PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA YANG TERBIODEGRADASIKAN

  

PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI

TANDAN KELAPA (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI

PLASTIK POLIPROPILENA YANG TERBIODEGRADASIKAN

  TESIS Oleh :

  POPPY SYAHFRIANA 117006013/KIM

  

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2013

PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA

  

(Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA

YANG TERBIODEGRADASIKAN TESIS Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains

  

Dalam Program Studi Ilmu Kimia Pada Fakultas Matematika Dan Ilmu

Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara

Oleh Poppy Syahfriana 117006013/KIM FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

  

Judul Tesis : PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI

  TANDAN KELAPA (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA YANG TERBIODEGRADASIKAN

  Nama Mahasiswa : Poppy Syahfriana Nomor Pokok : 117006013 Program Studi : Magister Ilmu Kimia

Menyetujui

Komisi Pembimbing

  (Dr. Yugia Muis, M.Si) (Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) Ketua Anggota Ketua Program Studi Dekan (Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) (Dr. Sutarman, MSc) Tanggal Lulus : 27 April 2013

PERNYATAAN ORISINALITAS

  PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA

  

(Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA

  YANG TERBIODEGRADASIKAN TESIS Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya Tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

  Medan, 27 April 2013 Poppy Syahfriana NIM. 117006013

  

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Sebagai Sivitas Akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Poppy Syahfriana Nomor Pokok : 117006013 Program Studi : Magister Ilmu Kimia Jenis Karya Ilmiah : Tesis

  Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusif Royalty

  Free Right) atas Tesis saya yang berjudul:

  PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA

  

(Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA

  YANG TERBIODEGRADASIKAN beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non- Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

  Medan, 27 April 2013 Poppy Syahfriana

  NIM. 117006013

  Telah diuji pada Tanggal : 27 April 2013 PANITIA PENGUJI TESIS KETUA : Dr. Yugia Muis, M.Si Anggota : 1. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D

   2. Prof.Dr. Harlem Marpaung

  

3. Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc

   4. Eddyanto, Ph.D

   5. Prof. Dr. Yunazar Manjang

RIWAYAT HIDUP

  Penulis lahir di Siabu, Sumatera Utara pada tanggal 20 Oktober 1985, anak pertama dari Bapak Paino (alm) dan Ibu Ariani. Penulis menimba ilmu di TK Aisyiah Medan pada tahun 1991-1992. Melanjutkan pendidikan di SD Negeri 066048 Medan pada Tahun 1992-1998, SLTP Negeri I8 Medan pada tahun 1998-2001, dan di SMA Negeri I2 Medan pada tahun 2001-2004. Kemudian melanjutkan jenjang perkuliahan dengan menjadi mahasiswa Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan pada tahun 2004-2008. Lalu melanjutkan kembali pendidikan pada program Magister Ilmu Kimia di Universitas Sumatera Utara 2011- 2013.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur atas limpahan rezeki dan Rahmat dari Allah SWT. Salawat dan salam untuk Rasulullah Muhammad SAW karena jika bukan karena-Nya, saya tidak akan mampu mengerjakan penelitian serta tesis ini dengan baik. Tesis berjudul “ PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA YANG TERBIODEGRADASIKAN” ini dibuat sebagai salah satu syarat mendapatkan gelar Magister Sains pada bidang ilmu Kimia Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Pada kesempatan ini penulis ingin memberikan penghargaan yang setinggi-tingginya serta secara langsung maupun tidak langsung dan telah memberikan dukungan baik moril maupun materil. Dengan segala kerendahan hati dan rasa hormat yang mendalam penulis ingin menyampaikan terima kasih yang tulus kepada:

  Orang tua tercinta, Ayahanda Paino (alm) dan Ibunda Ariani yang selalu memberikan limpahan kasih sayang, ketulusan dan keikhlasan dalam mendidik dan membesarkan penulis. Dan kepada Suami tercinta R. Akhir, juga kepada putraku Barack Ilmi Nugraha dan putriku tersayang Salma Adilla Putri yang telah memberikan semangat terbesar yang tidak ada henti-hentinya kepada penulis. Semoga kalian semua selalu dalam lindungan Allah SWT.

  Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DMTH, MSc, CTM SpA (K) dan Dr. Sutarman, MSc selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

  Ibu Dr. Yugia Muis, M.Si selaku dosen pembimbing I, Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D selaku dosen Pembimbing II dan Bapak Prof.Dr. Harlem Marpaung, Bapak Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc dan Bapak Eddyanto, Ph.D selaku dosen penguji yang telah dengan sabar meluangkan waktu, tenaga dan pikirannya serta memberikan masukan, saran, dan petunjuk kepada penulis dalam melakukan penelitian dan penyusunan tesis ini.

  Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D dan Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc selaku ketua program studi dan sekretaris Pascasarjana Ilmu Kimia. Bapak/Ibu dosen Pascasarjana Ilmu Kimia yang telah membimbing dan memotivasi serta memberi disiplin ilmu selama penulis menjalani studi. Seluruh staf laboratorium Kimia Polimer dan Laboratorium Ilmu Dasar FMIPA USU, terima kasih atas bantuannya dalam penelitian. Kepada staf tata usaha Pascasarjana Ilmu Kimia dan teknisi Laboratorium

  Kimia Polimer FMIPA-USU. Dan kepada teman – teman pasca sarjana angkatan 2011-2013 yang telah memberikan dukungan dan semangat kepada penulis. yang telah kalian berikan kepada penulis. Penulis berharap limpahan Rahmat Allah selalu mengalir untuk kita semua. Terima kasih.

  Penulis menyadari bahwa tesis ini tidak terlepas dari kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun dan menyempurnakan skripsi ini agar lebih baik lagi.

  Akhirnya penulis berharap tesis ini memberikan manfaat bagi setiap pembaca maupun kemajuan penelitian dan ilmu pengetahuan yang akan datang.

  Medan, 27 April 2013 Hormat Penulis

   Poppy Syahfriana

PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA

  (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA

YANG TERBIODEGRADASIKAN

ABSTRAK

  Telah dilakukan penelitian tentang penggunaan dalam pembuatan komposit biodegradabel dengan pengisi mikrokristal selulosa yang bersumber dari tandan kelapa (Cocos Nucifera L) dan polipropilena. Karakterisasi hasil komposit yang diperoleh dianalisa gugus fungsi dengan uji FTIR, analisa sifat morfologi dengan uji SEM, analisa sifat thermal dengan uji DTA, analisa sifat mekanis dengan uji tarik, analisa XRD, dan analisa kemampuannya terurai di alam dengan uji biodegradabel. Hasil penelitian menunjukan bahwa komposit biodegradabel yang memiliki sifat terbaik dan sesuai dengan SNI 7188.7:2011 adalah dengan perbandingan PP dan MCC pada perbandingan 80% : 20% dimana mempunyai sifat mekanis yang paling

  2 maksimum dimana harga kekuatan tarik 25,722 N/m dan kemuluran 5,292%.

  Sedangkan pada perbandingan 70% : 30% harga kekuatan tarik 15,753 N/m dan kemuluran 3,760% .Dari uji DTA spesimen komposit PP : MCC (80:20) menunjukkan kenaikan temperatur leleh nya dari 62,65°C menjadi 62,85 °C dan kenaikan temperatur dekomposisi nya dari 376,28 °C menjadi 342,67 °C. Dari kedua data perbandingan spesimen pada uji XRD pada saat sebelum dan sesudah mengalami biodegradasi terlihat bahwa angle (ø2é) mengalami penurunan , sedangkan d–value nya mengalami kenaikan. Hal ini menunjukkan bahwa pada komposit yang pertama mengalami penguraian adalah mikrokristal selulosa nya. Laju persentase biodegradasi yang paling tinggi yakni pada komposit biodegradabel dengan perbanding 80 : 20 yaitu pada tanah kompos sebesar 2,668%. Dan dari hasil FTIR menunjukkan bahwa

• 1

  setelah biodegradasi telihat kenaikan gugus dan kenaikan δ(O-H) pada peak 3445cm

• 1 gugus .

  δ(>C=O) pada peak 1730 cm Kata kunci: MCC ; Composite Polymer; Biodegradable

  

THE USE OF MICROCRYSTAL CELLULOSE OF COCONUT BUNCHES

(Cocos Nucifera L) AS THE FILLER OF BIODEGRADABLE

  

POLIPROPILENA PLASTIC

ABSTRACT

  A research has been done on the use of making a biodegradable composit with the microcrystal cellulose which is come from coconut bunches (Cocos Nucifera L) and polipropilena. The Characteristic of the composit result which is gain from the analisis of the function of DTA test, the analisis of the term of mechanism with the pulling test, the analisis of XRD, and the analisis of the capability to decompose in the field with biodegradable test. The result of the research shown that biodegradable composit which has the best characteristic and according to SNI 7188.7:2011 is with the comparison PP and MCC at the comparison 80% : 20%, which has the characteristic of the maximum mechanism which is the pull power price is 25,722

2 N/m and the flexibelity 3,760%. While at the comparison 70% : 30% pull power

  price is 15,753 N/m . From the DTA test the specimen composit PP : MCC (80:20), shown that the increase of the melting temperature from 62,65°C to 62,85 °C and the decrease of decomposition temperature from 376,28 °C to 342,67 °C. From those both data comparison specimen at XRD before and after test had biodegradaion. It shown that angle (ø2é) has decreased, while d–value has increased. This shown that at the first composit has become decomposer is microcrystal cellulose. The move of the highest biodegradation precentage is at the biodegradable composit with comparison 80: 20 that is at compose ground as 2,668%. And from FTIR result, it is

• 1

  found that after biodegratation, the cluster and the cluster δ(O-H) at peak 3445cm

• 1 have increased .

  δ(>C=O) at peak 1730 cm Key word: MCC ; Composite Polymer; Biodegradable

  

DAFTAR ISI

  Halaman

KATA PENGANTAR

  ABSTRACT iv DAFTAR ISI v DAFTAR TABEL viii DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR LAMPIRAN x DAFTAR SINGKATAN xi

  2.2 Material Komposit

  27

  2.4.2 Mikrokristalin Selulosa

  25

  2.4.1 Sifat-sifat Selulosa

  23

  2.4 Selulosa

  22

  2.3.2 Penggunaan Polipropilena

  21

  2.3.1 Sifat -sifat Polipropilena

  17

  2.3 Poliproilena

  11

  7

  1.1 Latar Belakang

  2.1 Tandan Kelapa

   i ABSTRAK iii

  6 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

  1.7 Lokasi Penelitian

  4

  1.6 Metodologi Penelitian

  4

  1.5 Manfaat Penelitian

  4

  1.4 Tujuan Penelitian

  3

  1.3 Pembatasan Masalah

  1.2 Perumusan Permasalahan . 3

  1

  7

  2.5 Degradasi Bahan Polimer

  29

  2.6 Biodegradasi Polimer

  32

  2.7 Kekuatan Tarik UTS (Ultimate Tensile Strenght)

  34

  2.8 Mikroskop Elektron Payaran

  35

  2.9 Analisis Termal Bahan Polimer

  36

  2.1.0 Analisis Spektroskopi Infra Merah ( FT-IR )

  37

  2.1.1 X-Ray Diffraction (XRD)

  37

  2.1.2 Mekanismee Reaksi . 38

BAB 3 METODE PENELITIAN

  43

  3.1 Alat dan Bahan

  43

  3.1.2 Bahan yang Digunakan Pada Penelitian

  44

  3.2 Prosedur Penelitian

  44

  3.2.1 Penyediaan Serat Tandan Kelapa

  44

  3.2.2 Proses Delignifikasi

  44

  3.2.3 Proses Hidrolisa

  45

  3.2.4 Proses Pembuatan Mikrokristal

  45

  3.2.5 Proses Pembuatan Komposit

  45

  3.2.6 Pembuatan Film

  46

  3.2.7 Uji Biodegradasi

  46

  3.3 Bagan Penelitian

  47

  3.3.1 Pembuatan alfa Selulosa

  47

  3.3.2 Pembuatan Mikrokristal Selulosa

  48

  3.3.3 Pembuatan Film Polipropilena dengan Mikrokristal Selulosa

  49

  3.3.4 Uji biodegradasi Film PP-MCC

  50

BAB 4 PEMBAHASAN

  51

  4.1 Preparasi MCC dari Tandan Kelapa ( Cocos Nucifera L )

  51

  4.1.1 Uji SEM Mikrokristal Selulosa

  51

  4.1.2 Uji FT-IR dari Mikrokristal Selulosa

  52

  4.1.3 Uji XRD dari Mikrokristal Selulosa

  53

  4.1.4 Uji DTA dari Mikrokristal Selulosa

  54

  4.2 Pengaruh Komposisi MCC Sebagai Penguat Komposit Polipropilena

  55

  4.2.1 Data Uji Tarik

  55

  4.2.2 Kemungkinan Mekanisme Reaksi

  58

  4.2.3 Analisa Sifat Termal dengan Uji DTA (Diffrential Thermal Analysis)

  59

  4.2.4 Analisis Sifat Morfologi dengan Uji SEM (Scanning Electron Microscopy)

  60

  4.2.5 Analisis Gugus Fungsi dengan Uji FTIR ( Fourier Transform Infra Red Spectroscopy)

  63

  4.2.6 Analisa Kristalinitas dengan Uji XRD (X-Ray Diffraction)

  65

  4.3 Analisa Kemampuannya Terurai di alam dengan Uji Biodegradable

  66

  4.3.1 Analisa Sifat Thermal dengan Uji DTA ( Diffrential Thermal Analysis)

  68

  4.3.2 Analisa Kristalinitas dengan Uji XRD (X-Ray Diffraction)

  69

  4.3.3 Analisa Sifat Morfologi dengan Uji SEM (Scanning Electron Microscopy)

  70 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN

   71

  5.1 Kesimpulan

  71

  5.2 Saran

  73 DAFTAR PUSTAKA

   74

  

Daftar Tabel

  Nomor Judul Halaman 1.

  10 Tabel 2.1 Komposisi Kimia dari Berbagai Jenis Serat Lignoselulosa 2.

  11 Tabel 2.2 Komposisi Komia Berbagai Bagian dari Tanaman Kelapa 3.

  20 Tabel 2.3 Sifat Umum Polipropilena 4.

  26 Tabel 2.4 Sifat_sifat Fisika Selulosa 5.

  52 Tabel 4.1 Serapan Gugus Fungsi dari MCC 6.

Tabel 4.2 Variasi Penambahan MCC Sebagai Bahan Pengisi

  Polipropilena 55 7.

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Kekuatan Tarik dan Kemuluran

  Komposit 56 8.

  60 Tabel 4.4 Hasil Uji DTA Sebelum Biodegradasi 9.

  63 Tabel 4.5 Bilangan Gelombang Polipropilena Murni 10.

Tabel 4.6 Data Hasil Penurunan Massa (%) Spesimen Setelah Penanaman

  Dalam Tanah 67 11.

  69 Tabel 4.7 Hasil Uji DTA Setelah Biodegradasi

  Daftar Gambar

  Nomor Judul Halaman 1.

  9 Gambar 2.1 Tanaman Kelapa dan Tandan Kelapa 2.

  12 Gambar 2.2 Pembagian Komposit Berdasarkan Konstituennya 3.

  15 Gambar 2.3 Skema Bahan Pengisi Polimer 4.

  23 Gambar 2.4 Rumus Bangun Selulosa 5.

  30 Gambar 2.5 Mekanisme Sirkulasi Degradasi Polimer 6.

  51 Gambar 4.1 Hasil Uji SEM dari Mikrokristalin Selulosa 7.

  52 Gambar 4.2 Hasil Uji FTIR Mikrokristal Selulosa 8.

Gambar 4.3 Difrakogram Sinar X-Sampel MCCGambar 4.4 Difrakogram Sinar X-Sampel MCC Ardizone et al (1999) 54 10.

  54 Gambar 4.5 Hasil Uji DTA MCC

  2 11.

  ) dalam Komposit

Gambar 4.6 Grafik Tensile Stenght (N/m

  PP-BPO-MCC-MA

  56

  12. Gambar 4.7 Grafik Elongation et Break (%) dari komposit PP-BPO-MCC-MA

  57

  13. Gambar 4.8 Hasil Uji SEM dari PP murni

  61

  14. Gambar 4.9 Hasil Uji SEM PP:MCC (70:30) Sebelum Biodegradasi

  61

  15. Gambar 4.1.0 Hasil Uji SEM PP:MCC (80:20) Sebelum Biodegradasi 62

  16. Gambar 4.1.1 Hasil Spektrum FTIR PPMCC Sebelum dan Sesudah Biodegradasi

  64

  17. Gambar 4.1.2 Hasil Uji XRD PPMCC (80:20) Sebelum Biodegradasi

  65

  18. Gambar 4.1.3 Hasil Uji XRD PPMCC (80:20) Sesudah Biodegradasi

  69

  19. Gambar 4.1.4 Hasil Uji SEM PP:MCC (80:20) Sesudah Biodegradasi

  71

  

Daftar Lampiran

  Nomor Judul Halaman 1.

  Lampiran 1 Perhitungan Kekuatan Tarik dan Kemulura 80 2. Lampiran 2 Perhitungan Persen Penurunan Massa Uji Biodegradable 83 3.

  84 Lampiran 3 Gambar Kromatogran Hasil Uji DTA Untuk MCC 4.

  85 Lampiran 4 Gambar Kromatogran Hasil Uji DTA Untuk PP Murni 5. Lampiran 5 Gambar Kromatogran Hasil Uji DTA Untuk PP:MCC

  (70:30) Sebelum Biodegradasi

  86 6. Lampiran 6 Gambar Kromatogran Hasil Uji DTA Untuk PP:MCC

  (70:30) Setelah Biodegradasi

  87 7. Lampiran 7 Gambar Kromatogran Hasil Uji DTA Untuk PP:MCC 8.

  Lampiran 8 Gambar Kromatogran Hasil Uji DTA Untuk PP:MCC (80:20) Setelah Biodegradasi

  89 9.

  90 Lampiran 9 Gambar Spektrum FTIR Polipropilena Murni 10. Lampiran 10 Gambar Spektrum FTIR PPMCC Sebelum dan Sesudah

  Biodegradasi 91 11.

  92 Lampiran 11 Hasil Uji XRD Sebelum Biodegradasi 12.

  95 Lampiran 12 Hasil Uji XRDSesudah Biodegradasi

DAFTAR SINGKATAN

  PP = Polipropilena PPd = Polipropilena terdegradasi MA = Maleat Anhidrida MCC = Mikrokristal Selulosa PP-g-MA = Polipropilena tergrafting maleat anhidrida FTIR = Fourier Transform Infrared Spectroscopy SEM = Scanning Electron microscopy BPO = Benzoil Peroksida DTA = Differential Thermal Analysis