ANALISIS TERMAL DAN MEKANIK KOMPOSIT HIGH DENSITY POLYETHYLENE (HDPE) DENGANFILLER ZEOLIT ALAM MODIFIKASI.
ANALISIS TERMAL DAN MEKANIK KOMPOSIT HIGH
DENSITY POLYETHYLENE (HDPE) DENGAN
FILLER ZEOLIT ALAM MODIFIKASI
Oleh:
Fynnisa Zebua
NIM 409240012
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2013
i
ii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 26 September 1991, di Lhokseumawe,
Aceh Utara dari keluarga Saparuddin Zebua dan Rapasah. Penulis merupakan
anak pertama dari empat bersaudara.
Pada tahun 1997, penulis masuk SD Negeri No 105855 PTPN II Tanjung
Morawa, Medan dan lulus pada tahun 2003. Kemudian penulis melanjutkan
pendidikan sekolah menengah pertama (SMP) di SMP Swasta Bersubsidi Tanjung
Morawa, Medan dan lulus pada tahun 2006. Dari tahun yang sama penulis
melanjutkan kejenjang sekolah menengah atas (SMA) di SMA Negeri I Tanjung
Morawa dan lulus pada tahun 2009. Pada tahun 2009 penulis lulus SNMPTN di
jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Negeri Medan.
iv
iii
ANALISIS TERMAL DAN MEKANIK KOMPOSIT HIGH DENSITY
POLYETHYLENE (HDPE) DENGAN FILLER ZEOLIT ALAM
MODIFIKASI
Fynnisa Zebua (409240012)
ABSTRAK
Telah dilakukan analisis termal dan mekanik komposit High Density
Polyethylene (HDPE) dengan filler zeolit alam modifikasi. Tujuan penelitian
untuk mengetahui morfologi zeolit alam modifikasi (zeolit alam kalsinasi dan
zeolit alam sintesis CTAB) dan mengetahui unsur-unsur yang terkandung dalam
zeolit alam sintesis CTAB, serta mengetahui pengaruh filler zeolit alam modifikasi
terhadap sifat termal (TGA-DTA) dan sifat mekanik (Kekuatan tarik, Perpanjangan
putus, dan Modulus elastis).
Pembuatan komposit diawali dengan membuat filler zeolit alam kalsinasi
dan zeolit alam sintesis CTAB. Pencampuran komposit dilakukan di internal
mixer dengan suhu 1500C selama 9 menit. Hasil dari internal mixer dicetak
dengan alat hot press dan cold press dan hasilnya berupa lembaran yang
selanjutnya di dumbell dengan standard JIS K 6781 untuk memperoleh beberapa
spesimen.
Hasil uji SEM partikel zeolit alam kalsinasi menunjukkan besar partikel
zeolit berkisar antara 10 µm sampai dengan 100 µm, sedangkan besar partikel
zeolit alam sintesis CTAB berkisar antara 10 µm sampai dengan 50 µm.Dan hasil
uji XRF menunjukkan partikel zeolit alam sintesis CTAB memiliki kandungan
oksigen dan carbon yang lebih tinggi dibandingkan dengan silika. Hasil uji
mekanik menunjukkan nilai kekuatan tarik dan perpanjangan putus tertinggi
komposit HDPE dengan filler zeolit CTAB dan PE-g-MA sebesar 24.964 MPa dan
398.89 mm. Dan modulus elastis tertinggi ditunjukkan komposit HDPE dengan
filler zeolit CTAB sebesar 720.76 MPa. Sedangkan hasil uji termal (TGA-DTA)
menunjukkan nilai titik leleh dan dekomposisi tertinggi pada komposit HDPE
dengan zeolit kalsinasi dan PE-g-MA sebesar 151.230C dan 488.230C.
v
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan
i
Riwayat Hidup
ii
Abstrak
iii
Kata Pengantar
iv
Daftar Isi
v
Daftar Gambar
vii
Daftar Tabel
x
Daftar Lampiran
xi
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1.Latar Belakang
1
1.2.Batasan Masalah
3
1.3.Rumusan Masalah
3
1.4.Tujuan Penelitian
4
1.5.Manfaat Penelitian
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1. Komposit Polimer
5
2.2. Polietilen (PE)
6
2.2.1. Polietilen High Density Polyethylene (HDPE)
7
2.2.2. Karakteristik HDPE
9
2.3. Bahan Pengisi
10
2.4. Zeolit
10
2.4.1. Karakteristik Kerangka Zeolit
12
2.4.2. Sifat Fisik dan Kimia Zeolit
13
2.4.3. Proses Pengolahan Zeolit
14
2.5. Pencampuran Polimer (Polymer Blends)
15
2.5.1. Polietilen Grafted Maleated Anhidride (PE-g-MA)
16
2.6. Setrimonium Bromida (Cetyl trimethylammonium bromide, CTAB)
17
vi
2.7. Analisa Termal
18
2.7.1. Analisa Termogravimetrik (TGA)
19
2.7.2. Differential Thermal Analysis (DTA)
20
2.8. Analisa Sifat Mekanik
21
2.8.1. Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
21
2.9. SEM (Scanning Elektron Microscope)
23
2.10.XRF (X-Ray Fluorescent)
24
2.10.1. Karakteristik Sampel Pada XRF
25
BAB III METODE PENELITIAN
28
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
28
3.1.1. Tempat Penelitian
28
3.1.2. Waktu Penelitian
28
3.2. Alat dan Bahan
28
3.2.1. Alat Penelitian
28
3.2.2. Bahan Penelitian
29
3.3. Prosedur Penelitian
29
3.3.1. Proses Pengolahan Zeolit
29
3.3.2. Pembuatan Komposit
30
3.3. Pengujian
31
3.3.1. Partikel Zeolit
31
3.3.2. Analisa Sifat Termal
32
3.3.3. Analisa Sifat Mekanik
32
3.4. Diagram Alir Penelitian
33
3.4.1. Diagram Alir Penelitian Tahap I
33
3.5. Teknik Analisis Data
34
3.5.1. Analisis Data Partikel Zeolit
34
3.5.2. Analisis Data Komposit High Density Polyethylene (HDPE)
Dengan Filler Zeolit Alam Modifikasi
34
vii
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
35
4.1. Hasil Penelitian
35
4.1.1. Hasil Karakterisasi Partikel Zeolit Alam Modifikasi
35
4.1.1.a. Hasil Karakterisasi Partikel Zeolit Alam Kalsinasi menggunakan
Scanning Electron Microscope (SEM)
35
4.1.1.b. Hasil Karakterisasi Partikel Zeolit Alam Sintesis Cetyl Trimethyl
Ammonium Bromide (CTAB) menggunakan Scanning Electron
Microscope (SEM)
36
4.1.1.c. Hasil Karakterisasi Partikel Zeolit Alam Sintesis Cetyl Trimethyl
Ammonium Bromide (CTAB) menggunakan X-Ray Fluoresensi
(XRF)
37
4.1.2. Hasil Uji Mekanik (Kekuatan Tarik, Perpanjangan putus, dan Modulus
Elastis) Komposit High Density Polyethylene (HDPE) dengan Filler
Zeolit Alam Modifikasi
38
4.1.3. Hasil Uji Termal (TGA-DTA) Komposit High Density Polyethylene
(HDPE) dengan Filler Zeolit Alam Modifikasi
39
4.2. Pembahasan Penelitian
39
4.2.1. Analisa SEM Partikel Zeolit Alam Modifikasi
40
4.2.1.a. Partikel Zeolit Alam Kalsinasi
40
4.2.1.b. Partikel Zeolit Alam Sintesis CTAB
40
4.2.2. Analisa XRF Partikel Zeolit Alam Sintesis CTAB
41
4.2.3. Pengujian Sifat Mekanik Komposit HDPE dengan Filler Zeolit
Alam Modifikasi
41
4.2.4. Analisa Termal (TGA dan DTA) Komposit HDPE dengan Filler
Zeolit Alam Modifikasi
43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
46
5.1. Kesimpulan
46
5.2. Saran
46
Daftar Pustaka
48
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Pertimbangan Pemilihan Komposit
6
Tabel 2.2. Karakteristik Polietilen
7
Tabel 2.3. Kekuatan Tarik, Tekan dan Lentur Bahan Polimer
9
Tabel 2.4. Karakteristik HDPE dan sifat fisika, kimia HDPE
9
Tabel 2.5. Sifat Fisika Dan Mekanika HDPE
9
Tabel 2.6. Pengelompokan Bahan Pengisi
10
Tabel 2.7. Komposisi Zeolit Alam
13
Tabel 2.8. Karakteristik Zeolit
13
Tabel 2.9. Data Hasil Pencampuran Polimer
16
Tabel 2.10.Sifat Kimia dan Fisika CTAB
18
Tabel 2.11.Hasil Analisa XRF
27
Tabel 3.1. Waktu Penelitian
28
Tabel 3.2. Komposisi Pencampuran Komposit
30
Tabel 4.1. Data Hasil Uji Mekanik Komposit High Density
Polyethylene (HDPE) dengan Filler Zeolit Alam Modifikasi
38
Tabel 4.2. Data Hasil Uji Termal Komposit High Density Polyethylene
(HDPE) dengan Filler Zeolit Alam Modifikasi
39
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Polimerisasi Etilena
7
Gambar 2.2. Simbol HDPE
8
Gambar 2.3. Tetrahedral Alumina dan Silika (TO4) pada
Struktur Zeolit
11
Gambar 2.4. Rangka zeolit yang terbentuk dari ikatan 4 atom
O dengan 1 atom Si
11
Gambar 2.5. Struktur mikro zeolit tanpa aktifasi
11
Gambar 2.6. Struktur mikro zeolit akibat aktivasi dengan
konsentrasi 2% H2SO4
11
Gambar 2.7. Struktur mikro zeolit akibat pengasaman H2SO4
dengan konsentrasi 4%.
11
Gambar 2.8. Struktur Zeolit
12
Gambar 2.9. Struktur Kerangka Zeolit
12
Gambar 2.10. Struktur LDPE dan PE-g-MA
16
Gambar 2.11. Struktur Kimia CTAB
18
Gambar 2.12. Skema Termogram Bagi Reaksi Dekomposisi Satu Tahap
19
Gambar 2.13. Termogram TGA
20
Gambar 2.14. Bentuk umum kurva tegangan-regangan bahan
Polimer
22
Gambar 2.15. SEM
23
Gambar 2.16. Skema SEM
24
Gambar 2.17. XRF
25
Gambar 2.18. Spektrum Hubungan Energi dengan Intensitas
26
Gambar 2.19. Spektrum Hasil Analisis menggunakan XRF
27
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
33
Gambar 4.1. Morfologi Partikel Zeolit Alam Kalsinasi dengan
Perbesaran 250 kali
35
Gambar 4.2. Morfologi Partikel Zeolit Alam Kalsinasi dengan
Perbesaran 750 kali
35
Gambar 4.3. Morfologi Partikel Zeolit Alam Sintesis CTAB dengan
Pembesaran 500 kali
36
ix
Gambar 4.4. Morfologi Partikel Zeolit Alam Sintesis CTAB dengan
Pembesaran 2.000 kali
36
Gambar 4.5. Hasil Uji XRF Partikel Zeolit Alam Sintesis CTAB
37
Gambar 4.6. Grafik Hubungan Bahan Pengisi terhadap Kekuatan Tarik
41
Gambar 4.7. Grafik Hubungan Bahan Pengisi terhadap Perpanjangan
Putus
Gambar 4.8. Grafik Hubungan Bahan Pengisi terhadap Modulus Elastis
42
43
Gambar 4.9. Hasil Uji TGA
44
Gambar 4.10.Hasil uji DTA
45
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Hasil Uji Mekanik HDPE
51
Lampiran 2. Hasil Uji Mekanik HDPE dengan Zeolit Kalsinasi
52
Lampiran 3. Hasil Uji Mekanik HDPE dengan Zeolit Kalsinasi dan
PE-g-MA
53
Lampiran 4. Hasil Uji Mekanik HDPE dengan Zeolit CTAB
54
Lampiran 5. Hasil Uji Mekanik HDPE dengan Zeolit CTAB dan
PE-g-MA
55
Lampiran 6. Hasil Uji Termal (TGA dan DTA) HDPE
56
Lampiran 7. Hasil Uji Termal (TGA dan DTA) HDPE dengan Zeolit
Kalsinasi
58
Lampiran 8. Hasil Uji Termal (TGA dan DTA) HDPE dengan Zeolit
Kalsinasi dan PE-g-MA
61
Lampiran 9. Hasil Uji Termal (TGA dan DTA) HDPE dengan Zeolit
CTAB
63
Lampiran 10. Hasil Uji Termal (TGA dan DTA) HDPE dengan Zeolit
CTAB dan PE-g-MA
65
Lampiran 11. Dokumentasi Alat dan Bahan Penelitian
67
Lampiran 12. Pembuatan Filler Zeolit Alam Kalsinasi
72
Lampiran 13. Proses Pembuatan Filler Zeolit Alam Sintesis CTAB
73
Lampiran 14. Pembuatan Komposit
75
Lampiran 15. Surat Persetujuan Pembimbing Skripsi
77
Lampiran 16. Surat Penelitian Fisika Polimer LIPI Cisitu Bandung
78
Lampiran 17. Surat Penelitian Badan Tenaga Nuklir Nasional BATAN
79
Lampiran 18. Surat Penelitian Kimia Universitas Negeri Medan
80
Lampiran 19. Surat Keterangan telah melakukan Penelitian di
Laboratorium Kimia UNIMED
81
Lampiran 20. Surat Keterangan telah melakukan Penelitian di Laboratorium
Uji Polimer LIPI Bandung
82
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Penggunaan plastik telah berkembang ke seluruh sektor kehidupan mulai
dari pengemasan berbagai jenis produk, peralatan rumah tangga, mebel hingga
bahan bangunan dan automotif (Risnasari, I., 2006). Hal ini dikarenakan plastik
memiliki banyak keunggulan diantaranya adalah ringan, praktis, tahan air dan
harganya relatif murah. Salah satu polimer yang digunakan sebagai bahan baku
plastik adalah polietilen. Namun seperti bahan baku pembuatan plastik lainnya,
polietilen merupakan polimer sintetik yang sulit terdegradasi. (Gunawan, I., dkk.,
2007)
Salah satu cara untuk membuat polimer sintetik seperti polietilen dapat
terdegradasi adalah dengan membuatnya menjadi suatu komposit polimer dengan
polietilen jenis high density poliethylen (HDPE) sebagai matriks dan polimer alam
sebagai filler yang berfungsi untuk meningkatkan sifat fisik material dan untuk
mengurangi biaya komponen, mempercepat proses pencetakan dan meningkatkan
konduktivitas termal polimer serta untuk meningkatkan kepadatan dan kekuatan
polimer, meningkatkan modulus dan kekerasan polimer (Xanthos, M., 2005,
dikutip dari Ni’mah, dkk, 2009). Salah satu polimer alam yang digunakan sebagai
filler adalah zeolit. Zeolit sebagai filler dapat memperbaiki karakteristik dan
meningkatkan kinerja membran (Rakhmatulah, dkk.2007).
Zeolit merupakan salah satu batuan atau mineral alam yang secara kimiawi
termasuk golongan mineral silika dan dinyatakan sebagai alumina silikat
terhidrasi, berbentuk halus, dan merupakan hasil produk sekunder yang stabil
pada kondisi permukaan (Sutarti, 1994). Zeolit alam pada umumnya memiliki
kristalinitas rendah, ukuran porinya tidak seragam, aktivitas katalitiknya rendah,
dan mengandung banyak pengotor. Oleh karena itu perlu diaktivasi dan
dimodifikasi terlebih dahulu sebelum dapat digunakan. (Handoko, 2001)
Proses aktivasi secara fisis dilakukan dengan pemanasan (kalsinasi).
Pemanasan ini bertujuan untuk menguapkan air yang terperangkap dalam poripori kristal zeolit sehingga jumlah pori dan luas permukaan spesifiknya bertambah
2
(Suyartono dan Husaini, 1991). Aktivasi secara kimia dapat dilakukan dengan
menggunakan larutan asam klorida atau asam sulfat atau garam tertentu yang
bertujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengganggu
dan menata kembali letak atom yang dapat dipertukarkan. (Suyartono dan
Husaini, 1991)
Namun dalam pembuatannya tidak diperoleh hasil yang homogen karena
perbedaan polaritas antara polimer dan serat alam, untuk meningkatkan interaksi
antara bahan pengisi dengan matriks polimer telah dilakukan dengan beberapa
cara. Salah satu cara yang dilakukan adalah dengan menambahkan senyawa
penghubung (Coupling Agent) sehingga meningkatkan sifat antarmuka dan adhesi
bahan pengisi dengan matriks polimer. (Machado, 2000)
Maleic anhydrate grafted polietilen (PE-g-MA) adalah bahan yang secara
umum digunakan sebagai kompatibilizer dan (CTAB = Cetyl Trimethyl
Ammonium Bromide) agar pembentukan emulsi (campuran) stabil diperlukan
stabilizer yang disebut surfaktan (surface active agent) yang merupakan senyawa
organik yang bersifat amphiphilic, artinya mempunyai dua gugus, yang bersifat
hydrophobic atau tak suka air dan yang satunya bersifat hydrophilic atau suka air.(
Joe Waynert, dkk., 2003 dikutip dari Wardiyati, S., dkk., 2007)
Hasil Penelitian (Rihayat dan Suryani, 2010) PP/ clay nanokomposit telah
berhasil disintesa dengan menggunakan kompatibilizer Maleic anhydrate grafted
polypropylene (PP-g-MA). Dengan sedikit penambahan clay yang telah diolah
dengan menggunakan surfaktan CTAB kedalam PP murni, maka terjadi
peningkatan secara signifikan terhadap kestabilan thermal, dimana peningkatan
terbesar terjadi pada pencampuran 5% clay yaitu sekitar 74% jika dibandingkan
dengan matrik polimer. Hal ini dapat terjadi disebabkan terjadinya interaksi antara
partikel anorganik dengan bahan organik polimer.
(Ni’mah, dkk, 2009) sintesis film plastik HDPE dengan menggunakan
filler abu layang menunjukkan hasil paling baik pada konsentrasi 5 % filler
dengan nilai kuat tarik sebesar 27,70 lbs dibanding dengan nilai kuat tarik sampel
botol awal yaitu 22,70 lbs. Dan hasil uji degradasi termal kurang berpengaruh
3
pada sampel HDPE-filler abu layang dan sampel sintesis tahan sampai suhu
1000C.
Berdasarkan uraian diatas, maka penulis akan melanjutkan penelitian
mengenai pencampuran polietilen High Density Polyethylene (HDPE) dengan
menggunakan filler zeolit modifikasi, zeolit diproses dengan kalsinasi dan Cetyl
Trimethyl Ammonium Bromide – CTAB, PE-g-MA sebagai kompatibilizer dengan
menganalisis sifat termal (TGA-DTA), sifat mekanik (Kekuatan tarik, Elongation
at break, Modulus elastis). Dengan demikian judul penelitian ini adalah “Analisis
Termal dan Mekanik Komposit High Density Polyethylene (HDPE) dengan
filler Zeolit Alam Modifikasi”.
1.2. Batasan Masalah
Untuk membatasi ruang lingkup yang jelas berdasarkan uraian yang telah
dikemukakan pada latar belakang di atas, maka penulis membatasi permasalahan
sebagai berikut :
1. Filler yang digunakan adalah zeolit alam modifikasi ( zeolit alam
kalsinasi dan zeolit alam sintesis CTAB).
2. Kompatibilizer yang digunakan adalah PE-g-MA.
3. Pengujian yang dilakukan adalah sifat termal ( TGA-DTA), sifat
mekanik (Kekuatan tarik, Perpanjangan putus, Modulus elastis) dan
analisis struktur morfologi (SEM) dan XRF.
1.3. Rumusan Masalah
Dari latar belakang masalah yang telah diuraikan, maka rumusan
masalah dalam penelitian ini adalah
1. Bagaimana morfologi zeolit alam kalsinasi dan zeolit alam dengan
aktivasi Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide – CTAB ?
2. Bagaimana unsur-unsur yang terkandung dalam zeolit dengan aktivasi
Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide – CTAB ?
3. Bagaimana pengaruh filler zeolit alam modifikasi (zeolit alam kalsinasi
dan zeolit alam sintesis CTAB) terhadap sifat termal (TGA-DTA) dan sifat
mekanik (Kekuatan tarik, Perpanjangan putus, Modulus elastisitas) ?
4
1.4. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah
1. Untuk mengetahui morfologi zeolit alam kalsinasi dan zeolit alam dengan
aktivasi Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide – CTAB.
2. Untuk mengetahui unsur-unsur yang terkandung dalam zeolit dengan
aktivasi Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide – CTAB.
3. Untuk mengetahui pengaruh filler zeolit alam modifikasi (zeolit alam
kalsinasi dan zeolit alam sintesis CTAB) terhadap sifat termal (TGADTA) dan sifat mekanik (Kekuatan tarik, Perpanjangan putus, Modulus
elastisitas).
1.5. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah
1. Memberikan informasi dasar tentang sifat termal (TGA-DTA), sifat
mekanik (Kekuatan tarik, Perpanjangan putus, Modulus elastisitas)
komposit dengan filler zeolit alam modifikasi dengan kalsinasi dan CTAB.
2. Peningkatan nilai ekonomis zeolit alam pahae sebagai filler dalam HDPE.
3. Dapat digunakan untuk pengembangan penelitian pencampuran komposit
dari polimer dan bahan alam.
46
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian komposit High Density Polyethylene (HDPE) dengan
filler zeolit alam modifikasi terhadap uji morfologi, uji XRF, uji termal dan uji
mekanik dapat disimpulkan :
1.
Hasil uji SEM menunjukkan besar ukuran partikel zeolit alam kalsinasi
berkisar antara 10 µm sampai 100 µm dan untuk partikel zeolit alam sintesis
CTAB berkisar antara 10 µm sampai dengan 50 µm
2.
Hasil uji XRF partikel zeolit alam sintesis CTAB diketahui mengandung
banyak elemen karbon (C) sebesar 32,41%, O (Oksigen) sebesar 42,35%, Si
(Silika)
sebesar
15,66%,
sedangkan
senyawa
lainnya
merupakan
impuritinya.
3.
Pengaruh komposit High Density Polyethylene (HDPE) dengan filler zeolit
alam kalsinasi dan zeolit alam sintesis CTAB pada uji termal dan uji
mekanik yaitu :
Hasil uji termal (TGA-DTA) menunjukkan nilai titik leleh dan
dekomposisi tertinggi terdapat pada komposit HDPE dengan filler zeolit
alam kalsinasi dan PE-g-MA sebesar 151.230C dan 488.230C
Hasil uji mekanik (kekuatan tarik dan perpanjangan putus) tertinggi
terdapat pada komposit HDPE dengan filler zeolit alam sintesis CTAB
dan PE-g-MA sebesar 24.964 MPa dan 398.89 mm. Dan nilai modulus
tertinggi terdapat pada komposit HDPE dengan filler zeolit alam sintesis
CTAB sebesar 720.76 MPa.
5.2. Saran
1. Pada saat pengeringan partikel zeolit alam sintesis CTAB dengan oven
pemanas perlu diperhatikan suhu dan waktu pemanasan, karena hal ini
dapat mempengaruhi kualitas zeolit sintesis CTAB.
47
2. Pada saat hot press dan cold press sampel perlu diperhatikan waktu
pencetakan, karena hasil dari pencetakkan sangat mempengaruhi hasil uji
mekanik.
3. Diharapkan penelitian ini tidak hanya sebatas pada uji SEM dan uji XRF
partikel zeolit alam modifikasi, tetapi dapat dilakukan penambahan
karakterisasi uji SEM dan XRF pada komposit HDPE dengan filler zeolit
alam modifikasi (zeolit alam kalsinasi dan zeolit alam sintesis CTAB).
48
Daftar Pustaka
Bahruddin, Zahrina, I., dan Amraini, S.Z., (2010), Pengaruh Filler Carbon Black
terhadap Sifat dan Morfologi Komposit Natural Rubber /
Polypropylene, Jurnal Teknik Kimia Indonesia, Vol 9 : 62-68.
Deswita, Aloma, K.K., Sudirman, dan Gunawan, I., (2007), Modifikasi Polietilen
Sebagai Polimer Komposit Biodegradable Untuk Bahan Kemasan,
Jurnal SainsMateri Indonesia, hal : 37 – 42
Ginting, (2006), Pembuatan Komposit dari Karung Plastik Bekas dan Polietilena
dengan Pelembut Heksan, Jurnal Teknologi Proses, Juli 2006:138-141
Gunawan, I., Deswita, Aloma, K.K., dan Sudirman, (2007), Sintesis dan
Karakterisasi Komposit High Density Polyethylene-Pati Tapioka,
Jurnal Sains Materi Indonesia 5-8: 1411-1098.
Handoko SD. (2001). Preparasi katalis Cr/zeolit melalui modifikasi zeolit alam.
[tesis]. Jember: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Jember.
Hendri, J., Suka, I.G., Simanjuntak, W., Annisa., Gatot., (2007), Karakteristik
Film Polietilen Tergrafting Asam Akrilat Diperoleh Dengan Metoda
Radiasi Gamma (Characteristic Of Acrylic Acid Grafted Polyethylene
Film Prepared By Gamma Irradiation Method), FMIPA, Universitas
Lampung.
Ismaryata, (1999), The Study of Acidic Washing Temperature and Calcination
Effects on Modification Process of Natural Zeolite as an Anion
Exchanger, Laporan Penelitian, Semarang: UNDIP
Jayathu, Z.E., Natanael, C.L., dan Hendrana, S., (2006), Analisis Fourier
Transform Infrared (FT-IR) Fraksionasi Polietilen-Graft-Maleat
Anhidrida (PE-g-MAH), Majalah Polimer Indonesia Vol 9,No.2, hal
54-58
Kahar, Abdul, (2007), Pengaruh Laju Alir dan Diameter Partikel Zeolit pada
Proses Penjerapan Fenol Terlarut dalam Limbah Cair Industri Kayu
Lapis, Jurnal Kimia Vol 4 : 1693-5616
Kriswarini, R., Dian, A., Joko, K., (2006), Validasi Metoda Standardless untuk
Analisis Unsur dalam Bahan Zircaloy, Hasil-hasil Penelitian EBN.
Machado, A.V. Covas J.A., (2000), Monitoring Polyolefin Modificaion along the
Axis of a Twin-Screw Extruder.II. Maleic Anhydride Grafting, Journal
49
of Polymer Science: Part A. Vol 38.3919-3932. Portugal: University of
Minho.
Machado,A.V., Covas, J.A., dan Vanduin, M., (2005), Effect of Processing
Conditions on Grafting of Maleic Anhydride onto Polyolefins,
University of Minho, Portugal.
Majid, R.A., Ismail, H., Talib, R.M., (2010), Effects Of Polyethylene-G-Maleic
Anhydride On Properties Of Low Density Polyethylene/ Thermoplastic
Sago Starch Reinforced Kenaf Fibre Composites, Iranian Polymer
Journal, 19(7): 501-510
Masrukan, Anggraini, A., dan Rosika, (2007), Studi Komparasi Hasil Analisis
Komposisi Paduan AlMgSi1 dengan Menggunakan Teknik X Ray
Fluorocency (XRF) dan Emission Spectroscopy, Vol 13, No.3 hal : 99146
Mufty, M., (2009), http://banemo.wordpress.com/2009/12/27/metode-analisisthermal/ (accessed Desember 2009)
Mustain, A., Falah, M., Nais, M.F., dan Wibawa, G, (2011), Pengurangan
Kandungan Ca2+ dari Zeolit Alam untuk Meningkatkan Kualitasnya
menjadi Zeolit A, Prosiding 26 Juli 2011
Ni’mah, Y.L., Atmaja, L., dan Juwono, H., (2009), Synthesis and Characterization
of HDPE Plastic Film for Herbicide Container Using Fly Ash Class F
as Filler, Indo.J. Chem 9(3) : 348-354
Nur, C., (1997), Pengaruh Radiasi Sinar Gamma dan Rapat Massa serta Sifat
Mekanis HDPE dan LDPE, Medan : Lembaga Penelitian USU.
Oktaviana, A., (2009), Teknologi Penginderaan Mikroskopi, FMIPA Sebelas
Maret, Surakarta.
Onggo, D., dan Fansuri, H., (1999), Penggunaan Differential Thermal Analysis
(DTA) pada Penentuan Aktivitas dan Reaktivitas Katalis FE2O3, Co3O4,
NiO,CuO, dan LaMO3 (M=Fe,CO,danNi) untuk Oksidasi CO menjadi
CO2, JMS Vol. 4 No. 1, hal. 13 - 19 April 1999
Rakhmatullah, Dwi Karsa., Waradini, Gitandra., dan Aryanto, Nugroho., (2007),
Pembuatan Adsorben dari Zeolit Alam dengan Karakteristik
Adsorption Properties
untuk Kemurnian Bioetanol, Laporan
Hasil Penelitian, Insitut Teknologi Bandung, Bandung
Rihayat, T., dan Suryani, (2010), Pengolahan dan Pengujian Sifat Termal
Polipropilen Clay Nanokomposit, Seminar Teknik Kimia
50
Risnasari, I., (2006), Ketahanan Komposit Kayu Plastik-Daur-Ulang dengan
Penambahan Uv Stabilizer terhadap Cuaca, Sekolah Pascasarjana, IPB,
Bogor
Saputra, R., (2006), Pemanfaatan Zeolit Sintetis Sebagai Alternatif Pengolahan
Limbah Industri, Prosiding Januari 2006.
Setiadi dan Pertiwi, A, (2007), Preparasi dan Karakterisasi Zeolit Alam untuk
Konversi Senyawa ABE menjadi Hidrokarbon, Prosiding Konggres
dan Simposium Nasional Kedua MKICS April 2007
Siagian, K.A., (2009), Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena (PE) Sebagai
Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, Skripsi, FMIPA,
USU, Medan
Sitepu, I.W., (2009), Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat
Grafting Maleat Anhidrat Pada High Density Polyethylene (HDPE)
Dengan Inisiator Benzoil Peroksida, Skripsi, FMIPA, USU, Medan.
Sulaiman, A., (1997), Apresiasi Teknologi Material, Disampaikan pada Kursus
Reguler SESKOAD.
Surdia, S., (1995), Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta.
Suriawan dan Nindhia, (2010), Studi Hubungan Struktur Mikro dan Keaktifan
Zeolit Alam Akibat Proses Pengasaman, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
Vol. 4 No.2. Oktober 2010 (129-131)
Sutarti, M., Rachmawati, M. (1994) Zeolit: Tinjauan Literatur, Pusat
Dokumentasi dan Informasi Ilmiah LIPI, Jakarta.
Sutiani, A., (2009), Metode Karakterisasi Bahan Polimer, Kultura Volume: 10
No.1 Maret 2009
Suyartono & Husaini, (1991), Tinjauan terhadap kegiatan penelitian karakterisasi
dan pemanfaatan zeolit Indonesia yang dilakukan PPTM Bandung
Periode 1890-1991, Buletin PPTM, Bandung.
Wardiyati, S., Yusuf, S., dan Handayani, A., (2007), Sintesis Nano Partikel
Oksida Besi Dengan Metode Emulsi Menggunakan Surfaktan Cetyl
Trimethyl Ammonium Bromide (Ctab), Jurnal Sains Materi Indonesia
Edisi Khusus, 151-155
Yuniari, A., (2011), Morfologi dan Sifat Polipaduan Low Density PolyethylenePati Tergrafting Maleat Ahidrat, Jurnal Riset Industri Vol 5 : 239-24.
DENSITY POLYETHYLENE (HDPE) DENGAN
FILLER ZEOLIT ALAM MODIFIKASI
Oleh:
Fynnisa Zebua
NIM 409240012
Program Studi Fisika
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2013
i
ii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan pada tanggal 26 September 1991, di Lhokseumawe,
Aceh Utara dari keluarga Saparuddin Zebua dan Rapasah. Penulis merupakan
anak pertama dari empat bersaudara.
Pada tahun 1997, penulis masuk SD Negeri No 105855 PTPN II Tanjung
Morawa, Medan dan lulus pada tahun 2003. Kemudian penulis melanjutkan
pendidikan sekolah menengah pertama (SMP) di SMP Swasta Bersubsidi Tanjung
Morawa, Medan dan lulus pada tahun 2006. Dari tahun yang sama penulis
melanjutkan kejenjang sekolah menengah atas (SMA) di SMA Negeri I Tanjung
Morawa dan lulus pada tahun 2009. Pada tahun 2009 penulis lulus SNMPTN di
jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Negeri Medan.
iv
iii
ANALISIS TERMAL DAN MEKANIK KOMPOSIT HIGH DENSITY
POLYETHYLENE (HDPE) DENGAN FILLER ZEOLIT ALAM
MODIFIKASI
Fynnisa Zebua (409240012)
ABSTRAK
Telah dilakukan analisis termal dan mekanik komposit High Density
Polyethylene (HDPE) dengan filler zeolit alam modifikasi. Tujuan penelitian
untuk mengetahui morfologi zeolit alam modifikasi (zeolit alam kalsinasi dan
zeolit alam sintesis CTAB) dan mengetahui unsur-unsur yang terkandung dalam
zeolit alam sintesis CTAB, serta mengetahui pengaruh filler zeolit alam modifikasi
terhadap sifat termal (TGA-DTA) dan sifat mekanik (Kekuatan tarik, Perpanjangan
putus, dan Modulus elastis).
Pembuatan komposit diawali dengan membuat filler zeolit alam kalsinasi
dan zeolit alam sintesis CTAB. Pencampuran komposit dilakukan di internal
mixer dengan suhu 1500C selama 9 menit. Hasil dari internal mixer dicetak
dengan alat hot press dan cold press dan hasilnya berupa lembaran yang
selanjutnya di dumbell dengan standard JIS K 6781 untuk memperoleh beberapa
spesimen.
Hasil uji SEM partikel zeolit alam kalsinasi menunjukkan besar partikel
zeolit berkisar antara 10 µm sampai dengan 100 µm, sedangkan besar partikel
zeolit alam sintesis CTAB berkisar antara 10 µm sampai dengan 50 µm.Dan hasil
uji XRF menunjukkan partikel zeolit alam sintesis CTAB memiliki kandungan
oksigen dan carbon yang lebih tinggi dibandingkan dengan silika. Hasil uji
mekanik menunjukkan nilai kekuatan tarik dan perpanjangan putus tertinggi
komposit HDPE dengan filler zeolit CTAB dan PE-g-MA sebesar 24.964 MPa dan
398.89 mm. Dan modulus elastis tertinggi ditunjukkan komposit HDPE dengan
filler zeolit CTAB sebesar 720.76 MPa. Sedangkan hasil uji termal (TGA-DTA)
menunjukkan nilai titik leleh dan dekomposisi tertinggi pada komposit HDPE
dengan zeolit kalsinasi dan PE-g-MA sebesar 151.230C dan 488.230C.
v
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan
i
Riwayat Hidup
ii
Abstrak
iii
Kata Pengantar
iv
Daftar Isi
v
Daftar Gambar
vii
Daftar Tabel
x
Daftar Lampiran
xi
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1.Latar Belakang
1
1.2.Batasan Masalah
3
1.3.Rumusan Masalah
3
1.4.Tujuan Penelitian
4
1.5.Manfaat Penelitian
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
5
2.1. Komposit Polimer
5
2.2. Polietilen (PE)
6
2.2.1. Polietilen High Density Polyethylene (HDPE)
7
2.2.2. Karakteristik HDPE
9
2.3. Bahan Pengisi
10
2.4. Zeolit
10
2.4.1. Karakteristik Kerangka Zeolit
12
2.4.2. Sifat Fisik dan Kimia Zeolit
13
2.4.3. Proses Pengolahan Zeolit
14
2.5. Pencampuran Polimer (Polymer Blends)
15
2.5.1. Polietilen Grafted Maleated Anhidride (PE-g-MA)
16
2.6. Setrimonium Bromida (Cetyl trimethylammonium bromide, CTAB)
17
vi
2.7. Analisa Termal
18
2.7.1. Analisa Termogravimetrik (TGA)
19
2.7.2. Differential Thermal Analysis (DTA)
20
2.8. Analisa Sifat Mekanik
21
2.8.1. Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
21
2.9. SEM (Scanning Elektron Microscope)
23
2.10.XRF (X-Ray Fluorescent)
24
2.10.1. Karakteristik Sampel Pada XRF
25
BAB III METODE PENELITIAN
28
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
28
3.1.1. Tempat Penelitian
28
3.1.2. Waktu Penelitian
28
3.2. Alat dan Bahan
28
3.2.1. Alat Penelitian
28
3.2.2. Bahan Penelitian
29
3.3. Prosedur Penelitian
29
3.3.1. Proses Pengolahan Zeolit
29
3.3.2. Pembuatan Komposit
30
3.3. Pengujian
31
3.3.1. Partikel Zeolit
31
3.3.2. Analisa Sifat Termal
32
3.3.3. Analisa Sifat Mekanik
32
3.4. Diagram Alir Penelitian
33
3.4.1. Diagram Alir Penelitian Tahap I
33
3.5. Teknik Analisis Data
34
3.5.1. Analisis Data Partikel Zeolit
34
3.5.2. Analisis Data Komposit High Density Polyethylene (HDPE)
Dengan Filler Zeolit Alam Modifikasi
34
vii
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
35
4.1. Hasil Penelitian
35
4.1.1. Hasil Karakterisasi Partikel Zeolit Alam Modifikasi
35
4.1.1.a. Hasil Karakterisasi Partikel Zeolit Alam Kalsinasi menggunakan
Scanning Electron Microscope (SEM)
35
4.1.1.b. Hasil Karakterisasi Partikel Zeolit Alam Sintesis Cetyl Trimethyl
Ammonium Bromide (CTAB) menggunakan Scanning Electron
Microscope (SEM)
36
4.1.1.c. Hasil Karakterisasi Partikel Zeolit Alam Sintesis Cetyl Trimethyl
Ammonium Bromide (CTAB) menggunakan X-Ray Fluoresensi
(XRF)
37
4.1.2. Hasil Uji Mekanik (Kekuatan Tarik, Perpanjangan putus, dan Modulus
Elastis) Komposit High Density Polyethylene (HDPE) dengan Filler
Zeolit Alam Modifikasi
38
4.1.3. Hasil Uji Termal (TGA-DTA) Komposit High Density Polyethylene
(HDPE) dengan Filler Zeolit Alam Modifikasi
39
4.2. Pembahasan Penelitian
39
4.2.1. Analisa SEM Partikel Zeolit Alam Modifikasi
40
4.2.1.a. Partikel Zeolit Alam Kalsinasi
40
4.2.1.b. Partikel Zeolit Alam Sintesis CTAB
40
4.2.2. Analisa XRF Partikel Zeolit Alam Sintesis CTAB
41
4.2.3. Pengujian Sifat Mekanik Komposit HDPE dengan Filler Zeolit
Alam Modifikasi
41
4.2.4. Analisa Termal (TGA dan DTA) Komposit HDPE dengan Filler
Zeolit Alam Modifikasi
43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
46
5.1. Kesimpulan
46
5.2. Saran
46
Daftar Pustaka
48
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1. Pertimbangan Pemilihan Komposit
6
Tabel 2.2. Karakteristik Polietilen
7
Tabel 2.3. Kekuatan Tarik, Tekan dan Lentur Bahan Polimer
9
Tabel 2.4. Karakteristik HDPE dan sifat fisika, kimia HDPE
9
Tabel 2.5. Sifat Fisika Dan Mekanika HDPE
9
Tabel 2.6. Pengelompokan Bahan Pengisi
10
Tabel 2.7. Komposisi Zeolit Alam
13
Tabel 2.8. Karakteristik Zeolit
13
Tabel 2.9. Data Hasil Pencampuran Polimer
16
Tabel 2.10.Sifat Kimia dan Fisika CTAB
18
Tabel 2.11.Hasil Analisa XRF
27
Tabel 3.1. Waktu Penelitian
28
Tabel 3.2. Komposisi Pencampuran Komposit
30
Tabel 4.1. Data Hasil Uji Mekanik Komposit High Density
Polyethylene (HDPE) dengan Filler Zeolit Alam Modifikasi
38
Tabel 4.2. Data Hasil Uji Termal Komposit High Density Polyethylene
(HDPE) dengan Filler Zeolit Alam Modifikasi
39
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Polimerisasi Etilena
7
Gambar 2.2. Simbol HDPE
8
Gambar 2.3. Tetrahedral Alumina dan Silika (TO4) pada
Struktur Zeolit
11
Gambar 2.4. Rangka zeolit yang terbentuk dari ikatan 4 atom
O dengan 1 atom Si
11
Gambar 2.5. Struktur mikro zeolit tanpa aktifasi
11
Gambar 2.6. Struktur mikro zeolit akibat aktivasi dengan
konsentrasi 2% H2SO4
11
Gambar 2.7. Struktur mikro zeolit akibat pengasaman H2SO4
dengan konsentrasi 4%.
11
Gambar 2.8. Struktur Zeolit
12
Gambar 2.9. Struktur Kerangka Zeolit
12
Gambar 2.10. Struktur LDPE dan PE-g-MA
16
Gambar 2.11. Struktur Kimia CTAB
18
Gambar 2.12. Skema Termogram Bagi Reaksi Dekomposisi Satu Tahap
19
Gambar 2.13. Termogram TGA
20
Gambar 2.14. Bentuk umum kurva tegangan-regangan bahan
Polimer
22
Gambar 2.15. SEM
23
Gambar 2.16. Skema SEM
24
Gambar 2.17. XRF
25
Gambar 2.18. Spektrum Hubungan Energi dengan Intensitas
26
Gambar 2.19. Spektrum Hasil Analisis menggunakan XRF
27
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
33
Gambar 4.1. Morfologi Partikel Zeolit Alam Kalsinasi dengan
Perbesaran 250 kali
35
Gambar 4.2. Morfologi Partikel Zeolit Alam Kalsinasi dengan
Perbesaran 750 kali
35
Gambar 4.3. Morfologi Partikel Zeolit Alam Sintesis CTAB dengan
Pembesaran 500 kali
36
ix
Gambar 4.4. Morfologi Partikel Zeolit Alam Sintesis CTAB dengan
Pembesaran 2.000 kali
36
Gambar 4.5. Hasil Uji XRF Partikel Zeolit Alam Sintesis CTAB
37
Gambar 4.6. Grafik Hubungan Bahan Pengisi terhadap Kekuatan Tarik
41
Gambar 4.7. Grafik Hubungan Bahan Pengisi terhadap Perpanjangan
Putus
Gambar 4.8. Grafik Hubungan Bahan Pengisi terhadap Modulus Elastis
42
43
Gambar 4.9. Hasil Uji TGA
44
Gambar 4.10.Hasil uji DTA
45
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Hasil Uji Mekanik HDPE
51
Lampiran 2. Hasil Uji Mekanik HDPE dengan Zeolit Kalsinasi
52
Lampiran 3. Hasil Uji Mekanik HDPE dengan Zeolit Kalsinasi dan
PE-g-MA
53
Lampiran 4. Hasil Uji Mekanik HDPE dengan Zeolit CTAB
54
Lampiran 5. Hasil Uji Mekanik HDPE dengan Zeolit CTAB dan
PE-g-MA
55
Lampiran 6. Hasil Uji Termal (TGA dan DTA) HDPE
56
Lampiran 7. Hasil Uji Termal (TGA dan DTA) HDPE dengan Zeolit
Kalsinasi
58
Lampiran 8. Hasil Uji Termal (TGA dan DTA) HDPE dengan Zeolit
Kalsinasi dan PE-g-MA
61
Lampiran 9. Hasil Uji Termal (TGA dan DTA) HDPE dengan Zeolit
CTAB
63
Lampiran 10. Hasil Uji Termal (TGA dan DTA) HDPE dengan Zeolit
CTAB dan PE-g-MA
65
Lampiran 11. Dokumentasi Alat dan Bahan Penelitian
67
Lampiran 12. Pembuatan Filler Zeolit Alam Kalsinasi
72
Lampiran 13. Proses Pembuatan Filler Zeolit Alam Sintesis CTAB
73
Lampiran 14. Pembuatan Komposit
75
Lampiran 15. Surat Persetujuan Pembimbing Skripsi
77
Lampiran 16. Surat Penelitian Fisika Polimer LIPI Cisitu Bandung
78
Lampiran 17. Surat Penelitian Badan Tenaga Nuklir Nasional BATAN
79
Lampiran 18. Surat Penelitian Kimia Universitas Negeri Medan
80
Lampiran 19. Surat Keterangan telah melakukan Penelitian di
Laboratorium Kimia UNIMED
81
Lampiran 20. Surat Keterangan telah melakukan Penelitian di Laboratorium
Uji Polimer LIPI Bandung
82
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Penggunaan plastik telah berkembang ke seluruh sektor kehidupan mulai
dari pengemasan berbagai jenis produk, peralatan rumah tangga, mebel hingga
bahan bangunan dan automotif (Risnasari, I., 2006). Hal ini dikarenakan plastik
memiliki banyak keunggulan diantaranya adalah ringan, praktis, tahan air dan
harganya relatif murah. Salah satu polimer yang digunakan sebagai bahan baku
plastik adalah polietilen. Namun seperti bahan baku pembuatan plastik lainnya,
polietilen merupakan polimer sintetik yang sulit terdegradasi. (Gunawan, I., dkk.,
2007)
Salah satu cara untuk membuat polimer sintetik seperti polietilen dapat
terdegradasi adalah dengan membuatnya menjadi suatu komposit polimer dengan
polietilen jenis high density poliethylen (HDPE) sebagai matriks dan polimer alam
sebagai filler yang berfungsi untuk meningkatkan sifat fisik material dan untuk
mengurangi biaya komponen, mempercepat proses pencetakan dan meningkatkan
konduktivitas termal polimer serta untuk meningkatkan kepadatan dan kekuatan
polimer, meningkatkan modulus dan kekerasan polimer (Xanthos, M., 2005,
dikutip dari Ni’mah, dkk, 2009). Salah satu polimer alam yang digunakan sebagai
filler adalah zeolit. Zeolit sebagai filler dapat memperbaiki karakteristik dan
meningkatkan kinerja membran (Rakhmatulah, dkk.2007).
Zeolit merupakan salah satu batuan atau mineral alam yang secara kimiawi
termasuk golongan mineral silika dan dinyatakan sebagai alumina silikat
terhidrasi, berbentuk halus, dan merupakan hasil produk sekunder yang stabil
pada kondisi permukaan (Sutarti, 1994). Zeolit alam pada umumnya memiliki
kristalinitas rendah, ukuran porinya tidak seragam, aktivitas katalitiknya rendah,
dan mengandung banyak pengotor. Oleh karena itu perlu diaktivasi dan
dimodifikasi terlebih dahulu sebelum dapat digunakan. (Handoko, 2001)
Proses aktivasi secara fisis dilakukan dengan pemanasan (kalsinasi).
Pemanasan ini bertujuan untuk menguapkan air yang terperangkap dalam poripori kristal zeolit sehingga jumlah pori dan luas permukaan spesifiknya bertambah
2
(Suyartono dan Husaini, 1991). Aktivasi secara kimia dapat dilakukan dengan
menggunakan larutan asam klorida atau asam sulfat atau garam tertentu yang
bertujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengganggu
dan menata kembali letak atom yang dapat dipertukarkan. (Suyartono dan
Husaini, 1991)
Namun dalam pembuatannya tidak diperoleh hasil yang homogen karena
perbedaan polaritas antara polimer dan serat alam, untuk meningkatkan interaksi
antara bahan pengisi dengan matriks polimer telah dilakukan dengan beberapa
cara. Salah satu cara yang dilakukan adalah dengan menambahkan senyawa
penghubung (Coupling Agent) sehingga meningkatkan sifat antarmuka dan adhesi
bahan pengisi dengan matriks polimer. (Machado, 2000)
Maleic anhydrate grafted polietilen (PE-g-MA) adalah bahan yang secara
umum digunakan sebagai kompatibilizer dan (CTAB = Cetyl Trimethyl
Ammonium Bromide) agar pembentukan emulsi (campuran) stabil diperlukan
stabilizer yang disebut surfaktan (surface active agent) yang merupakan senyawa
organik yang bersifat amphiphilic, artinya mempunyai dua gugus, yang bersifat
hydrophobic atau tak suka air dan yang satunya bersifat hydrophilic atau suka air.(
Joe Waynert, dkk., 2003 dikutip dari Wardiyati, S., dkk., 2007)
Hasil Penelitian (Rihayat dan Suryani, 2010) PP/ clay nanokomposit telah
berhasil disintesa dengan menggunakan kompatibilizer Maleic anhydrate grafted
polypropylene (PP-g-MA). Dengan sedikit penambahan clay yang telah diolah
dengan menggunakan surfaktan CTAB kedalam PP murni, maka terjadi
peningkatan secara signifikan terhadap kestabilan thermal, dimana peningkatan
terbesar terjadi pada pencampuran 5% clay yaitu sekitar 74% jika dibandingkan
dengan matrik polimer. Hal ini dapat terjadi disebabkan terjadinya interaksi antara
partikel anorganik dengan bahan organik polimer.
(Ni’mah, dkk, 2009) sintesis film plastik HDPE dengan menggunakan
filler abu layang menunjukkan hasil paling baik pada konsentrasi 5 % filler
dengan nilai kuat tarik sebesar 27,70 lbs dibanding dengan nilai kuat tarik sampel
botol awal yaitu 22,70 lbs. Dan hasil uji degradasi termal kurang berpengaruh
3
pada sampel HDPE-filler abu layang dan sampel sintesis tahan sampai suhu
1000C.
Berdasarkan uraian diatas, maka penulis akan melanjutkan penelitian
mengenai pencampuran polietilen High Density Polyethylene (HDPE) dengan
menggunakan filler zeolit modifikasi, zeolit diproses dengan kalsinasi dan Cetyl
Trimethyl Ammonium Bromide – CTAB, PE-g-MA sebagai kompatibilizer dengan
menganalisis sifat termal (TGA-DTA), sifat mekanik (Kekuatan tarik, Elongation
at break, Modulus elastis). Dengan demikian judul penelitian ini adalah “Analisis
Termal dan Mekanik Komposit High Density Polyethylene (HDPE) dengan
filler Zeolit Alam Modifikasi”.
1.2. Batasan Masalah
Untuk membatasi ruang lingkup yang jelas berdasarkan uraian yang telah
dikemukakan pada latar belakang di atas, maka penulis membatasi permasalahan
sebagai berikut :
1. Filler yang digunakan adalah zeolit alam modifikasi ( zeolit alam
kalsinasi dan zeolit alam sintesis CTAB).
2. Kompatibilizer yang digunakan adalah PE-g-MA.
3. Pengujian yang dilakukan adalah sifat termal ( TGA-DTA), sifat
mekanik (Kekuatan tarik, Perpanjangan putus, Modulus elastis) dan
analisis struktur morfologi (SEM) dan XRF.
1.3. Rumusan Masalah
Dari latar belakang masalah yang telah diuraikan, maka rumusan
masalah dalam penelitian ini adalah
1. Bagaimana morfologi zeolit alam kalsinasi dan zeolit alam dengan
aktivasi Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide – CTAB ?
2. Bagaimana unsur-unsur yang terkandung dalam zeolit dengan aktivasi
Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide – CTAB ?
3. Bagaimana pengaruh filler zeolit alam modifikasi (zeolit alam kalsinasi
dan zeolit alam sintesis CTAB) terhadap sifat termal (TGA-DTA) dan sifat
mekanik (Kekuatan tarik, Perpanjangan putus, Modulus elastisitas) ?
4
1.4. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah
1. Untuk mengetahui morfologi zeolit alam kalsinasi dan zeolit alam dengan
aktivasi Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide – CTAB.
2. Untuk mengetahui unsur-unsur yang terkandung dalam zeolit dengan
aktivasi Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide – CTAB.
3. Untuk mengetahui pengaruh filler zeolit alam modifikasi (zeolit alam
kalsinasi dan zeolit alam sintesis CTAB) terhadap sifat termal (TGADTA) dan sifat mekanik (Kekuatan tarik, Perpanjangan putus, Modulus
elastisitas).
1.5. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah
1. Memberikan informasi dasar tentang sifat termal (TGA-DTA), sifat
mekanik (Kekuatan tarik, Perpanjangan putus, Modulus elastisitas)
komposit dengan filler zeolit alam modifikasi dengan kalsinasi dan CTAB.
2. Peningkatan nilai ekonomis zeolit alam pahae sebagai filler dalam HDPE.
3. Dapat digunakan untuk pengembangan penelitian pencampuran komposit
dari polimer dan bahan alam.
46
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari hasil penelitian komposit High Density Polyethylene (HDPE) dengan
filler zeolit alam modifikasi terhadap uji morfologi, uji XRF, uji termal dan uji
mekanik dapat disimpulkan :
1.
Hasil uji SEM menunjukkan besar ukuran partikel zeolit alam kalsinasi
berkisar antara 10 µm sampai 100 µm dan untuk partikel zeolit alam sintesis
CTAB berkisar antara 10 µm sampai dengan 50 µm
2.
Hasil uji XRF partikel zeolit alam sintesis CTAB diketahui mengandung
banyak elemen karbon (C) sebesar 32,41%, O (Oksigen) sebesar 42,35%, Si
(Silika)
sebesar
15,66%,
sedangkan
senyawa
lainnya
merupakan
impuritinya.
3.
Pengaruh komposit High Density Polyethylene (HDPE) dengan filler zeolit
alam kalsinasi dan zeolit alam sintesis CTAB pada uji termal dan uji
mekanik yaitu :
Hasil uji termal (TGA-DTA) menunjukkan nilai titik leleh dan
dekomposisi tertinggi terdapat pada komposit HDPE dengan filler zeolit
alam kalsinasi dan PE-g-MA sebesar 151.230C dan 488.230C
Hasil uji mekanik (kekuatan tarik dan perpanjangan putus) tertinggi
terdapat pada komposit HDPE dengan filler zeolit alam sintesis CTAB
dan PE-g-MA sebesar 24.964 MPa dan 398.89 mm. Dan nilai modulus
tertinggi terdapat pada komposit HDPE dengan filler zeolit alam sintesis
CTAB sebesar 720.76 MPa.
5.2. Saran
1. Pada saat pengeringan partikel zeolit alam sintesis CTAB dengan oven
pemanas perlu diperhatikan suhu dan waktu pemanasan, karena hal ini
dapat mempengaruhi kualitas zeolit sintesis CTAB.
47
2. Pada saat hot press dan cold press sampel perlu diperhatikan waktu
pencetakan, karena hasil dari pencetakkan sangat mempengaruhi hasil uji
mekanik.
3. Diharapkan penelitian ini tidak hanya sebatas pada uji SEM dan uji XRF
partikel zeolit alam modifikasi, tetapi dapat dilakukan penambahan
karakterisasi uji SEM dan XRF pada komposit HDPE dengan filler zeolit
alam modifikasi (zeolit alam kalsinasi dan zeolit alam sintesis CTAB).
48
Daftar Pustaka
Bahruddin, Zahrina, I., dan Amraini, S.Z., (2010), Pengaruh Filler Carbon Black
terhadap Sifat dan Morfologi Komposit Natural Rubber /
Polypropylene, Jurnal Teknik Kimia Indonesia, Vol 9 : 62-68.
Deswita, Aloma, K.K., Sudirman, dan Gunawan, I., (2007), Modifikasi Polietilen
Sebagai Polimer Komposit Biodegradable Untuk Bahan Kemasan,
Jurnal SainsMateri Indonesia, hal : 37 – 42
Ginting, (2006), Pembuatan Komposit dari Karung Plastik Bekas dan Polietilena
dengan Pelembut Heksan, Jurnal Teknologi Proses, Juli 2006:138-141
Gunawan, I., Deswita, Aloma, K.K., dan Sudirman, (2007), Sintesis dan
Karakterisasi Komposit High Density Polyethylene-Pati Tapioka,
Jurnal Sains Materi Indonesia 5-8: 1411-1098.
Handoko SD. (2001). Preparasi katalis Cr/zeolit melalui modifikasi zeolit alam.
[tesis]. Jember: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Jember.
Hendri, J., Suka, I.G., Simanjuntak, W., Annisa., Gatot., (2007), Karakteristik
Film Polietilen Tergrafting Asam Akrilat Diperoleh Dengan Metoda
Radiasi Gamma (Characteristic Of Acrylic Acid Grafted Polyethylene
Film Prepared By Gamma Irradiation Method), FMIPA, Universitas
Lampung.
Ismaryata, (1999), The Study of Acidic Washing Temperature and Calcination
Effects on Modification Process of Natural Zeolite as an Anion
Exchanger, Laporan Penelitian, Semarang: UNDIP
Jayathu, Z.E., Natanael, C.L., dan Hendrana, S., (2006), Analisis Fourier
Transform Infrared (FT-IR) Fraksionasi Polietilen-Graft-Maleat
Anhidrida (PE-g-MAH), Majalah Polimer Indonesia Vol 9,No.2, hal
54-58
Kahar, Abdul, (2007), Pengaruh Laju Alir dan Diameter Partikel Zeolit pada
Proses Penjerapan Fenol Terlarut dalam Limbah Cair Industri Kayu
Lapis, Jurnal Kimia Vol 4 : 1693-5616
Kriswarini, R., Dian, A., Joko, K., (2006), Validasi Metoda Standardless untuk
Analisis Unsur dalam Bahan Zircaloy, Hasil-hasil Penelitian EBN.
Machado, A.V. Covas J.A., (2000), Monitoring Polyolefin Modificaion along the
Axis of a Twin-Screw Extruder.II. Maleic Anhydride Grafting, Journal
49
of Polymer Science: Part A. Vol 38.3919-3932. Portugal: University of
Minho.
Machado,A.V., Covas, J.A., dan Vanduin, M., (2005), Effect of Processing
Conditions on Grafting of Maleic Anhydride onto Polyolefins,
University of Minho, Portugal.
Majid, R.A., Ismail, H., Talib, R.M., (2010), Effects Of Polyethylene-G-Maleic
Anhydride On Properties Of Low Density Polyethylene/ Thermoplastic
Sago Starch Reinforced Kenaf Fibre Composites, Iranian Polymer
Journal, 19(7): 501-510
Masrukan, Anggraini, A., dan Rosika, (2007), Studi Komparasi Hasil Analisis
Komposisi Paduan AlMgSi1 dengan Menggunakan Teknik X Ray
Fluorocency (XRF) dan Emission Spectroscopy, Vol 13, No.3 hal : 99146
Mufty, M., (2009), http://banemo.wordpress.com/2009/12/27/metode-analisisthermal/ (accessed Desember 2009)
Mustain, A., Falah, M., Nais, M.F., dan Wibawa, G, (2011), Pengurangan
Kandungan Ca2+ dari Zeolit Alam untuk Meningkatkan Kualitasnya
menjadi Zeolit A, Prosiding 26 Juli 2011
Ni’mah, Y.L., Atmaja, L., dan Juwono, H., (2009), Synthesis and Characterization
of HDPE Plastic Film for Herbicide Container Using Fly Ash Class F
as Filler, Indo.J. Chem 9(3) : 348-354
Nur, C., (1997), Pengaruh Radiasi Sinar Gamma dan Rapat Massa serta Sifat
Mekanis HDPE dan LDPE, Medan : Lembaga Penelitian USU.
Oktaviana, A., (2009), Teknologi Penginderaan Mikroskopi, FMIPA Sebelas
Maret, Surakarta.
Onggo, D., dan Fansuri, H., (1999), Penggunaan Differential Thermal Analysis
(DTA) pada Penentuan Aktivitas dan Reaktivitas Katalis FE2O3, Co3O4,
NiO,CuO, dan LaMO3 (M=Fe,CO,danNi) untuk Oksidasi CO menjadi
CO2, JMS Vol. 4 No. 1, hal. 13 - 19 April 1999
Rakhmatullah, Dwi Karsa., Waradini, Gitandra., dan Aryanto, Nugroho., (2007),
Pembuatan Adsorben dari Zeolit Alam dengan Karakteristik
Adsorption Properties
untuk Kemurnian Bioetanol, Laporan
Hasil Penelitian, Insitut Teknologi Bandung, Bandung
Rihayat, T., dan Suryani, (2010), Pengolahan dan Pengujian Sifat Termal
Polipropilen Clay Nanokomposit, Seminar Teknik Kimia
50
Risnasari, I., (2006), Ketahanan Komposit Kayu Plastik-Daur-Ulang dengan
Penambahan Uv Stabilizer terhadap Cuaca, Sekolah Pascasarjana, IPB,
Bogor
Saputra, R., (2006), Pemanfaatan Zeolit Sintetis Sebagai Alternatif Pengolahan
Limbah Industri, Prosiding Januari 2006.
Setiadi dan Pertiwi, A, (2007), Preparasi dan Karakterisasi Zeolit Alam untuk
Konversi Senyawa ABE menjadi Hidrokarbon, Prosiding Konggres
dan Simposium Nasional Kedua MKICS April 2007
Siagian, K.A., (2009), Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena (PE) Sebagai
Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, Skripsi, FMIPA,
USU, Medan
Sitepu, I.W., (2009), Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat
Grafting Maleat Anhidrat Pada High Density Polyethylene (HDPE)
Dengan Inisiator Benzoil Peroksida, Skripsi, FMIPA, USU, Medan.
Sulaiman, A., (1997), Apresiasi Teknologi Material, Disampaikan pada Kursus
Reguler SESKOAD.
Surdia, S., (1995), Pengetahuan Bahan Teknik, Pradnya Paramita, Jakarta.
Suriawan dan Nindhia, (2010), Studi Hubungan Struktur Mikro dan Keaktifan
Zeolit Alam Akibat Proses Pengasaman, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin
Vol. 4 No.2. Oktober 2010 (129-131)
Sutarti, M., Rachmawati, M. (1994) Zeolit: Tinjauan Literatur, Pusat
Dokumentasi dan Informasi Ilmiah LIPI, Jakarta.
Sutiani, A., (2009), Metode Karakterisasi Bahan Polimer, Kultura Volume: 10
No.1 Maret 2009
Suyartono & Husaini, (1991), Tinjauan terhadap kegiatan penelitian karakterisasi
dan pemanfaatan zeolit Indonesia yang dilakukan PPTM Bandung
Periode 1890-1991, Buletin PPTM, Bandung.
Wardiyati, S., Yusuf, S., dan Handayani, A., (2007), Sintesis Nano Partikel
Oksida Besi Dengan Metode Emulsi Menggunakan Surfaktan Cetyl
Trimethyl Ammonium Bromide (Ctab), Jurnal Sains Materi Indonesia
Edisi Khusus, 151-155
Yuniari, A., (2011), Morfologi dan Sifat Polipaduan Low Density PolyethylenePati Tergrafting Maleat Ahidrat, Jurnal Riset Industri Vol 5 : 239-24.