BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Penambahan bahan pengisi atau campuran dua atau lebih polimer telah

menjadi fenomena penting pada tahun-tahun terakhir untuk mendapatkan suatu

bahan dengan sifat-sifat tertentu seperti sifat mekanik, fisika dan panas, yang tidak

dapat ditemukan pada masing-masing komponen penyusunnya dengan proses

pembuatan yang lebih mudah dan biaya yang relatif murah (Khalid, dkk., 2008)

yang memenuhi Standar Nasional Indonesia (SNI) No. 19-1811-1990.

Umumnya bahan pengisi ditambahkan ke bahan polimer seperti

termoplastik, termoset, karet ataupun elastomer ditujukan untuk meningkatkan

sifat-sifat tertentu dan untuk mengurangi biaya produksi ataupun keduanya

sekaligus. Komposit polimer sangat berkembang saat ini dibandingkan dengan

komposit logam ataupun keramik. Komposit polimer yang sering digunakan ialah

termoplastik hal ini disebabkan karena polimer termoset lebih mahal sehingga

kurang ekonomis untuk digunakan. Termoplastik yang umum digunakan yaitu

poliolefin seperti polipropilena, polietilen dan sebagainya. Poliolefin banyak

digunakan karena harganya murah, tidak mudah tergores, fleksibel, dampak

kimianya tidak merusak lingkungan dan dapat didaur ulang (Caulfed, 2005 dan Li

& Wallcot, 2006). Pengisi alamiah banyak digunakan untuk menggantikan pengisi

sintetis karena memiliki banyak kelebihan diantaranya yaitu, bahan yang tiada

habisnya, biaya murah, dapat diperbarui (renewable), dapat terdegradasi secara

biologi (biodegradable), polimer biologi yang kompak (biocompatible), mudah

diperoleh, mudah dilakukan pengolahan kimia dan tidak membahayakan

kesehatan (Granja, dkk., 2001 dan Khalid, dkk., 2008).

Menurut Fuad, dkk (1994) penggunaan sekam padi dan abu sekam padi

sebagai bahan pengisi alami meningkatkan sifat-sifat mekanik komposit

polietilena karena sekam padi mengandung sellulosa, hemisellulosa dan lignin

sedangkan abu sekam padi mengandung bahan anorganik seperti CaO, MgO,

Fe2O3, K2O,Na2O, Al2O3, P2O5 dan SiO2.

Universitas Sumatera Utara

Limbah padat pulp sebagai bahan pengisi di dalam matriks termoplastik

semakin mendapat perhatian para peneliti seperti Jang, dkk (2000), Jang, dkk

(2001) dan Son, dkk (2001). Limbah padat pulp merupakan limbah buangan dari

industri pembuatan pulp PT. Toba Pulp Lestari (Tbk), Porsea Sumatera Utara

tersedia sangat banyak berkisar 70 ton/hari sehingga meninbulkan masalah

terhadap lingkungan (Liaw, dkk 1998 dan Boni, dkk 2004). Secara umum, limbah

padat pulp memerlukan tempat pembuangan dan hanya sebagian kecil yang

dibakar atau digunakan untuk pertaniaan. Limbah padat pulp mengandung dua

komposisi yaitu bahan organik (41 % terdiri daripada sellulosa, hemisellulosa dan

lignin) dan bahan anorganik (59 % kaolin, kalsium dan karbonat) yang memang

ditambahkan pada proses pembuatan pulp untuk mengurangi biaya. Sebagai bahan

pengisi di dalam matriks termopalstik, limbah padat pulp mempunyai banyak

kelebihan dan semakin berkembang, disamping biaya yang murah dan komposisi

nya yang terdiri dari senyawa organik dan anorganik dan yang paling penting

masalah lingkungan dapat diatasi secara nyata dan mengubah bahan buanagan

menjadi bahan yang memiliki nilai dapat direalisasikan (Boni, dkk 2004 dan

Salmah, dkk 2005).

Proses pencampuran poliolefin khususnya polipropilena dengan limbah

padat pulp cenderung tidak berlangsung secara homogen karena sifat kedua bahan

yang memiliki kepolaran yang berbeda sesuai dengan kajian Salmah, dkk. (2005),

Ismail dkk. (2001) dan juga Ismail dkk. (2003). Untuk meningkatkan keserasian

campuran polimer diperlukan bahan penyerasi (compatibilizing agent) yang dapat

meningkatkan interaksi/adhesi antara bahan pengisi dengan matriks polimer.

Teknik modifikasi struktur bahan polimer juga telah digunakan untuk

meningkatkan keserasian campuran polimer, dengan cara memperkecil perbedaan

polaritas atau memperbesar interaksi/adhesi fisika – kimia pada permukaan serbuk

pengisi dengan bantuan bahan penyerasi (compatabilizer agent) (Felix &

Gatenholm, 1991).

Myers dkk. (1991), meneliti pengaruh maleat anhidrida dan modifikasi

komposisi kepada sifat-sifat komposit polipropilena/serbuk kayu. Kelapa sawit,

abu sekam padi, serbuk kayu karet, dan kertas buangan telah pula digunakan

sebagai pengisi di dalam komposit karet, termoplastik, termoplastik-karet

Universitas Sumatera Utara

demikian juga dengan Mohd. Ishak dkk. (1998), Rozman dkk. (1998), Ismail dkk.

(1999), Siriwardena dkk. (2003) dan Salmah dkk. (2005), mereka juga meneliti

penggunaan maleat anhidrida terhadap matriks termoplastik. Dari penelitian-

penelitian tersebut didapati bahwa penggunaan bahan penyerasi maleat anhidrida

telah meningkatkan sifat kekuatan tarik komposit yang dihasilkan.

Menurut Khalid dkk. (2008) penggunaan bahan pengisi alamiah seperti

serat tandan kosong kelapa sawit dengan ukuran 500 µm pada matriks

termoplastik polipropilena memiliki sifat-sifat mekanik yang lebih tinggi dan

lebih ekonomis dibandingkan komposit lain. Akan tetapi serat alamiah ini juga

memiliki beberapa kelemahan yaitu interaksi antar muka dan penyerapan air yang

kurang memuaskan karena serat tandan kosong kelapa sawit memiliki sifat

hidrofilik. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan bahan penyerasi

(compatabilizer agent), polipropilena maleat anhidrida.

Secara umum, kemampuan penguatan suatu pengisi dipengaruhi oleh tiga

ciri utama yaitu ukuran atau luas permukaan, bentuk atau struktur permukaan

serta aktivitas atau sifat-sifat kimia permukaan. Pengisi biasanya mempunyai

ukuran partikel yang kecil, permukaan yang aktif secara kimia (Hanafi, 2000, Xu,

dkk., 2008 dan Khalid, dkk., 2008). Semakin kecil ukuran dari partikel pengisi

maka luas permukaan akan semakin besar dan daya interaksi/adhesi antara kedua

bahan akan semakin besar pula sehingga sifat-sifat mekanik akan semakin bagus

(Hanafi, 2000, Khalid dkk., 2008, Oksman dkk., 2006, Nebahat dkk., 2006 dan

Xu dkk., 2007). Oksman dkk. (2006), Nebahat dkk. (2006) dan Xu dkk. (2007)

telah membuktikan bahwa ukuran partikel sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat

komposit yang dihasilkan. Mereka membandingkan ukuran partikel pengisi,

terbukti bahwa dengan ukuran partikel yang lebih kecil seperti nano, komposit

yang dihasilkan memiliki sifat-sifat yang sangat baik seperti sifat mekanik dan

sifat ketahanan panas dengan kandungan pengisi yang rendah.

Xanthos (1983) mengkaji pengaruh keadaan pemprosesan kepada sifat-

sifat pembentukan komposit polipropilena yang terisi 30% dan 40% serbuk kayu

dan membandingkannya dengan polipropilena yang terisi talk dan kalsium

karbonat dan Woodhams dkk. (1984) juga mengkaji penggunaan polipropilena

isotaktik dengan penambah serat kayu pulp, sisa pulp dan surat kabar yang didaur

Universitas Sumatera Utara

ulang. Penggunaan polipropilena dan serat-serat alamiah tersebut meningkatkan

modulus tarik, kekerasan tetapi kekuatan tarik berkurang dengan bertambahanya

kandungan pengisi

Qiao dkk. (2003a dan 2003b), telah mengkaji penggunaan berbagai bahan

penyerasi pada pengisi sludge kertas di dalam komposit polipropilena. Menurut

mereka bahwa penambahan berbagai jenis bahan penyerasi akan meningkatkan

sifat-sifat mekanikal komposit yang dihasilkan. Bahan penyerasi yang digunakan

pada penelitian ini adalah turunan dari minyak jarak pagar (Jatropha curcas L.,

Euphorbiaceae). Penggunaan minyak jarak pagar dikarenakan harganya murah

dan banyak tersedia.

Berdasarkan uraian di atas, maka perlu untuk melakukan penelitian

tentang pemanfaatan limbah padat pulp yang berasal dari PT. Toba Pulp Lestari

(Tbk) Porsea Sumatera Utara sebagai bahan pengisi dengan ukuran mikrometer

pada proses pembuatan komposit dengan matriks polimer polipropilena dan bahan

penyerasi maleat anhidrida polipropilena atau minyak jarak pagar.

1.2 Permasalahan

Mikrokomposit polipropilena (PP) yang berisi limbah padat pulp (LPP)

dibuat dengan menambahkan partikel pengisi LPP yang berasal dari buangan

proses pembuatan pulp PT. Toba Pulp Lestari (Tbk) dengan komposisi dan ukuran

partikel yang berbeda-beda dengan matriks polimer PP yang juga berbeda-beda.

Matriks polipropilena dan pengisi limbah padat pulp memiliki sifat kepolaran

yang berbeda yang dapat menghalangi terjadinya interaksi/adhesi antara keduanya

sehingga melemahkan sifat-sifat komposit yang dihasilkan. Untuk meningkatkan

interaksi/adhesi diantara matriks dan pengisi dan meningkatkan sifat-sifat

mikrokomposit yang dihasilkan dapat dilakukan dengan memperkecil ukuran

partikel limbah padat pulp dan menambahkan bahan penyerasi (compatabilizer

agent) polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar. Tujuan

penambahan polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar adalah

untuk meningkatkan keserasian mikrokomposit yang dihasilkan. Penambahan

bahan-bahan tersebut diharapkan dapat meningkatkan sifat-sifat mekanikal dan

termal mikrokomposit yang dihasilkan. Mikrokomposit yang dihasilkan juga akan

Universitas Sumatera Utara

diteliti sejauh mana dapat terdegradasi. Permasalahan yang akan dibahas pada

penelitian ini adalah bagaimana pengaruh jumlah kandungan pengisi, ukuran

partikel limbah padat pulp dan penambahan bahan penyerasi polipropilena maleat

anhidrida dan/atau minyak jarak pagar pada mikrokomposit polipropilena yang

dihasilkan terhadap sifat-sifat mekanik, sifat termal, morfologi permukaan putus,

spektrum FTIR dan sifat degradasi.

1.3 Tujuan Penelitian

Dengan berorientasi pada permasalahan di atas maka tujuan penelitian ini

adalah sebagai berikut :

• Untuk mengetahui sifat-sifat mikrokomposit yang dihasilkan karena

penambahan jumlah kandungan pengisi limbah padat pulp

• Untuk mengetahui pengaruh ukuran partikel limbah padat pulp terhadap sifat-

sifat mikrokomposit yang dihasilkan

• Untuk mengetahui pengaruh penambahan bahan penyerasi polipropilena

maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar terhadap sifat-sifat

mikrokomposit yang dihasilkan

• Untuk mengetahui mekanisme interaksi akibat penambahan bahan penyerasi

polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar terhadap sifat-

sifat mikrokomposit yang dihasilkan

• Untuk mengetahui sifat degradasi mikrokomposit polipropilena yang berisi

limbah padat pulp dengan atau tanpa penambahan bahan penyerasi

polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar.

1.4 Manfaat Penelitian

Dengan adanya penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat bagi

dunia industri maupun dunia pendidikan, sebagai berikut :

• Hasil utama disertasi ini adalah mikrokomposit termoplastik polipropilena

yang diperkuat dengan limbah padat campuran organik dan anorganik industri

pulp yang dapat digunakan untuk bahan teknik yang ramah terhadap

lingkungan

Universitas Sumatera Utara

• Memberikan nilai tambah terhadap limbah padat buangan industri pulp yang

selama ini hanya digunakan sebagai land fill dan sebagian kecil untuk

pertanian

• Merupakan suatu teknik yang baru dalam pembuatan komposit dengan ukuran

mikro sehingga dapat menjadi salah satu rujukan bagi peneliti-peneliti

selanjutnya

• Dapat membantu industri pulp dalam menangani limbahnya khususnya

limbah padat yang pertambahannya sangat cepat sekali

1.5 Penyelesaian Masalah

Pada penelitian ini dilakukan pembuatan mikrokomposit termoplastik

polipropilena dengan limbah padat campuran organik dan anorganik industri pulp

sebagai bahan pengisi. Limbah padat pulp ini berasal dari PT. Toba Pulp Lestari

Tbk. Limbah padat industri pulp sangat berpotensi digunakan sebagai bahan

pengisi pada karena terdiri dari serat organik (sellulosa, hemisellulosa dan/atau

lignin) dan serat anorganik seperti kaolin, kalsium karbonat, talk dan sebagainya.

Ukuran pengisi pada mikrokomposit sangat menentukan hasil dari mikrokomposit

tersebut. Hal ini disebabkan karena semakin kecil ukuran partikel pengisi maka

luas antar muka akan semakin besar sehingga interaksi semakin kuat dan

komposit yang dihasilkan juga akan semakin baik. Dengan membuat limbah

padat pulp berukuran mikrometer maka akan dapat meningkatkan sifat torka,

sifat-sifat mekanik, sifat termal, morfologi permukaan, spektrum FTIR dan

degaradasi mikrokomposit polipropilena yang terisi limbah padat pulp tersebut.

Keserasian antara limbah padat pulp dengan polipropilena sangat rendah,

hal ini disebabkan sifat kepolaran yang berbeda antara limbah padat pulp dengan

polipropilena. Dengan penambahan polipropilena maleat anhidrida dan/atau

minyak jarak pagar akan dapat meningkatkan keserasian pada mikrokompoisit

polipropilena dengan limbah padat pulp yang dapat dilihat pada sifat-sifat

mekanik, sifat termal, morfologi permukaan, spektrum FTIR dan degaradasi

mikrokomposit yang dihasilkan.

Universitas Sumatera Utara