan, sifat termal, dan dapat dijadikan sebagai material
penyerap bunyi.
2. Bagaimana peranan tandan kosong kelapa sawit terhadap TPE yang dihasilkan
sebagai material pembuat peredam suara.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini permasalahan dibatasi pada :
1. Bahan elastomer yang digunakan adalah karet EPDM
2. Bahan termoplastik yang digunakan adalah HDPE bekas
3. Bahan pengisi yang digunakan adalah TKKS
4. Inisiator yang digunakan adalah BPO
5. Pendispersi yang digunakan adalah Gliserol Monostearat
6. Karakterisasi meliputi uji kekuatan tarik, Analisa morfologi permukaan
dengan SEM dan uji koefisien serap bunyi pada komposit.
1.4 Tujuan Penelitian
Berdasarkan perumusan masalah maka penelitibertujuan untuk :
1. Untuk mengetahui kompatibilitas yang terjadi antara matriks dan pengisi
dengan adanya penambahan gliserol monostearat terhadap karakteristik
termoplastik elastomer yang dihasilkan.
2. Untuk mengetahui apakah tandan kosong kelapa sawit dapat berperan sebagai
material penyerap bunyi pada termoplastik elastomer.
Universitas Sumatera Utara
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan termoplastik elastomer yang
lebih kompatibel dan lebih kuat serta dapat menjadi referensi tambahan dalam
pembuatan peredam suara
1.6 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium dengan perlakuan rasio
konsentrasi HDPE bekas-karet EPDM 50 : 50 (g/g) dengan 1 phr BPO 1 phr DVB
dan 30 g TKKS dengan variasi penambahan pendispersi Gliserol monostearat
yaitu 2,4,6,8, dan 10 g melalui metode ekstruksi pada suhu 1450C.
- Tahap I
Pada tahap ini karet EPDM dilelehkan pada suhu 800C dengan alat ekstruder
dan lelehan karet EPDM ditimbang sebanyak 50 g. TKKS yang dihaluskan dan
di ayak pada ayakan 80 mesh, lalu di degumming kemudian
ditimbang
sebanyak 30g. Kemudian ditimbang HDPE bekas sebanyak 50g dan
ditambahkan pendispersi Gliserol monostearat 2,4,6,8 dan 10 g.
- Tahap II
Pada tahap ini merupakan tahap percampuran 50g HDPE bekas – 50g karet
EPDM dengan 1 phr BPO 1 phr DVB dan 30 g penambahan pengisi TKKS
dengan penambahan pendispersi Gliserol monostearat dengan menggunakan
ekstruder pada suhu 1450C.
Universitas Sumatera Utara
- Tahap III
Campuran yang diperoleh diletakkan pada lempeng alumunium yang memiliki
ukuran 15 x 15 cm yang telah dilapisi dengan alumunium foil. Lalu di tekan
dengan alat press pada suhu 1450 C selama 15 menit, kemudian hasil cetakan
yang terbentuk berupa spesimen sesuai ASTM D638 dan selanjutnya spesimen
dikarakterisasi dengan menguji kekuatan tarik, analisa permukaan dengan
menggunakan SEM, dan koefesien serap bunyi.
Variabel – variabel yang digunakan adalah sebagai berikut :
1. Variabel tetap :
- berat plastik HDPE bekas (50 g)
- berat karet EPDM (50 g
- berat bahan pengisi (30 g)
- suhu ekstruder (1450C)
- suhu alat tekan (1450C)
- waktu tekan 15 menit
2. Variasi bebas
:
- Variasi berat pendispersi Gliserol monostearat 2,4, 6, 8, 10 g.
3. variabel terikat :
- Uji kekuatan tarik, analisa permukaan denganSEM dan koefisien serap
bunyi
1.7 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium Kimia Polimer, Laboratorium Penelitian
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatra Utara,
analisa permukaan dengan SEM di laboratorium kuarter Institut Teknologi
Bandung.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Polimer adalah makromolekul (molekul raksasa) yang tersusun dari satuan-satuan
kimia sederhana yang disebut monomer, Misalnya etilena, propilena, isobutilena
dan butadiene. Bahan polimer ini dapat dikelompokkan atas dua bagian yaitu
polimer alamiah dan polimer sintetik (Hartomo, 1996).
Termoplastik memiliki peran utama dalam industri, dengan jenis plastik
yang bervariasi. Konsumsi tahunan termoplastik semakin meningkat tiap
tahunnya dari sekitar 5 juta ton tahun 1950 menjadi 100 juta ton. India
memperkirakan produksi polimer adalah 4,7 juta ton per tahun. Dari jumlah ini
60-70 % untuk produksi polietilena. Polietilena adalah bahan termoplastik yang
transparan, berwarna putih yang mempunyai titik leleh bervariasi antara 110137oC( Awang, 2007).
Di dunia produksi elastomer termoplastik diperkirakan akan terus
meningkat. Indonesia masih mengimpor elastomer termoplastik. Penggunaan
utama elastomer termoplastik adalah untuk pembuatan adhesive dan pembuatan
barang - barang cetak untuk suku cadang otomotif, footwear, alat kesehatan dan
bahan kontruksi. Salah satu kelebihan barang yang dibuat dari elastomer
termoplastik dibandingkan dengan yang dibuat dari karet alam adalah sifatnya
yang dapat di daur ulang. Barang cetak yang dibuat dari karet alam tidak dapat di
daur ulang( Sondari dkk, 2010 ).
Universitas Sumatera Utara
Campuran atau paduan dua atau lebih polimer telah menjadi fenomena
penting pada tahun – tahun terakhir untuk mendapatkan suatu bahan dengan sifat
– sifat tertentu seperti sifat mekanik, fisik, termal, dan kemampuan proses yang
baik yang tidak dapat ditemukan dari masing – masing komponen. Campuran
elastomer dan termoplastik (bahan elastomer termoplastik ) menghasilkan bahan
dengan spesifikasi teknik yang diharapkan. Salah satu contoh elastomer
termoplastik yang sangat populer pada saat ini adalah elastomer termoplastik
polipropilena-etilena propilena diena terpolimer (PP/EPDM) yang mempunyai
beberapa keunggulan seperti tahan terhadap hantaman dan tahan terhadap bahan
kimia(Halimatuddahliana, 2003).
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, 1992).
Kelapa sawit (Elaeis guineensis Jacq) merupakan salah satu komoditas
perkebunan unggul Indonesia. Sejarah panjang perkebunan yang telah
memberikan warna tersendiri bagi perkembangan pertanian dan perekonomian
Indonesia. Data menunjukkan bahwa luas areal perkebunan kelapa sawit di
Indonesia tahun 2009 mencapai 7,5 juta Ha dan merupakan perkebunan kelapa
sawit yang terluas di dunia. Demikianpula produksi minyak sawit Indonesia tahun
2009 mencapai 21,5 juta ton dan menduduki posisi pertama di dunia melampaui
malaysia (badrun, 2010). Sumaetra Utara merupakan salah satu provinsi yang
memiliki tanah perkebunan kelapa sawit yang cukup luas, yaitu sekitar 229,512
Ha pada tahun 2007(Mulia, 2007).
Kandungan selulosa yang tinggi dan sifat keras dari tandan kosong sawit
menjadikannya cocok untuk pembuatan komposit. Namun adanya gugus hidroksil
membuat serat ini bersifat hidrofilik, yang menyebabkan adhesi antarmuka
dengan matriks polimer hidrofobik rendah.
Universitas Sumatera Utara
Hal ini mengakibatkan sifat fisika dan mekanik komposit menjadi rendah.
Sifat serat dapat di tingkatkan melalui modifikasi permukaan. Proses kimia
menurunkan sifat hidrofilik serat dan juga meningkatkan sifat keterbatasan
dengan matris polimer (Shinoja, 2010).
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).
Gliserol Monostearat (GMS) merupakan senyawa ester yang dihasilkan
dari reaksi esterifikasi antara gliserol dengan asam stearat. Pembuatan gliserol
stearat ini dilakukan dalam range temperature 1400o-1900oC dengan waktu yang
digunakan untuk percobaan adalah 8 jam, kondisi optimal dihasilkan pada
temperatur 1800oC dengan waktu reaksi 8 jam yaitu diperoleh ester 94,58%
katalis yang digunakan katalis asam (HCl) dan basa (KOH) dengan konsentrasi
0.75% (Hilyati, 2001).
Berdasarkan uraian diatas penulis ingin meneliti TPE dari campuran
HDPE bekas dengan karet EPDM berpengisi tandan kosong kelapa sawit dengan
mengunakan BPO sebagai inisiator dan DVB sebagai agen pengikat silang dengan
pendispersi gliserol monostearatuntuk mendapatkan data kemampuan mekanik
melalui uji kuat tarik, analisa morfologi permukaan, dan uji koefesien serap bunyi.
Universitas Sumatera Utara
1.2 Perumusan masalah
Adapun permasalahan dalam penelitian ini adalah :
1. Apakah kompatibilitas dapat terjadi antara matriks dan pengisi dengan adanya
penambahan gliserol monostearat sehingga dapat meningkatkan nilai kekuatan
tarik, morfologi permukaan, sifat termal, dan dapat dijadikan sebagai material
penyerap bunyi.
2. Bagaimana peranan tandan kosong kelapa sawit terhadap TPE yang dihasilkan
sebagai material pembuat peredam suara.
1.3 Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini permasalahan dibatasi pada :
1. Bahan elastomer yang digunakan adalah karet EPDM
2. Bahan termoplastik yang digunakan adalah HDPE bekas
3. Bahan pengisi yang digunakan adalah TKKS
4. Inisiator yang digunakan adalah BPO
5. Pendispersi yang digunakan adalah Gliserol Monostearat
6. Karakterisasi meliputi uji kekuatan tarik, Analisa morfologi permukaan
dengan SEM dan uji koefisien serap bunyi pada komposit.
1.4 Tujuan Penelitian
Berdasarkan perumusan masalah maka penelitibertujuan untuk :
1. Untuk mengetahui kompatibilitas yang terjadi antara matriks dan pengisi
dengan adanya penambahan gliserol monostearat terhadap karakteristik
termoplastik elastomer yang dihasilkan.
2. Untuk mengetahui apakah tandan kosong kelapa sawit dapat berperan sebagai
material penyerap bunyi pada termoplastik elastomer.
Universitas Sumatera Utara
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan termoplastik elastomer yang
lebih kompatibel dan lebih kuat serta dapat menjadi referensi tambahan dalam
pembuatan peredam suara
1.6 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium dengan perlakuan rasio
konsentrasi HDPE bekas-karet EPDM 50 : 50 (g/g) dengan 1 phr BPO 1 phr DVB
dan 30 g TKKS dengan variasi penambahan pendispersi Gliserol monostearat
yaitu 2,4,6,8, dan 10 g melalui metode ekstruksi pada suhu 1450C.
- Tahap I
Pada tahap ini karet EPDM dilelehkan pada suhu 800C dengan alat ekstruder
dan lelehan karet EPDM ditimbang sebanyak 50 g. TKKS yang dihaluskan dan
di ayak pada ayakan 80 mesh, lalu di degumming kemudian
ditimbang
sebanyak 30g. Kemudian ditimbang HDPE bekas sebanyak 50g dan
ditambahkan pendispersi Gliserol monostearat 2,4,6,8 dan 10 g.
- Tahap II
Pada tahap ini merupakan tahap percampuran 50g HDPE bekas – 50g karet
EPDM dengan 1 phr BPO 1 phr DVB dan 30 g penambahan pengisi TKKS
dengan penambahan pendispersi Gliserol monostearat dengan menggunakan
ekstruder pada suhu 1450C.
Universitas Sumatera Utara
- Tahap III
Campuran yang diperoleh diletakkan pada lempeng alumunium yang memiliki
ukuran 15 x 15 cm yang telah dilapisi dengan alumunium foil. Lalu di tekan
dengan alat press pada suhu 1450 C selama 15 menit, kemudian hasil cetakan
yang terbentuk berupa spesimen sesuai ASTM D638 dan selanjutnya spesimen
dikarakterisasi dengan menguji kekuatan tarik, analisa permukaan dengan
menggunakan SEM, dan koefesien serap bunyi.
Variabel – variabel yang digunakan adalah sebagai berikut :
1. Variabel tetap :
- berat plastik HDPE bekas (50 g)
- berat karet EPDM (50 g
- berat bahan pengisi (30 g)
- suhu ekstruder (1450C)
- suhu alat tekan (1450C)
- waktu tekan 15 menit
2. Variasi bebas
:
- Variasi berat pendispersi Gliserol monostearat 2,4, 6, 8, 10 g.
3. variabel terikat :
- Uji kekuatan tarik, analisa permukaan denganSEM dan koefisien serap
bunyi
1.7 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium Kimia Polimer, Laboratorium Penelitian
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatra Utara,
analisa permukaan dengan SEM di laboratorium kuarter Institut Teknologi
Bandung.
Universitas Sumatera Utara