Modifikasi Karet Alam Secara Reaksi Pemutusan Rantai Dan Siklisasi Untuk Menghasilkan Karet Siklo
MODIFIKASI KARET ALAM SECARA REAKSI PEMUTUSAN
RANTAI DAN SIKLISASI UNTUK MENGHASILKAN
KARET SIKLO
DISERTASI
Oleh :
ELVRI MELLIATY SITINJAK
118103005/KIM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Judul Disertasi
: MODIFIKASI
KARET ALAM
SECARA
REAKSI
PEMUTUSAN
RANTAI
DAN
SIKLISASI
UNTUK
MENGHASILKAN
KARET SIKLO
Nama
Nomor Pokok
Program Studi
: ELVRI MELLIATY SITINJAK
: 118103005/KIM
: Doktor (S-3) Ilmu Kimia
Menyetujui:
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Jamaran Kaban, MSc.
Promotor
Dr. Mimpin Ginting , MS.
Co-Promotor
Eddyanto Ph.D
Co-Promotor
Mengetahui,
Ketua Program Studi S-3 Ilmu Kimia
Prof. Basuki Wirjosentono, MS., Ph.D
Dekan FMIPA
Universitas Sumatera Utara
Dr. Sutarman, MSc.
PROMOTOR
Prof. Dr. Jamaran Kaban, MSc
Guru Besar Tetap Ilmu Kimia Organik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Dr. Mimpin Ginting , M. S.
Dosen Tetap Ilmu Kimia Organik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Drs. Eddyanto Ph.D
Dosen Tetap Ilmu Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Medan
PERNYATAAN ORISINILITAS
Disertasi ini adalah hasil karya penulis sendiri,
Dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk
Telah penulis nyatakan dengan benar
Nama
Nomor Pokok
Tanda Tangan
: ELVRI MELLIATY SITINJAK
: 118103005
:
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Kasih
Pencipta Langit dan Bumi yang telah menopang dan memeliahar penulis sehingga
dapat menyelesaikan disertasi yang berjudul Modifikasi Karet Alam Secara Reaksi
Pemutusan Rantai Dan Siklisasi Untuk Menghasilkan Karet Siklo.
Disertasi ini merupakan salah satu syarat dalam mengikuti pendidikan yang
tengah penulis laksanakan. Penulis juga mengucapkan terima kasih yang tak
terhingga kepada semua pihak terutama kepada yang terhormat: Mantan Rektor
Universitas Sumatera Utara, Prof.Dr.dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc (CTM).
Sp.A(K) dan Plt Prof. Subhilar, Ph.D, atas kesempatan fasilitas serta ijin untuk
mengikuti dan menyelesaikan program pendidikan doktor dalam bidang Ilmu Kimia.
Penulis juga mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada Dekan Fakultas
MIPA USU, Dr. Sutarman, M.Sc. atas ijin dan kesempatan yang diberikan untuk
menjadi mahasiswa Program Doktor Ilmu Kimia. Penulis mengucapkan terima kasih
kepada Ketua Program Studi Doktor Ilmu Kimia FMIPA USU, Prof. Basuki
Wirjosentono, M.S., Ph.D., dan Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc., selaku
Sekretaris program Doktor Ilmu Kimia FMIPA USU serta kepada seluruh Staf
Pengajar dan staf administrasi pada Program Doktor Ilmu Kimia FMIPA USU dan
Departemen Kimia FMIPA USU.
Penulis mengucapkan terima kasih tak terhingga kepada Promotor Prof. Dr.
Jamaran Kaban, Msc, Co-Promotor Dr. Mimpin Ginting, MS dan Co-Promotor
Eddyanto, Ph.D.,dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, bimbingan dan
saran hingga disertasi ini dapat terselesaikan. Penulis juga mengucapkan terima kasih
kepada Tim Penguji Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D., Jamahir Gultom, Ph.D.,
Prof. DR. Yunazar Manjang atas kesediaan waktu untuk memberi penilaian dan
saran-saran untuk perbaikan disertasi ini.
Penulis Juga mengucapkan terima kasih tak terhingga kepada Pimpinan
beserta jajaran PT. Idustri Karet Nusantara yang telah banyak sekali membantu
penulis dalam melaksanakan penelitian untuk menyelesaikan disertasi ini. Terkhusus
penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Renu Ismida Meliala sebagai Direktur
PT. IKN dan Bapak Ir. Suprianto, MMA sebagai Manager Pabrik PT. IKN atas
dukungan yang diberikan dalam pelaksanaan penelitian untuk menyelesaikan
disertasi ini.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kementerian Perindustrian
Republik Indonesia khususnya Pusdiklat Industri yang telah memberikan kesempatan
dan dukungan materi untuk menempuh Program Pendidikan Jenjang S3. Penulis
mengucapkan terima kasih kepada Kepala Pusdiklat Industri Bapak Drs.
Mujiyono,MM. Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh mahasiswa
Sekolah Pasca Sarjana Bidang Ilmu Kimia Universitas Sumatera Utara yang telah
mendukung penulis selama ini. Kepada seluruh Civitas Akademik PTKI Medan yang
telah medukung penulis dalam pelaksanaan penelitian. Kapada anak-anak saya
Samuel Ginting, Fitri Samosir, Marth Christian dan Hotma yang telah mendukung
penulis selama ini.
Kepada Ayahanda R. Sitinjak (alm) dan Ibunda N br Hasugian atas didikan
dan dorongan untuk terus belajar. Kepada Bapak dan Ibu Mertua Bapak R. Sihotang
(alm)/ br. Siburian (alm). Kepada keluarga besar Sitinjak (Kakak Ellince, Keluarga
Abang F. Sihombing/Elminar Sitinjak, Adik Elseria Sitinjak dan Keluarga Ito Sahat
Sitinjak/F. Gultom) dan keluarga besar Sihotang (Keluarga Amang K. Sihotang/br.
Sitanggang (alm), Keluarga Amang I. Sihotang (alm)/br. Panjaitan, Keluarga Amang
S. Sihotang/br.Siregar, Keluarga Amang K. Sihotang/br. Sitanggang, Keluarga
Amang N. Sihotang/br. Sinaga, Keluarga Amang J. Sihotang/ br. Hutagalung ,
Keluarga Amangbao Sitomorang/ br. Sihotang, Keluarga Amangbao Nababan/ br.
Sihotang (alm) dan Keluarga Amangbao Butar-butar/ br. Sihotang yang mendoakan
selama ini. Kepada suami yang kukasihi Bapak J. Sihotang dan putriku yang terkasih
Eloisa E. D. Sihotang yang mendukung, mendoakan dan menguatkan penulis
terkhusus untuk penyelesaian disertasi ini.
Akhirnya saya mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah
terlibat dalam proses penyusunan disertasi ini, baik dalam bentuk kontribusi data,
penyajian penulisan laporan, maupun dalam bentuk kontribusi data, penyajian
penulisan laporan, maupun dalam bentuk kontribusi yang lain. Semoga disertasi ini
dapat bermanfaat untuk kebaikan kita semua.
Medan, Juli 2015
Penulis
Elvri Melliaty Sitinjak
MODIFIKASI KARET ALAM SECARA REAKSI PEMUTUSAN RANTAI
DAN SIKLISASI UNTUK MENGHASILKAN KARET SIKLO
ABSTRAK
Modifikasi karet alam merupakan proses perubahan karet alam yang dapat
dilakukan secara proses fisis maupun dengan reaksi kimia. Tujuan dari modifikasi
karet alam adalah untuk memperbaiki sifat-sifat karet alam sehingga dapat
diapliksikan dalam berbagai jenis produk barang jadi karet. Hasil modifikasi kimia
karet alam yang diaplikasikan sebagai bahan adhesive, tinta cetak dan industri cat
adalah karet siklo. Karet alam dengan struktur ikatan karbon rantai terbuka diubah
menjadi struktur tertutup yang disebut sebagai karet siklo.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan karet siklo dengan bobot
molekul yang lebih rendah dan melakukan karakterisasi karet siklo berbobot molekul
rendah. Karet siklo berbobot molekul rendah yang dihasilkan menggunakan bahan
baku karet SIR 10. Karet SIR 10 dengan bobot molekul sebesar 586.080 g/mol
diturunkan bobot molekulnya dengan metode degradasi kimia dalam sistim redoks.
Metode degradasi kimia merupakan reaksi pemutusan rantai ikatan rangkap yang
terdapat pada struktur karet alam. Perreaksi yang digunakan adalah hidrogen
peroksida dan natrium nitrit. Karet degradasi yang dihasilkan dari reaksi degradasi
memiliki bobot molekul sebesar 88.482 g/mol. Spektrum FT-IR dan Spektrum 1HNMR menunjukkan terdapatnya gugus karbonil pada ujung struktur karet degradasi
yang dibuktikan dengan didapatinya bilangan gelombang 1735 dan 1717 cm-1 dan
pergeseran kimia δ = 2,17 ppm.
Karet degradasi selanjutnya disiklisasi untuk menghasilkan karet siklo. Reaksi
siklisasi karet degradasi menggunakan katalis P2O5. Karet siklo yang dihasilkan pada
penelitian ini memiliki bobot molekul sebesar 38.378 g/mol. Struktur siklik karet
ditunjukkan oleh spektrum FT-IR dan spektrum 1H-NMR berturut-turut pada
bilangan gelombang 878 cm-1 dan pergeseran kimia δ = 6,06 ppm.
Kata kunci : Karet alam, SIR 10, bobot molekul, karet siklo, degradasi, siklisasi.
MODIFICATION OF NATURAL RUBBER WITH CHAIN SCISSION
REACTION AND CYCLIZATION TO PRODUCE CYCLIC RUBBER
ABSTRACT
Natural rubber modification is a process of changing natural rubber that can be done
physically process or with chemical reaction. The purpose of natural rubber
modification is improve natural rubber properties, that can be applied in various
products. One of products chemical modification from natural rubber is cyclic rubber
that can be applied as adhesive, printing ink and coating. Opened chain rubber
structure is changed become cyclic structure. Raw material that use in this research
is SIR 10. This research resulted cyclic rubber with molecular weight lower than SIR
10 and already charactericized.
SIR 10 with molecular weight 586,080 g/mole reduce by using chemical degradation
method in redox system. The molecular weight of SIR 10 was reduced via chemical
degradation using hydrogen peroxide and sodium nitrite as reagents. Natural rubber
that resulted from degradation reaction have molecular weight 88,482 g/mole. From
FT-IR and H-NMR spectrum analysis found the appearance of carbonyl group at the
end of the structure of degradation natural rubber that proven with wave number
1735,1717 cm-1 and chemical shift δ = 2,17 ppm.
The result of natural rubber degradation is cyclized to produce cyclic rubber.
Cyclization reaction used P 2O5 catalyst. Cyclic rubber that produced in this research
is having molecular weight 38,378 g/mole. Structure of cyclic rubber is showed by
using FT-IR analysis with wave number 878 cm-1 and HNMR analysis with chemical
shift δ = 6,06 ppm.
Keywords : natural rubber, SIR 10, molecular weight, cyclic rubber, degradation,
cyclization
RIWAYAT HIDUP
Penulis di lahirkan pada tanggal14 Agustus 1975 di Medan, anak dari dan
merupakan anak ke dari bersaudara.
Penulis menjalani masa pendidikan SD INPRES 060425 dari tahun 1981
sampai 1987, kemudian SMP Negeri 1 Medan dari tahun 1987 sampai 1990, dan
selanjutnya SMA Negeri 1 Medan dari tahun 1990 sampai 1993. Kemudian penulis
melanjutkan ke Jurusan teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis lulus sebagai Sarjana Teknik pada tahun 1998.
Penulis melanjutkan Pendidikan Program Magister pada sekolah Pascasarjana
Institute Teknologi Bandung dalam Program Studi Teknik Kimia dan lulus pada
tahun 2001. Pada tahun 2002 penulis diangkat menjadi tenaga pengajar pada
Politeknik Teknologi kimia Industri Medan sampai sekarang. Selanjutnya pada tahun
2011 penulis mengikuti Program Dokstor (S3) Ilmu Kimia pada Universitas Sumatera
Utara.
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR
ii
ABSTRAK
v
ABSTRACT
vi
RIWAYAT HIDUP
vii
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
xii
DAFTAR GRAFIK
xv
BAB 1. PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Perumusan Masalah
1
1.3. Tujian Penelitian
6
1.4. Manfaat Penelitian
6
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tanaman karet
7
7
2.2. Karet Alam
14
2.3. Produksi dan Konsumsi Karet Alam
23
2.4. Karet Spesifikasi Teknis
26
2.5. Modifikasi Karet Alam
28
2.6. Degradasi Karet Alam
30
2.7. Siklisasi Karet Alam
35
2.8. Bobot Molekul
37
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN
39
3.1. Tempat dan waktu
39
3.2. Bahan dan Alat
39
3.2.1. Bahan
39
3.2.2. Alat
40
3.3. Prosedur Penelitian
40
3.3.1. Prosedur Degradasi Karet Spesifikasi Teknis SIR 10
40
3.3.2. Prosedur Reaksi Siklisasi
40
3.3.3. Karakterisasi karet
41
3.4. Bagan penelitian 42
3.4.1. Diagram Alur Proses Degradasi Karet SIR 10
42
3.4.2. Diagram Alur Proses siklisasi Karet Degradasi
43
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
44
4.1. Karet Spesifikasi Teknis SIR 10
44
4.2. Reaksi Degradasi dan Siklisasi Karet Alam
49
4.3. Reaksi Degradasi dalam Sistem Redoks
73
4.4. Kelarutan Karet
86
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
91
5.1. Kesimpulan
91
5.2. Saran
91
DAFTAR PUSTAKA
93
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel 2.1.
Tanaman Penghasil Karet Alam
11
Tabel 2.2.
Komponen Lateks Segar Data Statistik Karet Dunia
14
Tabel 2.3.
Data Statistik Karet Dunia
15
Tabel 2.4.
Standar Mutu Lateks Pekat
18
Tabel 2.5.
Standart Indonesian Rubber (SIR)
19
Tabel 2.6.
Standart Malaysian Rubber (SMR)
20
Tabel 2.7.
Nomenklatur Karet Spesifikasi Teknis di Berbagai Negara
27
Tabel 4.1.
Sifat Fisik Karet SIR 10
44
Tabel 4.2.
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet SIR 10
46
Tabel 4.3.
Chemical Shift dari Olefinic Proton pada Karet SIR 10
47
Tabel 4.4.
Spektrum FT – IR Karet Spesifikasi Teknis SIR 10
48
Tabel 4.5.
Sifat Fisik Karet Hasil Reaksi Degradasi
49
Tabel 4.6.
Bilangan Gelombang pada Spektrum FT – IR Karet Degradasi
54
Tabel 4.7.
Chemical Shift pada Karet yang telah mengalami degradasi
56
Tabel 4.8.
Bilangan Gelombang pada Spektrum FT – IR Karet Siklo
60
Tabel 4.9.
Sifat Fisik Karet Hasil Reaksi Siklisasi
61
Tabel 4.10.
Luas Area sebagai Referensi untuk Penghitungan Indeks
66
Tabel 4.11.
Indeks Ikatan Rangkap C = C
68
Tabel 4.12.
Indeks Ikatan = C – H
71
Tabel 4.13.
Indeks Ikatan C – C
72
Nomor
Judul
Tabel 4.14.
Densitas Karet Hasil Degradasi dengan Variasi Reaksi
Tabel 4.15.
Viskositas Intrinsik Karet Hasil Degradasi dengan
Halaman
Variasi Temperatur Reaksi
Tabel 4.16.
74
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil
Reaksi Degradasi pada Temperatur Reaksi 60oC
Tabel 4.18.
73
Bobot Molekul Viskositas Karet Hasil Degradasi dengan
Variasi Temperatur Reaksi
Tabel 4.17.
73
75
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil
Reaksi Degradasi pada Temperatur Reaksi 70oC
76
Tabel 4.19.
Densitas Karet Hasil Degradasi dengan variasi Waktu Reaksi
77
Tabel 4.20.
Viskositas Intrinsik Karet Hasil Degradasi dengan Variasi
Waktu Reaksi
Tabel 4.21.
Bobot Molekul Karet Hasil Degradasi dengan Variasi
Waktu Reaksi
Tabel 4.21.
82
Densitas Karet Hasil Degradasi dengan Variasi
Jumlah Penambahan H2O2 dan NaNO2
Tabel 4.26.
80
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil
Reaksi Degradasi pada Waktu Reaksi 6 Jam
Tabel 4.25.
79
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil
Reaksi Degradasi pada Waktu Reaksi 4 Jam
Tabel 4.24.
78
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil Reaksi
Degradasi pada Waktu Reaksi 2 Jam
Tabel 4.23.
77
83
Viskositas Intrinsik Karet Hasil Degradasi dengan Variasi
Jumlah Penambahan H2O2 dan NaNO2
83
Nomor
Judul
Tabel 4.27.
Bobot Molekul Karet Hasil Degradasi dengan Variasi
Jumlah Penambahan H2O2 dan NaNO2
Tabel 4.28.
83
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil
Reaksi pada Penambahan Oksidator-Reduktor 12 bsk
Tabel 4.29.
Halaman
84
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil
Reaksi pada Penambahan Oksidator-Reduktor 15 bsk
86
Tabel 4.30.
Kelarutan Karet pada Berbagai Pelarut
87
Tabel 4.31.
Kemampuan Karet Menggumpal
88
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar 2.1.
Struktur Ruang Isomer Cis dan Trans Karet Alam
Gambar 2.2.
Mekanisme Reaksi Storage Hardening (Ikatan Silang antara
Gugus Aldehida)
Gambar 2.3.
23
Mekanisme Reaksi Storage Hardening (Ikatan Silang antara
Gugus Aldehida dan α - metil)
Gambar 2.4.
22
23
Flow Diagram Proses Pengolahan Lateks Pekat dan Gumpalan
Karet menjadi Karet Spesifikasi Teknis
27
Gambar 2.5.
Modifikasi Karet Alam
29
Gambar 2.6.
Mekanisme Oksidasi Polyisoprene
32
Gambar 2.7.
Reaksi Umum Metathesis
33
Gambar 2.8.
Struktur yang Diharapkan dari Metathesis Depolimerisasi
Poly (cis- 1, 4 – isoprene)
33
Gambar 2.9.
Mekanisme Reaksi Siklisasi Karet Alam
36
Gambar 4.1.
Spektrum FT – IR Karet SIR 10
45
Gambar 4.2.
Struktur Ruang Isomer Cis Karet Alam
46
Gambar 4.3.
1
48
Gambar 4.3.
Mekanisme Reaksi Degradasi/Pemutusan Rantai Karet
H-NMR Karet Spesifikasi Teknis SIR 10
SIR 10
Gambar 4.4.
Gambar 4.5.
50
Penentuan Bobot Molekul Karet Hasil Degradasi dengan
Instrumen LCMS
51
Spektrum FT – IR Karet Hasil Degradasi
53
1
Gambar 4.6.
Spektrum H-NMR dari Karet Degradasi
55
Gambar 4.7.
Reaksi Siklisasi Karet dengan P2O5
58
Gambar 4.8.
Spektrum FT – IR Karet Siklo Produk PT IKN Sumatera
Gambar 4.9.
Utara
59
Spektrum FT – IR Karet Siklo Hasil Siklisasi dengan P2O5
60
Nomor
Judul
Gambar 4.10.
Spektrum 1H-NMR Resipien 35 Produk PT IKN Sumatera
Gambar 4.11.
Gambar 4.12.
Gambar 4.13.
Gambat 4.14.
Gambar 4.15.
Gambar 4.16.
Gambar 4.17.
Utara
62
Spektrum 1H-NMR untuk Sumatera Utara Karet Siklo Hasil
Penelitian
63
Penentuan Bobot Molekul Karet Siklo Hasil Penelitian
Dengan Instrumen LCMS
64
Spektrum FT – IR Karet SIR 10, Karet Hasil Degradasi dan
Karet Siklo dalam % T
65
Spektrum FT – IR Karet SIR 10, Karet Hasil Degradasi dan
Karet Siklo dalam Absorbansi
65
Spektrum Perbandingan Luas Area pada Puncak Bilangan
Gelombang Ikatan C = C
67
Spektrum Perbandingan Luas Area pada Puncak Bilangan
Gelombang Ikatan = C – H
70
Spektrum Perbandingan Luas Area pada Puncak Bilangan
Gelombang Ikatan C – C
Gambar 4.18.
Gambar 4.19.
Gambar 4.20.
Gambar 4.21.
Gambar 4.22.
Gambar 4.23.
Gambar 4.24.
Halaman
72
Spektrum FT – IR Karet Hasil Reaksi Degradasi pada
Temperatur Reaksi 60oC
76
Spektrum FT – IR Karet Hasil Reaksi Degradasi pada
Temperatur Reaksi 70oC
76
Spektrum FT – IR Karet Hasil Degradasi pada Waktu
Reaksi Selama 2 Jam
78
Spektrum FT – IR Karet Hasil Degradasi pada Waktu
Reaksi Selama 4 Jam
80
Spektrum FT – IR Karet Hasil Degradasi pada Waktu
Reaksi Selama 6 Jam
81
Spektrum FT – IR Karet Hasil Reaksi pada Penambahan
Oksidator-Reduktor 12 bsk
84
Spektrum FT – IR Karet Hasil Reaksi pada Penambahan
Oksidator-Reduktor 15 bsk
85
DAFTAR GRAFIK
Nomor
Judul
Halaman
Grafik 2.1.
Konsumsi dan Produksi Karet Alam Dunia
24
Grafik 2.2.
Total Konsumsi Karet di Berbagai Negara (1)
24
Grafik 2.3.
Total Konsumsi Karet di Berbagai Negara (2)
25
Grafik 2.4.
Perkebunan Karet Alam Dunia Periode 2000 - 2011
25
Grafik 2.5.
Perkebunan dan Produktivitas Karet Alam di Thailand
25
Grafik 2.6.
Perkebunan dan Produktivitas Karet Alam di Indonesia
25
Grafik 2.7.
Perkebunan dan Produktivitas Karet Alam di Malaysia
25
RANTAI DAN SIKLISASI UNTUK MENGHASILKAN
KARET SIKLO
DISERTASI
Oleh :
ELVRI MELLIATY SITINJAK
118103005/KIM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Judul Disertasi
: MODIFIKASI
KARET ALAM
SECARA
REAKSI
PEMUTUSAN
RANTAI
DAN
SIKLISASI
UNTUK
MENGHASILKAN
KARET SIKLO
Nama
Nomor Pokok
Program Studi
: ELVRI MELLIATY SITINJAK
: 118103005/KIM
: Doktor (S-3) Ilmu Kimia
Menyetujui:
Komisi Pembimbing
Prof. Dr. Jamaran Kaban, MSc.
Promotor
Dr. Mimpin Ginting , MS.
Co-Promotor
Eddyanto Ph.D
Co-Promotor
Mengetahui,
Ketua Program Studi S-3 Ilmu Kimia
Prof. Basuki Wirjosentono, MS., Ph.D
Dekan FMIPA
Universitas Sumatera Utara
Dr. Sutarman, MSc.
PROMOTOR
Prof. Dr. Jamaran Kaban, MSc
Guru Besar Tetap Ilmu Kimia Organik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Dr. Mimpin Ginting , M. S.
Dosen Tetap Ilmu Kimia Organik
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
CO-PROMOTOR
Drs. Eddyanto Ph.D
Dosen Tetap Ilmu Kimia Polimer
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Medan
PERNYATAAN ORISINILITAS
Disertasi ini adalah hasil karya penulis sendiri,
Dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk
Telah penulis nyatakan dengan benar
Nama
Nomor Pokok
Tanda Tangan
: ELVRI MELLIATY SITINJAK
: 118103005
:
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Kasih
Pencipta Langit dan Bumi yang telah menopang dan memeliahar penulis sehingga
dapat menyelesaikan disertasi yang berjudul Modifikasi Karet Alam Secara Reaksi
Pemutusan Rantai Dan Siklisasi Untuk Menghasilkan Karet Siklo.
Disertasi ini merupakan salah satu syarat dalam mengikuti pendidikan yang
tengah penulis laksanakan. Penulis juga mengucapkan terima kasih yang tak
terhingga kepada semua pihak terutama kepada yang terhormat: Mantan Rektor
Universitas Sumatera Utara, Prof.Dr.dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc (CTM).
Sp.A(K) dan Plt Prof. Subhilar, Ph.D, atas kesempatan fasilitas serta ijin untuk
mengikuti dan menyelesaikan program pendidikan doktor dalam bidang Ilmu Kimia.
Penulis juga mengucapkan terima kasih yang tak terhingga kepada Dekan Fakultas
MIPA USU, Dr. Sutarman, M.Sc. atas ijin dan kesempatan yang diberikan untuk
menjadi mahasiswa Program Doktor Ilmu Kimia. Penulis mengucapkan terima kasih
kepada Ketua Program Studi Doktor Ilmu Kimia FMIPA USU, Prof. Basuki
Wirjosentono, M.S., Ph.D., dan Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc., selaku
Sekretaris program Doktor Ilmu Kimia FMIPA USU serta kepada seluruh Staf
Pengajar dan staf administrasi pada Program Doktor Ilmu Kimia FMIPA USU dan
Departemen Kimia FMIPA USU.
Penulis mengucapkan terima kasih tak terhingga kepada Promotor Prof. Dr.
Jamaran Kaban, Msc, Co-Promotor Dr. Mimpin Ginting, MS dan Co-Promotor
Eddyanto, Ph.D.,dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, bimbingan dan
saran hingga disertasi ini dapat terselesaikan. Penulis juga mengucapkan terima kasih
kepada Tim Penguji Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D., Jamahir Gultom, Ph.D.,
Prof. DR. Yunazar Manjang atas kesediaan waktu untuk memberi penilaian dan
saran-saran untuk perbaikan disertasi ini.
Penulis Juga mengucapkan terima kasih tak terhingga kepada Pimpinan
beserta jajaran PT. Idustri Karet Nusantara yang telah banyak sekali membantu
penulis dalam melaksanakan penelitian untuk menyelesaikan disertasi ini. Terkhusus
penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Renu Ismida Meliala sebagai Direktur
PT. IKN dan Bapak Ir. Suprianto, MMA sebagai Manager Pabrik PT. IKN atas
dukungan yang diberikan dalam pelaksanaan penelitian untuk menyelesaikan
disertasi ini.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Kementerian Perindustrian
Republik Indonesia khususnya Pusdiklat Industri yang telah memberikan kesempatan
dan dukungan materi untuk menempuh Program Pendidikan Jenjang S3. Penulis
mengucapkan terima kasih kepada Kepala Pusdiklat Industri Bapak Drs.
Mujiyono,MM. Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh mahasiswa
Sekolah Pasca Sarjana Bidang Ilmu Kimia Universitas Sumatera Utara yang telah
mendukung penulis selama ini. Kepada seluruh Civitas Akademik PTKI Medan yang
telah medukung penulis dalam pelaksanaan penelitian. Kapada anak-anak saya
Samuel Ginting, Fitri Samosir, Marth Christian dan Hotma yang telah mendukung
penulis selama ini.
Kepada Ayahanda R. Sitinjak (alm) dan Ibunda N br Hasugian atas didikan
dan dorongan untuk terus belajar. Kepada Bapak dan Ibu Mertua Bapak R. Sihotang
(alm)/ br. Siburian (alm). Kepada keluarga besar Sitinjak (Kakak Ellince, Keluarga
Abang F. Sihombing/Elminar Sitinjak, Adik Elseria Sitinjak dan Keluarga Ito Sahat
Sitinjak/F. Gultom) dan keluarga besar Sihotang (Keluarga Amang K. Sihotang/br.
Sitanggang (alm), Keluarga Amang I. Sihotang (alm)/br. Panjaitan, Keluarga Amang
S. Sihotang/br.Siregar, Keluarga Amang K. Sihotang/br. Sitanggang, Keluarga
Amang N. Sihotang/br. Sinaga, Keluarga Amang J. Sihotang/ br. Hutagalung ,
Keluarga Amangbao Sitomorang/ br. Sihotang, Keluarga Amangbao Nababan/ br.
Sihotang (alm) dan Keluarga Amangbao Butar-butar/ br. Sihotang yang mendoakan
selama ini. Kepada suami yang kukasihi Bapak J. Sihotang dan putriku yang terkasih
Eloisa E. D. Sihotang yang mendukung, mendoakan dan menguatkan penulis
terkhusus untuk penyelesaian disertasi ini.
Akhirnya saya mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah
terlibat dalam proses penyusunan disertasi ini, baik dalam bentuk kontribusi data,
penyajian penulisan laporan, maupun dalam bentuk kontribusi data, penyajian
penulisan laporan, maupun dalam bentuk kontribusi yang lain. Semoga disertasi ini
dapat bermanfaat untuk kebaikan kita semua.
Medan, Juli 2015
Penulis
Elvri Melliaty Sitinjak
MODIFIKASI KARET ALAM SECARA REAKSI PEMUTUSAN RANTAI
DAN SIKLISASI UNTUK MENGHASILKAN KARET SIKLO
ABSTRAK
Modifikasi karet alam merupakan proses perubahan karet alam yang dapat
dilakukan secara proses fisis maupun dengan reaksi kimia. Tujuan dari modifikasi
karet alam adalah untuk memperbaiki sifat-sifat karet alam sehingga dapat
diapliksikan dalam berbagai jenis produk barang jadi karet. Hasil modifikasi kimia
karet alam yang diaplikasikan sebagai bahan adhesive, tinta cetak dan industri cat
adalah karet siklo. Karet alam dengan struktur ikatan karbon rantai terbuka diubah
menjadi struktur tertutup yang disebut sebagai karet siklo.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan karet siklo dengan bobot
molekul yang lebih rendah dan melakukan karakterisasi karet siklo berbobot molekul
rendah. Karet siklo berbobot molekul rendah yang dihasilkan menggunakan bahan
baku karet SIR 10. Karet SIR 10 dengan bobot molekul sebesar 586.080 g/mol
diturunkan bobot molekulnya dengan metode degradasi kimia dalam sistim redoks.
Metode degradasi kimia merupakan reaksi pemutusan rantai ikatan rangkap yang
terdapat pada struktur karet alam. Perreaksi yang digunakan adalah hidrogen
peroksida dan natrium nitrit. Karet degradasi yang dihasilkan dari reaksi degradasi
memiliki bobot molekul sebesar 88.482 g/mol. Spektrum FT-IR dan Spektrum 1HNMR menunjukkan terdapatnya gugus karbonil pada ujung struktur karet degradasi
yang dibuktikan dengan didapatinya bilangan gelombang 1735 dan 1717 cm-1 dan
pergeseran kimia δ = 2,17 ppm.
Karet degradasi selanjutnya disiklisasi untuk menghasilkan karet siklo. Reaksi
siklisasi karet degradasi menggunakan katalis P2O5. Karet siklo yang dihasilkan pada
penelitian ini memiliki bobot molekul sebesar 38.378 g/mol. Struktur siklik karet
ditunjukkan oleh spektrum FT-IR dan spektrum 1H-NMR berturut-turut pada
bilangan gelombang 878 cm-1 dan pergeseran kimia δ = 6,06 ppm.
Kata kunci : Karet alam, SIR 10, bobot molekul, karet siklo, degradasi, siklisasi.
MODIFICATION OF NATURAL RUBBER WITH CHAIN SCISSION
REACTION AND CYCLIZATION TO PRODUCE CYCLIC RUBBER
ABSTRACT
Natural rubber modification is a process of changing natural rubber that can be done
physically process or with chemical reaction. The purpose of natural rubber
modification is improve natural rubber properties, that can be applied in various
products. One of products chemical modification from natural rubber is cyclic rubber
that can be applied as adhesive, printing ink and coating. Opened chain rubber
structure is changed become cyclic structure. Raw material that use in this research
is SIR 10. This research resulted cyclic rubber with molecular weight lower than SIR
10 and already charactericized.
SIR 10 with molecular weight 586,080 g/mole reduce by using chemical degradation
method in redox system. The molecular weight of SIR 10 was reduced via chemical
degradation using hydrogen peroxide and sodium nitrite as reagents. Natural rubber
that resulted from degradation reaction have molecular weight 88,482 g/mole. From
FT-IR and H-NMR spectrum analysis found the appearance of carbonyl group at the
end of the structure of degradation natural rubber that proven with wave number
1735,1717 cm-1 and chemical shift δ = 2,17 ppm.
The result of natural rubber degradation is cyclized to produce cyclic rubber.
Cyclization reaction used P 2O5 catalyst. Cyclic rubber that produced in this research
is having molecular weight 38,378 g/mole. Structure of cyclic rubber is showed by
using FT-IR analysis with wave number 878 cm-1 and HNMR analysis with chemical
shift δ = 6,06 ppm.
Keywords : natural rubber, SIR 10, molecular weight, cyclic rubber, degradation,
cyclization
RIWAYAT HIDUP
Penulis di lahirkan pada tanggal14 Agustus 1975 di Medan, anak dari dan
merupakan anak ke dari bersaudara.
Penulis menjalani masa pendidikan SD INPRES 060425 dari tahun 1981
sampai 1987, kemudian SMP Negeri 1 Medan dari tahun 1987 sampai 1990, dan
selanjutnya SMA Negeri 1 Medan dari tahun 1990 sampai 1993. Kemudian penulis
melanjutkan ke Jurusan teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis lulus sebagai Sarjana Teknik pada tahun 1998.
Penulis melanjutkan Pendidikan Program Magister pada sekolah Pascasarjana
Institute Teknologi Bandung dalam Program Studi Teknik Kimia dan lulus pada
tahun 2001. Pada tahun 2002 penulis diangkat menjadi tenaga pengajar pada
Politeknik Teknologi kimia Industri Medan sampai sekarang. Selanjutnya pada tahun
2011 penulis mengikuti Program Dokstor (S3) Ilmu Kimia pada Universitas Sumatera
Utara.
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR
ii
ABSTRAK
v
ABSTRACT
vi
RIWAYAT HIDUP
vii
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
xii
DAFTAR GRAFIK
xv
BAB 1. PENDAHULUAN
1
1.1. Latar Belakang
1
1.2. Perumusan Masalah
1
1.3. Tujian Penelitian
6
1.4. Manfaat Penelitian
6
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Tanaman karet
7
7
2.2. Karet Alam
14
2.3. Produksi dan Konsumsi Karet Alam
23
2.4. Karet Spesifikasi Teknis
26
2.5. Modifikasi Karet Alam
28
2.6. Degradasi Karet Alam
30
2.7. Siklisasi Karet Alam
35
2.8. Bobot Molekul
37
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN
39
3.1. Tempat dan waktu
39
3.2. Bahan dan Alat
39
3.2.1. Bahan
39
3.2.2. Alat
40
3.3. Prosedur Penelitian
40
3.3.1. Prosedur Degradasi Karet Spesifikasi Teknis SIR 10
40
3.3.2. Prosedur Reaksi Siklisasi
40
3.3.3. Karakterisasi karet
41
3.4. Bagan penelitian 42
3.4.1. Diagram Alur Proses Degradasi Karet SIR 10
42
3.4.2. Diagram Alur Proses siklisasi Karet Degradasi
43
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
44
4.1. Karet Spesifikasi Teknis SIR 10
44
4.2. Reaksi Degradasi dan Siklisasi Karet Alam
49
4.3. Reaksi Degradasi dalam Sistem Redoks
73
4.4. Kelarutan Karet
86
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
91
5.1. Kesimpulan
91
5.2. Saran
91
DAFTAR PUSTAKA
93
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
Tabel 2.1.
Tanaman Penghasil Karet Alam
11
Tabel 2.2.
Komponen Lateks Segar Data Statistik Karet Dunia
14
Tabel 2.3.
Data Statistik Karet Dunia
15
Tabel 2.4.
Standar Mutu Lateks Pekat
18
Tabel 2.5.
Standart Indonesian Rubber (SIR)
19
Tabel 2.6.
Standart Malaysian Rubber (SMR)
20
Tabel 2.7.
Nomenklatur Karet Spesifikasi Teknis di Berbagai Negara
27
Tabel 4.1.
Sifat Fisik Karet SIR 10
44
Tabel 4.2.
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet SIR 10
46
Tabel 4.3.
Chemical Shift dari Olefinic Proton pada Karet SIR 10
47
Tabel 4.4.
Spektrum FT – IR Karet Spesifikasi Teknis SIR 10
48
Tabel 4.5.
Sifat Fisik Karet Hasil Reaksi Degradasi
49
Tabel 4.6.
Bilangan Gelombang pada Spektrum FT – IR Karet Degradasi
54
Tabel 4.7.
Chemical Shift pada Karet yang telah mengalami degradasi
56
Tabel 4.8.
Bilangan Gelombang pada Spektrum FT – IR Karet Siklo
60
Tabel 4.9.
Sifat Fisik Karet Hasil Reaksi Siklisasi
61
Tabel 4.10.
Luas Area sebagai Referensi untuk Penghitungan Indeks
66
Tabel 4.11.
Indeks Ikatan Rangkap C = C
68
Tabel 4.12.
Indeks Ikatan = C – H
71
Tabel 4.13.
Indeks Ikatan C – C
72
Nomor
Judul
Tabel 4.14.
Densitas Karet Hasil Degradasi dengan Variasi Reaksi
Tabel 4.15.
Viskositas Intrinsik Karet Hasil Degradasi dengan
Halaman
Variasi Temperatur Reaksi
Tabel 4.16.
74
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil
Reaksi Degradasi pada Temperatur Reaksi 60oC
Tabel 4.18.
73
Bobot Molekul Viskositas Karet Hasil Degradasi dengan
Variasi Temperatur Reaksi
Tabel 4.17.
73
75
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil
Reaksi Degradasi pada Temperatur Reaksi 70oC
76
Tabel 4.19.
Densitas Karet Hasil Degradasi dengan variasi Waktu Reaksi
77
Tabel 4.20.
Viskositas Intrinsik Karet Hasil Degradasi dengan Variasi
Waktu Reaksi
Tabel 4.21.
Bobot Molekul Karet Hasil Degradasi dengan Variasi
Waktu Reaksi
Tabel 4.21.
82
Densitas Karet Hasil Degradasi dengan Variasi
Jumlah Penambahan H2O2 dan NaNO2
Tabel 4.26.
80
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil
Reaksi Degradasi pada Waktu Reaksi 6 Jam
Tabel 4.25.
79
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil
Reaksi Degradasi pada Waktu Reaksi 4 Jam
Tabel 4.24.
78
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil Reaksi
Degradasi pada Waktu Reaksi 2 Jam
Tabel 4.23.
77
83
Viskositas Intrinsik Karet Hasil Degradasi dengan Variasi
Jumlah Penambahan H2O2 dan NaNO2
83
Nomor
Judul
Tabel 4.27.
Bobot Molekul Karet Hasil Degradasi dengan Variasi
Jumlah Penambahan H2O2 dan NaNO2
Tabel 4.28.
83
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil
Reaksi pada Penambahan Oksidator-Reduktor 12 bsk
Tabel 4.29.
Halaman
84
Bilangan Gelombang Spektrum FT – IR Karet Hasil
Reaksi pada Penambahan Oksidator-Reduktor 15 bsk
86
Tabel 4.30.
Kelarutan Karet pada Berbagai Pelarut
87
Tabel 4.31.
Kemampuan Karet Menggumpal
88
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
Gambar 2.1.
Struktur Ruang Isomer Cis dan Trans Karet Alam
Gambar 2.2.
Mekanisme Reaksi Storage Hardening (Ikatan Silang antara
Gugus Aldehida)
Gambar 2.3.
23
Mekanisme Reaksi Storage Hardening (Ikatan Silang antara
Gugus Aldehida dan α - metil)
Gambar 2.4.
22
23
Flow Diagram Proses Pengolahan Lateks Pekat dan Gumpalan
Karet menjadi Karet Spesifikasi Teknis
27
Gambar 2.5.
Modifikasi Karet Alam
29
Gambar 2.6.
Mekanisme Oksidasi Polyisoprene
32
Gambar 2.7.
Reaksi Umum Metathesis
33
Gambar 2.8.
Struktur yang Diharapkan dari Metathesis Depolimerisasi
Poly (cis- 1, 4 – isoprene)
33
Gambar 2.9.
Mekanisme Reaksi Siklisasi Karet Alam
36
Gambar 4.1.
Spektrum FT – IR Karet SIR 10
45
Gambar 4.2.
Struktur Ruang Isomer Cis Karet Alam
46
Gambar 4.3.
1
48
Gambar 4.3.
Mekanisme Reaksi Degradasi/Pemutusan Rantai Karet
H-NMR Karet Spesifikasi Teknis SIR 10
SIR 10
Gambar 4.4.
Gambar 4.5.
50
Penentuan Bobot Molekul Karet Hasil Degradasi dengan
Instrumen LCMS
51
Spektrum FT – IR Karet Hasil Degradasi
53
1
Gambar 4.6.
Spektrum H-NMR dari Karet Degradasi
55
Gambar 4.7.
Reaksi Siklisasi Karet dengan P2O5
58
Gambar 4.8.
Spektrum FT – IR Karet Siklo Produk PT IKN Sumatera
Gambar 4.9.
Utara
59
Spektrum FT – IR Karet Siklo Hasil Siklisasi dengan P2O5
60
Nomor
Judul
Gambar 4.10.
Spektrum 1H-NMR Resipien 35 Produk PT IKN Sumatera
Gambar 4.11.
Gambar 4.12.
Gambar 4.13.
Gambat 4.14.
Gambar 4.15.
Gambar 4.16.
Gambar 4.17.
Utara
62
Spektrum 1H-NMR untuk Sumatera Utara Karet Siklo Hasil
Penelitian
63
Penentuan Bobot Molekul Karet Siklo Hasil Penelitian
Dengan Instrumen LCMS
64
Spektrum FT – IR Karet SIR 10, Karet Hasil Degradasi dan
Karet Siklo dalam % T
65
Spektrum FT – IR Karet SIR 10, Karet Hasil Degradasi dan
Karet Siklo dalam Absorbansi
65
Spektrum Perbandingan Luas Area pada Puncak Bilangan
Gelombang Ikatan C = C
67
Spektrum Perbandingan Luas Area pada Puncak Bilangan
Gelombang Ikatan = C – H
70
Spektrum Perbandingan Luas Area pada Puncak Bilangan
Gelombang Ikatan C – C
Gambar 4.18.
Gambar 4.19.
Gambar 4.20.
Gambar 4.21.
Gambar 4.22.
Gambar 4.23.
Gambar 4.24.
Halaman
72
Spektrum FT – IR Karet Hasil Reaksi Degradasi pada
Temperatur Reaksi 60oC
76
Spektrum FT – IR Karet Hasil Reaksi Degradasi pada
Temperatur Reaksi 70oC
76
Spektrum FT – IR Karet Hasil Degradasi pada Waktu
Reaksi Selama 2 Jam
78
Spektrum FT – IR Karet Hasil Degradasi pada Waktu
Reaksi Selama 4 Jam
80
Spektrum FT – IR Karet Hasil Degradasi pada Waktu
Reaksi Selama 6 Jam
81
Spektrum FT – IR Karet Hasil Reaksi pada Penambahan
Oksidator-Reduktor 12 bsk
84
Spektrum FT – IR Karet Hasil Reaksi pada Penambahan
Oksidator-Reduktor 15 bsk
85
DAFTAR GRAFIK
Nomor
Judul
Halaman
Grafik 2.1.
Konsumsi dan Produksi Karet Alam Dunia
24
Grafik 2.2.
Total Konsumsi Karet di Berbagai Negara (1)
24
Grafik 2.3.
Total Konsumsi Karet di Berbagai Negara (2)
25
Grafik 2.4.
Perkebunan Karet Alam Dunia Periode 2000 - 2011
25
Grafik 2.5.
Perkebunan dan Produktivitas Karet Alam di Thailand
25
Grafik 2.6.
Perkebunan dan Produktivitas Karet Alam di Indonesia
25
Grafik 2.7.
Perkebunan dan Produktivitas Karet Alam di Malaysia
25