Karakterisasi Komposit Terbiodegradasikan Dari Polipropilena, Polipropilena Tergrafting Maleat Anhidrida Dan Tepung Biji Durian
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Saat ini, ada banyak jenis bahan yang digunakan untuk mengemas makanan diantaranya
adalah berbagai jenis plastik, kertas, gelas, fibreboard, aluminium (Syamsir, 2008). Secara
garis besar plastik dapat digolongkan menjadi dua golongan besar yakni plastik yang bersifat
termoplastik dan termoset. Termoplastik dapat dibentuk kembali dengan mudah dan diproses
menjadi bentuk lain sedangkan jenis termoset apabila telah mengeras maka tidak dapat
dilunakkan kembali. Plastik yang paling umum digunakan sehari-hari adalah bentuk
termoplastik, seiring dengan perkembangan teknologi kebutuhan plastik terus meningkat
(Amin, S, 2011).
Namun, penggunaan plastik sebagai bahan pengemas menghadapi berbagai persoalan
lingkungan, yaitu tidak dapat didaur ulang dan tidak dapat diuraikan secara alami oleh
mikroba di dalam tanah sehingga terjadi penumpukan sampah plastik yang menyebabkan
pencemaran dan kerusakan bagi lingkungan.
Dewasa ini, penggunaan material komposit sudah banyak dikembangkan dalam dunia
industri manufaktur. Material komposit yang ramah lingkungan dan bisa didaur ulang
kembali, merupakan tuntutan teknologi saat ini. Salah satu material komposit yang
diharapkan di dunia industri yaitu material komposit dengan material pengisi (filler) baik
yang berupa serat alami maupun serat buatan. Saat ini bahan komposit yang diperkuat dengan
serat merupakan bahan teknik yang banyak digunakan karena kekuatan dan sifat spesifik
yang jauh di atas bahan teknik pada umumnya, sehingga sifatnya dapat didesain mendekati
kebutuhan (Jones, 1975).
Telah dilakukan berbagai penelitian yang bertujuan untuk menghasilkan suatu
material komposit yang bersifat biodegradabel seperti yang dilakukan oleh (Clemons, 2003)
yang membuat suatu material komposit dengan menggabungkan material plastik
polipropilena dengan selulosa yang dicampurkan kemudian diproduksi dengan dua cara yaitu
dicetak tekan dengan sistem penyuntikan bahan matriks polipropilena (PP) untuk
menghasilkan suatu komposit biodegradabel. Selulosa dipilih sebagai bahan pengisi karena
kestabilannya terhadap panas yang baik dan tingkat kemurniannya yang tinggi. Pada hasil
Universitas Sumatera Utara
2
cetak tekan dan metode penyuntikan didapatkan penurunan sifat elastisitas dengan kenaikan
persentase selulosa. Pada hasil metode penyuntikan matriks, didapatkan hasil yang lebih baik
pada uji permukaan yang dilakukan, karena susun selulosa lebih teratur dibanding pada
metode cetak tekan.
Biji durian merupakan sumber karbohidrat yang cukup tinggi (42,1%) sehingga
berpotensi sebagai alternatif pengganti bahan makanan, bahan pengisi atau bahan pengikat.
Rahmi (2012) meneliti tentang pembuatan papan komposit biodegradable dari αselulosa ampas tebu Bz 132 (Saccharum officinarum) dan polipropilena dengan
menggunakan polipropilena tergrafting maleat anhidrida dan divinil benzena sebagai agen
ikat silang, Dimana dapat disimpulkan memiliki sifat fisik dan sifat kimia yang baik. Dari
analisa kemampuannya terurai di alam dengan uji biodegradabel menunjukkan laju
persentase biodegradasi dari komposit biodegradabel ini adalah paling tinggi yakni dalam
tanah sampah, yang didukung data spektra FTIR setelah biodegradasi yang menunjukkan
melemahnya ikatan kimia yang ada pada komposit biodegradabel ini.
Dari uraian tersebut diatas, untuk mengubah sifat non polar polipropilena menjadi
bersifat polar dan meningkatkan nilai tambah biji durian sebagai bahan pengisi serta cara
untuk mengatasi masalah akibat tumpukan sampah plastik yang tidak dapat terurai oleh
tanah, maka dari itu penulis berkeinginan membuat komposit terbiodegradasikan dengan
menggunakan polipropilena yang di-grafting dengan maleat anhidrida dan menggunakan
tepung biji durian sebagai bahan pengisi (filler) untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanis
dari bahan komposit terbiodegradasikan.
1.2.Permasalahan
Bagaimanakah karakteristik dari komposit terbiodegradasikan dengan menggunakan
polipropilena yang digrafting dengan maleat anhidrida, dan berapakah variasi berat
optimumnya untuk menghasilkan bahan komposit terbiodegradasikan yang memiliki
karakteristik meliputi: sifat mekanik, sifat termal, degradabilitas, morfologi bentuk yang
baik,dan analisa gugus fungsi dengan FTIR.
Universitas Sumatera Utara
3
1.3.Pembatasan Masalah
1. Bahan polimer yang digunakan adalah polipropilena isotaktik yang di-grafting dengan
maleat anhidrida.
2. Dalam penelitian ini pada proses grafting digunakan perbandingan PP : MA : DKP
yaitu : 95% : 3% : 2%.
3. Pembuatan komposit terbiodegradasikan dilakukan dengan metode kempa tekan (hot
press).
1.4.Tujuan Penelitian
1.
Untuk mengetahui karakteristik Komposit Terbiodegradasikan dari Tepung Biji
Durian, Polipropilena dan Polipropilena tergrafting Maleat Anhidrida.
2.
Menemukan cara untuk mengurangi limbah biji durian dan dapat meningkatkan nilai
tambah biji durian serta sebagai bahan alternatif yang dapat digunakan untuk
pembuatan komposit terbiodegradasikan.
1.5. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diinginkan dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan
informasi
mengenai
karakterisasi
komposit
terbiodegradasikan
dari
polipropilena,
polipropilena tergrafting maleat anhidrida dan tepung biji durian dan dapat mendorong
munculnya pemikiran mengenai cara menyelamatkan lingkungan melalui pembuatan bahan
komposit terbiodegradasikan yang dapat terurai di alam sehingga dapat mengurangi dampak
polusi dari plastik konvensional.
1.6.Metodologi Penelitian
Penelitian ini berupa eksperimen laboratorium. Ada beberapa tahapan penelitian.
1. Dalam penelitian ini biji durian yang digunakan yaitu biji durian (Durio zibethinus
Murr) jenis biasa yang diperoleh secara acak dari beberapa tempat di Medan.
Universitas Sumatera Utara
4
2. Tahap pertama adalah penyiapan tepung biji durian, biji durian yang telah dipisahkan
dengan daging buahnya dicuci sampai bersih, dijemur untuk menghilangkan airnya
kemudian dikupas kulit arinya, diiris tipis-tipis lalu dikeringkan, diblender sampai
halus dan dijemur untuk mengurangi kadar air yang terkandung dalam pati.
3. Tahap kedua adalah proses grafting menggunakan alat internal mixer dengan
perbandingan poliropilena, dikumil peroksida, maleat anhidrida yaitu 95% : 3% : 2% (
berat/berat) pada suhu 1650C dan menghasilkan polipropilena yang telah di-grafting
dengan maleat anhidrida (PP-g-MA). Selanjutnya PP-g-MA dimurnikan dengan cara
direfluks dengan xilena, diendapkan dengan aseton, disaring dan endapannya dicuci
dengan methanol berulang-ulang. Kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu
1200C selama 6 jam.
4. Tahap ketiga adalah pembuatan bahan komposit terbiodegradasikan dengan proses
pengepresan dengan memvariasikan berat tepung biji durian.
5. Tahap keempat yaitu tahapan karakterisasi, untuk karakterisasi yang dilakukan adalah
analisis kekuatan tarik (tensile test), analisis kemuluran, analisis termal dengan uji
DTA (Differential Thermal Analysis), analisis sifat morfologi dengan uji Scanning
Electron Microscopy (SEM) dan Uji biodegradable.
Variabel yang digunakan dalam penelitian adalah:
1. Variabel tetap
Suhu internal mixer pada saat grafting ( 1650C )
Ukuran partikel tepung ( 120 m)
Berat PP-g-MA (0,5 g)
Berat Polipropilena murni (7 g)
2. Variabel bebas
Tepung Biji Durian dengan berat 0,2 g
Tepung Biji Durian dengan berat 0,3 g
Tepung Biji Durian dengan berat 0,4 g
Tepung Biji Durian dengan berat 0,5 g
Tepung Biji Durian dengan berat 0,6 g
3. Variabel terikat
Analisa Kekuatan Tarik dan Kemuluran (ASTM D638)
Analisa bioderadabilitas komposit
Analisa DTA (Differential Thermal Analysis)
Analisa morfologi SEM (Scanning Electron Microscopy)
Universitas Sumatera Utara
5
Analisa FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)
1.7.Lokasi Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer, Uji Kekuatan Tarik dan Kemuluran
dilakukan di Laboratorium Penelitian Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara, Uji DTA dilaboratorium Mikroskop Electron PTKI Medan, Uji
SEM dilaboratorium Politeknik Lhokseumawe Aceh, FTIR dilakukan di Bea Cukai Belawan
Medan.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Saat ini, ada banyak jenis bahan yang digunakan untuk mengemas makanan diantaranya
adalah berbagai jenis plastik, kertas, gelas, fibreboard, aluminium (Syamsir, 2008). Secara
garis besar plastik dapat digolongkan menjadi dua golongan besar yakni plastik yang bersifat
termoplastik dan termoset. Termoplastik dapat dibentuk kembali dengan mudah dan diproses
menjadi bentuk lain sedangkan jenis termoset apabila telah mengeras maka tidak dapat
dilunakkan kembali. Plastik yang paling umum digunakan sehari-hari adalah bentuk
termoplastik, seiring dengan perkembangan teknologi kebutuhan plastik terus meningkat
(Amin, S, 2011).
Namun, penggunaan plastik sebagai bahan pengemas menghadapi berbagai persoalan
lingkungan, yaitu tidak dapat didaur ulang dan tidak dapat diuraikan secara alami oleh
mikroba di dalam tanah sehingga terjadi penumpukan sampah plastik yang menyebabkan
pencemaran dan kerusakan bagi lingkungan.
Dewasa ini, penggunaan material komposit sudah banyak dikembangkan dalam dunia
industri manufaktur. Material komposit yang ramah lingkungan dan bisa didaur ulang
kembali, merupakan tuntutan teknologi saat ini. Salah satu material komposit yang
diharapkan di dunia industri yaitu material komposit dengan material pengisi (filler) baik
yang berupa serat alami maupun serat buatan. Saat ini bahan komposit yang diperkuat dengan
serat merupakan bahan teknik yang banyak digunakan karena kekuatan dan sifat spesifik
yang jauh di atas bahan teknik pada umumnya, sehingga sifatnya dapat didesain mendekati
kebutuhan (Jones, 1975).
Telah dilakukan berbagai penelitian yang bertujuan untuk menghasilkan suatu
material komposit yang bersifat biodegradabel seperti yang dilakukan oleh (Clemons, 2003)
yang membuat suatu material komposit dengan menggabungkan material plastik
polipropilena dengan selulosa yang dicampurkan kemudian diproduksi dengan dua cara yaitu
dicetak tekan dengan sistem penyuntikan bahan matriks polipropilena (PP) untuk
menghasilkan suatu komposit biodegradabel. Selulosa dipilih sebagai bahan pengisi karena
kestabilannya terhadap panas yang baik dan tingkat kemurniannya yang tinggi. Pada hasil
Universitas Sumatera Utara
2
cetak tekan dan metode penyuntikan didapatkan penurunan sifat elastisitas dengan kenaikan
persentase selulosa. Pada hasil metode penyuntikan matriks, didapatkan hasil yang lebih baik
pada uji permukaan yang dilakukan, karena susun selulosa lebih teratur dibanding pada
metode cetak tekan.
Biji durian merupakan sumber karbohidrat yang cukup tinggi (42,1%) sehingga
berpotensi sebagai alternatif pengganti bahan makanan, bahan pengisi atau bahan pengikat.
Rahmi (2012) meneliti tentang pembuatan papan komposit biodegradable dari αselulosa ampas tebu Bz 132 (Saccharum officinarum) dan polipropilena dengan
menggunakan polipropilena tergrafting maleat anhidrida dan divinil benzena sebagai agen
ikat silang, Dimana dapat disimpulkan memiliki sifat fisik dan sifat kimia yang baik. Dari
analisa kemampuannya terurai di alam dengan uji biodegradabel menunjukkan laju
persentase biodegradasi dari komposit biodegradabel ini adalah paling tinggi yakni dalam
tanah sampah, yang didukung data spektra FTIR setelah biodegradasi yang menunjukkan
melemahnya ikatan kimia yang ada pada komposit biodegradabel ini.
Dari uraian tersebut diatas, untuk mengubah sifat non polar polipropilena menjadi
bersifat polar dan meningkatkan nilai tambah biji durian sebagai bahan pengisi serta cara
untuk mengatasi masalah akibat tumpukan sampah plastik yang tidak dapat terurai oleh
tanah, maka dari itu penulis berkeinginan membuat komposit terbiodegradasikan dengan
menggunakan polipropilena yang di-grafting dengan maleat anhidrida dan menggunakan
tepung biji durian sebagai bahan pengisi (filler) untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanis
dari bahan komposit terbiodegradasikan.
1.2.Permasalahan
Bagaimanakah karakteristik dari komposit terbiodegradasikan dengan menggunakan
polipropilena yang digrafting dengan maleat anhidrida, dan berapakah variasi berat
optimumnya untuk menghasilkan bahan komposit terbiodegradasikan yang memiliki
karakteristik meliputi: sifat mekanik, sifat termal, degradabilitas, morfologi bentuk yang
baik,dan analisa gugus fungsi dengan FTIR.
Universitas Sumatera Utara
3
1.3.Pembatasan Masalah
1. Bahan polimer yang digunakan adalah polipropilena isotaktik yang di-grafting dengan
maleat anhidrida.
2. Dalam penelitian ini pada proses grafting digunakan perbandingan PP : MA : DKP
yaitu : 95% : 3% : 2%.
3. Pembuatan komposit terbiodegradasikan dilakukan dengan metode kempa tekan (hot
press).
1.4.Tujuan Penelitian
1.
Untuk mengetahui karakteristik Komposit Terbiodegradasikan dari Tepung Biji
Durian, Polipropilena dan Polipropilena tergrafting Maleat Anhidrida.
2.
Menemukan cara untuk mengurangi limbah biji durian dan dapat meningkatkan nilai
tambah biji durian serta sebagai bahan alternatif yang dapat digunakan untuk
pembuatan komposit terbiodegradasikan.
1.5. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diinginkan dari penelitian ini diharapkan dapat memberikan
informasi
mengenai
karakterisasi
komposit
terbiodegradasikan
dari
polipropilena,
polipropilena tergrafting maleat anhidrida dan tepung biji durian dan dapat mendorong
munculnya pemikiran mengenai cara menyelamatkan lingkungan melalui pembuatan bahan
komposit terbiodegradasikan yang dapat terurai di alam sehingga dapat mengurangi dampak
polusi dari plastik konvensional.
1.6.Metodologi Penelitian
Penelitian ini berupa eksperimen laboratorium. Ada beberapa tahapan penelitian.
1. Dalam penelitian ini biji durian yang digunakan yaitu biji durian (Durio zibethinus
Murr) jenis biasa yang diperoleh secara acak dari beberapa tempat di Medan.
Universitas Sumatera Utara
4
2. Tahap pertama adalah penyiapan tepung biji durian, biji durian yang telah dipisahkan
dengan daging buahnya dicuci sampai bersih, dijemur untuk menghilangkan airnya
kemudian dikupas kulit arinya, diiris tipis-tipis lalu dikeringkan, diblender sampai
halus dan dijemur untuk mengurangi kadar air yang terkandung dalam pati.
3. Tahap kedua adalah proses grafting menggunakan alat internal mixer dengan
perbandingan poliropilena, dikumil peroksida, maleat anhidrida yaitu 95% : 3% : 2% (
berat/berat) pada suhu 1650C dan menghasilkan polipropilena yang telah di-grafting
dengan maleat anhidrida (PP-g-MA). Selanjutnya PP-g-MA dimurnikan dengan cara
direfluks dengan xilena, diendapkan dengan aseton, disaring dan endapannya dicuci
dengan methanol berulang-ulang. Kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu
1200C selama 6 jam.
4. Tahap ketiga adalah pembuatan bahan komposit terbiodegradasikan dengan proses
pengepresan dengan memvariasikan berat tepung biji durian.
5. Tahap keempat yaitu tahapan karakterisasi, untuk karakterisasi yang dilakukan adalah
analisis kekuatan tarik (tensile test), analisis kemuluran, analisis termal dengan uji
DTA (Differential Thermal Analysis), analisis sifat morfologi dengan uji Scanning
Electron Microscopy (SEM) dan Uji biodegradable.
Variabel yang digunakan dalam penelitian adalah:
1. Variabel tetap
Suhu internal mixer pada saat grafting ( 1650C )
Ukuran partikel tepung ( 120 m)
Berat PP-g-MA (0,5 g)
Berat Polipropilena murni (7 g)
2. Variabel bebas
Tepung Biji Durian dengan berat 0,2 g
Tepung Biji Durian dengan berat 0,3 g
Tepung Biji Durian dengan berat 0,4 g
Tepung Biji Durian dengan berat 0,5 g
Tepung Biji Durian dengan berat 0,6 g
3. Variabel terikat
Analisa Kekuatan Tarik dan Kemuluran (ASTM D638)
Analisa bioderadabilitas komposit
Analisa DTA (Differential Thermal Analysis)
Analisa morfologi SEM (Scanning Electron Microscopy)
Universitas Sumatera Utara
5
Analisa FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)
1.7.Lokasi Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer, Uji Kekuatan Tarik dan Kemuluran
dilakukan di Laboratorium Penelitian Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara, Uji DTA dilaboratorium Mikroskop Electron PTKI Medan, Uji
SEM dilaboratorium Politeknik Lhokseumawe Aceh, FTIR dilakukan di Bea Cukai Belawan
Medan.
Universitas Sumatera Utara