christian hidayat-skripsi-fakultas teknik-naskah ringkas-2014

Modifikasi Limbah PP dan Limbah Lignin Sebagai Material Baru

Christian Hidayat, Mochamad Chalid

Departemen Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru UI Depok,

Depok, 16436, Indonesia

Email: [email protected]

Abstrak

Polipropilene(PP) sebagai bahan baku produk kemasan, seperti gelas air mineral, setelah pemakaian cenderung kurang diberdayakan padahal jumlah limbah PP tersebut setelah pemakaian sangat banyak. Pada sisi lain, kertas yang banyak digunakan pada proses pengolahannya menghasilkan limbah, salah satunya adalah lignin. Pemberdayaan limbah lignin hingga saat ini masih belum optimal, padahal jumlahnya juga sangat banyak. Modifikasi dari kedua limbah ini sebagai bahan baku suatu produk, menjadi sesuatu yang sangat menarik untuk diteliti. Penelitian ini mempelajari perubahan yang terjadi pada PP sebelum dan sesudah penggunaan dan juga pengaruh komposisi, waktu dan penambahan CaCO3 pada pencampuran lignin dan PP terhadap sifat mekanik, sifat fisik kemampuan pembentukan dan morfologi permukaan dan perpatahan produk yang dihasilkan. Analisa penelitian ini didukung oleh beberapa metode pengujian, seperti uji tarik, FTIR, uji densitas dan FESEM. Hasil dari pengujian yang telah dilakukan menunjukkan kemampuan mekanik optimal diperoleh dengan penambahan lignin sebanyak 5 phr dengan waktu pencampuran 20 menit tanpa CaCO3.

Kata kunci: gelas air mineral, degradasi, daur ulang, PP, aditif, sifat mekanik

Modification of PP Waste and Lignin Waste as a New Material

Abstract

As a raw material for packaging Polyproylene (PP), such as plastic cups, PP after consuming not being optimally utilized even the quantity of PP waste is very abundant. On the other side, the pulp making process produces wastes, such a lignin in abundant amount. Utilization of lignin waste in Indonesia still not effective. Modification of the two materials as a new raw material is an interesting subject. This research studied change of PP properties before and post consumption and effect of composition, mixing time and addition of CaCO3 at mixing of lignin and PP to mechanical and physical properties, formability and morphology of surface of the product. Characterization of the product was performed by measuring UTM, FTIR, density test and FESEM. The results showed that the best Young Modulus was 74 MPa at 5 phr of lignin with mixing time 20 minute without CaCO3.

Keywords: Plastic cups, Polypropylene, Degradation, Recycling, Additive, Mechanical Properties

Modifikasi limbah…, Christian Hidayat, FT UI, 2014

1. Pendahuluan

Polipropilene merupakan salah satu jenis polimer yang paling umum digunakan. Hal

ini disebabkan karena harga dari PP yang cenderung murah dan sifat dari PP sendiri yang

dapat disesuaikan dengan aplikasi-aplikasi tertentu. Salah satu produk PP yang umum

digunakan adalah sebagai kemasan gelas air mineral. Penggunaan gelas air mineral berbahan

baku PP meningkat tiap tahunnya hal ini dapat dilihat pada tabel 1. pada tahun 2006 konsumsi

air minum sebesar 33 juta liter dalam kemasan gelas air mineral sedangkan pada tahun 2010

terjadi peningkatan konsumsi air mineral menjadi 34,9 juta liter. jika kapasitas gelas air

mineral berkisar 250 mL maka dalam kurun waktu 4 tahun terjadi peningkatan penggunaan

gelas air mineral kurang lebih 8 juta gelas air mineral dalam satu tahun. Jika penggunaan PP

yang terus meningkat tiap tahunnya dibandingkan dengan cadangan minyak bumi yang

terbatas maka akan sangat diperlukan bahan baku alternatif dalam industri plastik.

Tabel Error! No text of specified style in document. Permintaan Air Minum Dalam Kemasan(AMDK) menurut jenis kemasan(1)

Daur ulang plastik dapat dibagi menjadi 4 jenis, yaitu primary recycling, secondary

recycling, ternary recycling dan quarternery recyling. Pada primary recycling limbah hanya

dicacah menjadi partikel kecil, yang lalu kemudian dijual. Pada secondary recycling limbah

dicacah menjadi partikel kecil seperti pada primary recycling. Setelah dicacah limbah

kemudian dicampurkan dengan aditif tertentu untuk dapat diolah menjadi produk lain

sehingga meningkatkan nilai tambah daripada limbah tersebut. Pada ternary recycling limbah

diolah menjadi bahan bakar. Dan pada quarternery recycling limbah dibakar untuk

menghasilkan gas panas. Energi dari gas panas ini kemudian dimanfaatkan untuk

menggerakkan turbin pembangkit tenaga listrik. Di Indonesia pengolahan limbah plastik

umumnya berupa primary recycling(2).

Kertas di Indonesia merupakan salah satu jenis produk yang banyak digunakan oleh

masyarakat. Data bank sampah menunjukkan sampah kertas di Jakarta mencapai 3.6 juta ton/

tahunnya(3). Bahan baku dalam pembuatan kertas adalah kayu dan serat-seratnya. Ketika

dicampurkan dengan bahan kimia kertas yang dihasilkan tidak akan berwarna putih melainkan


kecoklatan. Untuk memutihkan kertas tersebut maka akan dilakukan proses

pemutihan(bleaching). Dalam proses pemutihan akan dihasilkan bubur kertas berwarna putih

dan cairan hitam yang memiliki bau menyengat. Kandungan cairan hitam ini adalah

lignin(±60%). Lignin ini belum terlalu diberdayakan, umumnya hanya sebagai bahan bakar

alternatif padahal lignin memiliki potensi untuk digunakan dalam berbagai jenis aplikasi,

seperti antioksidan dan flame retardant.

Penelitian ini dilakukan sebagai studi untuk mengetahui perubahan karakteristik dari

PP yang masih fresh dan pasca penggunaan dan mempelajari pengaruh penambahan aditif

untuk memperbaiki sifat mekanik PP supaya ranah pengolahan limbah PP menjadi lebih luas.

Aditif yang ditambahkan pada PP pada penelitian kali ini adalah lignin. Penelitian akan

mengamati perubahan kekuatan mekanik, ikatan molekul, dan kemampuan pembentukan yang

terjadi pada PP fresh dan PP pasca penggunaan. Perbandingan perubahan kekuatan mekanik

sesudah penambahan aditif akan dilihat pada Modulus Young dan pengaruhnya terhadap

morfologi PP.

2. Dasar Teori 2.1. Sampah di Indonesia

Sampah merupakan istilah yang digunakan pada material yang tidak terpakai lagi.

Jumlah sampah yang beredar di Indonesia sendiri akan meningkat seiring dengan laju

konsumsi masyarakat. Kementrian lingkungan hidup mencatat rata-rata penduduk Indonesia

menghasilkan sampah berkisar 2,5 liter sampah per harinya atau 625 juta liter dari jumlah

total penduduk.

Tabel Error! No text of specified style in document. Jumlah sampah di Indonesia dalam Juta Ton/Tahun (3)


Dari tabel 2 dilihat produksi sampah di Indonesia pada tahun 2008. Dari data terlihat

jumlah sampah yang dihasilkan terbesar merupakan sampah dapur dengan jumlah 22,4 juta

ton per tahun atau 58% dari total jumlah sampah dalam satu tahun. Jumlah kedua terbesar

berupa sampah plastik dengan jumlah 5,4 juta ton per tahun atau 14% dari jumlah total

sampah dalam satu tahun. Dan jumlah sampah terbesar ketiga berupa sampah kertas dengan

3,6 juta ton per tahun atau 9% dari total jumlah sampah dalam satu tahun. dari sampah yang

ada sampah kertas dan plastik mencapau 23% dari seluruh sampah yang ada dalam 1 tahun

sehingga diperlukan proses pengolahan sampah yang demikian, hal ini didukung dengan

permintaan polimer Indonesia bertumbuh berkisar 7% berbanding lurus dengan pertumbuhan

ekonomi. Selain sampah plastik konsumsi kertas di Indonesia juga cukup tinggi, hal ini dapat

dilihat dari jumlah limbah sampah yang dihasilkan berkisar 3.6 juta ton per tahun.

Tabel 3 Data kebutuhan air mineral dan persesntase kemasan yang digunakan (2)

Air mineral dalam kemasan merupakan salah satu benda yang dikonsumsi dalam

jumlah besar. masyarakat mengkonsumsi air mineral berkisar 45 liter per tahun dan jumlah ini

meningkat per tahunnya. konsumsi air mineral ini tentunya berikut serta dengan kemasannya.

Kemasan ini dapat berupa galon, botol dan gelas. Botol dan gelas air mineral umumnya

langsung dibuang setelah dikonsumsi. Kemasan air mineral ini dapat didaur ulang menjadi

produk lain. Kenaikan harga limbah yang didaur ulang ini dapat berkali lipat.

2.2 Daur Ulang Polimer

Daur ulang plastik dapat dibagi menjadi 4 jenis, yaitu primary recycling, secondary

recycling, ternary recycling dan quarternery recyling. Pada primary recycling limbah hanya

dicacah menjadi partikel kecil, yang lalu kemudian dijual. Pada secondary recycling limbah

dicacah menjadi partikel kecil seperti pada primary recycling. Setelah dicacah limbah


kemudian dicampurkan dengan aditif tertentu untuk dapat diolah menjadi produk lain

sehingga meningkatkan nilai tambah daripada limbah tersebut. Pada ternary recycling limbah

diolah menjadi bahan bakar. Dan pada quarternery recycling limbah dibakar untuk

menghasilkan gas panas. Energi dari gas panas ini kemudian dimanfaatkan untuk

menggerakkan turbin pembangkit tenaga listrik.

Pada secondary recycling ditambahkan aditif untuk meningkatkan nilai daripada

limbah yang didaur ulang. Aditif ditambahkan pada limbah pada saat proses compounding.

Penambahan aditif pada polimer akan sangat bergantung dari dispersi dan distribusi aditif

pada matriks polimer. Dispersi merupakan persebaran ukuran molekul aditif, semakin kecil

ukuran dari molekul aditif maka semakin baik hasil yang didapat. Distribusi merupakan

persebaran molekul aditif pada area tertentu. Proporsi ideal untuk dispersi dan distribusi

daripada aditif dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1 Distribusi dan dispersi aditif pada polimer(2)

Pada proses daur ulang Gelas air mineral di Indonesia, umumnya hanya terjadi proses

primary recycling atau pengolahan ulang menjadi bentuk yang sama seperti bentuk asalnya.

Pada gambar 1 merupakan diagram alir pengolahan daripada limbah, termasuk limbah plastik.


Gambar 2 Diagram alir proses daur ulang polimer(4)

Pada proses daur ulang material polimer terdapat beberapa tahapan yang harus dilalui

agar polimer dapat siap diproduksi ulang. Hal pertama yang harus dilakukan ialah

pengumpulan material polimer, pengumpulan dan pemisahan material dapat dilakukan dengan

menggunakan perbedaan densitas, warna dan berbagai jenis metode klasifikasi lainnya. salah

satu cara yang dapat dilakukan untuk mengklasifikasi adalah dengan melihat kode IUPAC

seperti pada gambar 3. Setelah diklasifikasi selanjutnya polimer dapat dibersihkan baik

dengan menghilangkan kertas label, adhesif dan segala jenis pengotor lainnya. proses

selanjutnya adalah pencacahan material polimer menjadi bagian-bagian yang lebih kecil.

Beberapa dari hasil dari cacahan ini kemudian akan dikarakterisasi untuk dilihat apakah sudah

sesuai dengan spesifikasi. Setelah spesifikasi terpenuhi maka cacahan telah siap untuk didaur

ulang dalam bentuk pellet (10)

Gambar 3 Contoh kode IUPAC pada gelas air mineral (11)

Suhu proses juga menentukan kemampuan dari polimer untuk dapat didaur ulang.

Semakin tinggi suhu pemrosesan dari PP maka kemampuan alir, kekuatan tarik serta

shrinkage yang terjadi semakin menurun seiring dengan banyaknya siklus proses yang


dialami. Hal ini dapat diakibatkan karena pemutusan panjang rantai molekul akibat suhu yang

semakin tinggi. (1)

2.3 Lignin

Kertas merupakan salah satu jenis produk yang umum dikonsumsi oleh masyarakat

sekarang ini. Data pada tabel 2 menunjukkan jumlah limbah kertas di Indonesia berkisar 3.6

juta ton/ tahun dan tidak termasuk kertas yang tidak langsung dibuang ketika penggunaan

seperti surat arsip, buku catatan dan berbagai jenis aplikasi lainnya. hal ini berarti konsumsi

kertas di Indonesia cenderung stabil dari tahun ke tahunnya.

Bahan baku dalam pembuatan kertas adalah kayu dan serat-seratnya. Ketika

dicampurkan dengan bahan kimia kertas yang dihasilkan tidak akan berwarna putih melainkan

kecoklatan. Untuk memutihkan kertas tersebut maka akan dilakukan proses

pemutihan(bleaching). Dalam proses pemutihan akan dihasilkan bubur kertas berwarna putih

dan cairan hitam yang memiliki bau menyengat. Kandungan cairan hitam ini adalah

lignin(±60%). Lignin yang dihasilkan oleh proses pembuatan kertas disebut sebagai Kraft

lignin(5). Kraft lignin umumnya dipergunakan sebagai bahan bakar atau langsung dibuang

oleh perusahaan.

Lignin sendiri merupakan senyawa organik kompleks. Lignin merupakan copolimer

yang memiliki struktur amorf yang saling berhubung silang. Hal ini menyebabkan struktur

molekul daripada lignin sangat bervariasi. Pada tabel 4 merupakan salah satu struktur

ligninyang didapat pada hardwood. 3 jenis monomer yang menyusun lignin adalah coumaryl,

conferyl, dan sinapyl(6). Menurut beberapa hasil studi penambahan lignin dapat meningkatkan

ketahanan bakar, ketahanan degradasi dari polimer(7). Terkhusus poliolefin. Penambahan

lignin akan mengakibatkan penurunan sifat mekanik daripada polimer. Aplikasi dalam

penggunaan lignin saat ini masih cenderung rendah karena anggapan lignin sebagai produk

sisa sampingan dari produksi kertas.


Tabel 4 Struktur molekul lignin dan monomer penyusun lignin (15)

Adhesi antara PP dengan lignin tidak terlalu baik(6). Hal ini menyebabkan penurunan

dari sifat fisik dan mekanik daripada pencampuran kedua jenis material ini. Lignin merupakan

senyawa polar(7) sedangkan PP mrupakan polimer non polar, untuk dapat mencapai hasil yang

terbaik, maka dibutuhkan zat tambahan lain untuk meningkatkan kemampubasahan, seperti

lignin yang teraminasi(8) atau MAPP (Maleated Polyproylene).

3. Metodologi Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan rPP(recycled Polypropylene),

vPP(virgin Polypropylene), CaCO3 dan Lignin. Untuk pengujian tarik dicetak sampel

berbentuk dogbone mengacu pada ASTM D638. Proporsi penambahan aditif dihitung dengan

menggunakan formula sebagai berikut:

%Aditif = !!!!""

! !"#$ !!

Dengan phr merupakan massa daripada aditif yang ditambahkan. Gram PP merupakan massa

PP yang digunakan dalam pengujian.

Pada penambahan aditif untuk dapat mengetahui pengaruh sifat mekanik daripada daripada

penambahan lignin pada PP, variabel yang akan digunakan adalah sebagai berikut:

RPP Lignin Lignin + CaCO3 Waktu


25 gram 5 phr (1.25 gram) - 20 menit



25 gram 5 phr (1.25 gram) 5 phr (1.25 gram) 20 menit

25 gram 5 phr (1.25 gram) 10 phr (2.5 gram) 20 menit



Untuk dapat menguji kemampuan mekanik daripada material akan dilakukan uji tarik dengan

acuan ASTM D638. Sampel akan diletakkan pada grip mesin uji tarik dan diberikan beban

tarik secara konstan sampai sampel mengalami kegagalan. Hasil daripada pengujian tarik

berupa kurva tegangan-regangan. Untuk menguji ikatan molekul daripada PP digunakan uji

spektra FTIR, sampel diletakkan pada wadah lalu ditembakkan sinar infra merah. Sinar yang

dipantulkan oleh material ditangkap oleh sensor dan diolah melalui komputer. Hasil daripada

pengujian ini berupa grafik dengan puncak-puncak pada ranah tertentu yang melambangkan

ikatan molekul yang dimiliki oleh sampel. Untuk mengetahui morfologi daripada polimer

digunakan FESEM.

4. Hasil Penelitian dan Pembahasan 4.1 Perbandingan PP Murni dan Pasca Penggunaan 4.1.2 Sifat Mekanik Untuk dapat melihat perubahan kekuatan mekanik yang terjadi pada PP sesudah

penggunaan dilakukan uji tarik. Hasil daripada uji tarik berupa kurva tegangan-regangan.

Pada gambar 4 merupakan hasil uji tarik vPP (virgin Polypropylene) dan rPP (recycled

Polypropylene).


0 20 40 60 80 100 120 140 1600

5

10

15

20

25

Stres

s (M

Pa)

S tra in (% )

rP P vP P

Gambar Error! No text of specified style in document. Grafik tegangan-regangan rPP dan vPP

Tabel 5 Perbandingan sifat mekanik vPP dan pasca penggunaan

Jenis PP UTS(MPa) Modulus Young(MPa)

vPP 20.3 32.5

rPP 24.8 33.5

Hasil uji tarik yang dilakukan berbeda dengan literatur, hal ini dapat disebabkan

karena perbedaan waktu pendinginan dalam pembuatan sampel untuk uji tarik atau adanya

cacat di permukaan sampel akibat penggunaan cutter. Cacat ini menjadi tempat inisiasi retak.

Perbedaan dari nilai UTS dan Modulus young diduga karena pengurangan panjang rantai

molekul akibat penggunaan. Pengurangan panjang rantai ini akan meningkatkan kemampuan

PP untuk membentuk struktur kristal. Struktur kristal ini bersifat kaku dan keras.

Tabel 6 Hasil analisis termal via DSC (17)

Dari hasil tabel 6 terlihat penurunan daripada suhu leleh daripada PP v(vPP) dan PP

a(rPP). Penurunan daripada suhu leleh menunjukkan penurunan pembentukan kristal daripada


rPP yang telah didaur ulang. Hal ini berkaitan dengan menurunnya densitas dan juga

perubahan dari grafik uji tarik yang ada. Penurunanan panjang molekul menyebabkan

kristalinitas daripada PP meningkat, struktur kristalin daripada PP bersifat rapuh dan keras.

Tabel 7 Densitas PP

Jenis PP Densitas(gr/cm3)

vPP 0.849

rPP 0.861

Struktur kristal akan berpengaruh ke densitas dari PP tersebut. pengaruh ini dapat

dilihat pada tabel 7. Dengan bertambahnya struktur kristal ini maka rPP memiliki UTS dan

elongasi yang lebih rendah. Perubahan ini sesuai dengan perubahan yang terjadi pada tabel 6.

pemutusan panjang rantai molekul dapat disebabkan oleh degradasi dengan udara selama

pemakaian, pada degradasi ini oksigen bereaksi dengan rantai molekul sehingga

menyebabkan pemutusan panjang rantai molekul. Pemutusan panjang rantai molekul juga

dapat disebabkan karena terpapar sinar UV. Sinar UV ini berasal dari sinar matahari. Energi

sinar UV ini sangat tinggi dan mampu memutus rantai molekul jika polimer terpapar dalam

waktu yang cukup lama.

4.1.2 Kemampuan Pembentukan PP

Salah satu sifat yang diuji untuk melihat perubahan yang terjadi pada PP sesudah

penggunaan ialah suhu pelunakkan vicat. Suhu pelunakkan vicat diuji dengan menggunakan

alat uji vicat. suhu pelunakkan vicat merupakan sifat termal dari polimer. Sifat ini digunakan

untuk melihat suhu pemrosesan dari material tersebut. Pada tabel 4.3 dapat dilihat suhu

pelunakkan vicat dari vPP dan rPP .

Tabel 8 Perbandingan suhu transisi gelas vPP dan rPP

Jenis PP Suhu Pelunakkan

vPP 156.0°C

rPP 157.1°C

Dari hasil pengujian didapati suhu pelunakkan vPP berkisar 157.1°C dan rPP berkisar

155.6°C. perubahan suhu pelunakkan menurun akibat penggunaan, seperti yang telah

dijelaskan sebelumnya. Penurunan ini dapat terjadi karena adanya degradasi daripada polimer

karena interaksi dengan udara maupun interaksi dengan sinar UV. perubahan suhu


pelunakkan yang terjadi tidak secara signifikan sehingga PP masih dapat diproses dengan

suhu yang relatif sama sehingga suhu proses untuk membentuk produk daripada rPP dan vPP

cenderung sama.

4.1.3 Struktur Molekul PP

0 1000 2000 3000 4000 500076

78

80

82

84

86

88

90

92

94

96

98

100

102

A (cm-‐1)

rP P vP P

Gambar 6 Grafik FTIR vPP dan rPP

Dari grafik yang dihasilkan oleh msin uji FTIR dapat terlihat beberapa puncak dari

gelombang yang didapat. Pada rPP maupun pada vPP hanya memberikan sedikit perbedaan

puncak dari gelombang-gelombang yang dihasilkan. perbedaan yang tidak jauh ini

mengindikasikan tidak ada perubahan komposisi selama penggunaan gelas air mineral. Hasil

daripada pengujian spektra dengan menggunakan FTIR menunjukkan rantai molekul yang

merupakan penyusun daripada rPP dan vPP. Hal ini menunjukkan bahwa tidak terjadi reaksi

kimia tertentu selama penggunaan gelas air mineral. Lingkungan dimana gelas air mineral

umum digunakan tidak menunjukkan sebuah senyawa yang dapat dengan reaktif berikatan

dengan PP. melalui grafik ini dapat disimpulkan bahwa rPP masih memiliki ikatan molekul

yang sama dengan vPP, walau panjang rantai molekul daripada rPP tidak dapat ditentukan

melalui FTIR.

Dari hasil data yang didapat melalui pengujian tarik, densitas, vicat softening

temperature, FTIR dan beberapa literatur lainnya. dapat disimpulkan bahwa PP mengalami

degradasi selama pemakaian. Degradasi ini terjadi akibat pemutusan panjang rantai molekul.

Hal ini berpengaruh terhadap kristalinitas daripada rPP yang mempengaruhi sifat mekanik

daripada rPP itu sendiri.


4.2 Pengaruh Penambahan Lignin

Pada penelitian ini aditif yang ditambahkan ke dalam PP adalah lignin dan CaCO3.

Penambahan aditif ini akan dilihat dari segi kekuatan mekanik, ikatan yang terbentuk dan

distribusi dan dispersi lignin.

4.2.1 Sifat Mekanik

Gambar 7 Grafik perbandingan modulus young dan kekuatan tarik maksimum rPP dengan penambahan

aditif

Pada gambar 7 dapat dilihat perbandingan UTS dan modulus young daripada rPP

tanpa penambahan lignin, rPP dengan penambahan lignin, rPP dengan penambahan CaCO3

dan rPP dengan penambahan CaCO3 dan lignin. Modulus young tertinggi dimiliki oleh rPP

dengan penambahan CaCO3 dengan nilai 116.15 MPa.

Penambahan lignin dan CaCO3 menyebabkan meningkatnya modulus young daripada

rPP. Hal ini sudah sesuai dengan penelitian yang pernah dilakukan mengenai penambahan

lignin. Penambahan lignin sebanyak dengan jumlah maksimal 5 phr dapat meningkatkan sifat

mekanik daripada rPP (14). Peningkatan modulus young rPP lebih baik dengan penambahan

CaCO3 jika dibandingkan dengan penambahan lignin sebagai filler. Hal ini disebabkan karena

CaCO3 yang memiliki sifat mekanik yang lebih baik jika dibandingkan lignin sendiri.

Pada grafik ini penambahan lignin menurunkan UTS dan modulus young ketika

ditambahkan ke dalam lignin + CaCO3. Penurunan ini dapat disebabkan ketidakcocokan

antara lignin dengan rPP atau dengan CaCO3 (19). Ketidakcocokan antara matriks dan

filler(lignin dan CaCO3) menurut literatur disebabkan karena sifat hidrofilik(mudah berikatan

dengan air) lignin dan hidrofobik(sulit berikatan dengan air) daripada CaCO3. Perpaduan

0 20 40 60 80 100 120 140

rpp rpp + Lignin 5 phr

rpp + CaCO3 5

phr

rpp + Lignin 5 phr +

CaCO3 5 phr

MPa

Modulus Young


antara kedua jenis sifat ini menyebabkan distribusi daripada kedua jenis filler ini menjadi

tidak homogen. Distribusi yang tidak homogen ini menyebabkan menurunnya sifat mekanik

daripada pencampuran lignin, CaCO3 dan rPP (19).

Gambar 8 Pengaruh penambahan lignin terhadap modulus young

Penambahan lignin sebanyak 5 meningkatkan modulus young menjadi 74.0 MPa. UTS

dan modulus young daripada rPP cenderung menurun seiring dengan penambahan lignin.

berdasarkan gambar 8 maka dapat diduga kemampubasahan lignin dan PP tidak terlalu baik.

hal ini dapat dilihat dari menurunnya kekuatan tarik dengan penambahan lignin (20). Untuk

dapat mengkonfirmasi hal ini diperlukan pengamatan dengan memperbesar permukaan

perpatahan dengan menggunakan SEM.

Menurut penelitian lain hal ini juga dapat disebabkan karena adanya perubahan

distribusi daripada lignin seiring dengan penambahan lignin sebagai aditif (20). Menurunnya

distribusi daripada lignin dapat menyebabkan menurunnya sifat mekanik daripada

pencampuran keduanya. Untuk dapat melihat dan memastikan persebaran daripada lignin

pada matriks perlu diamati lebih mendalam pada mikrostruktur daripada rPP.

0

20

40

60

80

0 5 10 15

Mod

ulus You

ng(M

Pa)

phr


Gambar 9 Pengaruh waktu mixing terhadap modulus young

Untuk mendapat distribusi dan dispersi yang baik maka dibutuhkan waktu mixing

yang tepat. Pada hasil pada gambar 9 terlihat penurunan daripada modulus young. Penurunan

ini dapat disebabkan dispersi dan distribusi yang menurun akibat waktu mixing. Waktu

mixing yang terlalu lama diduga memberikan waktu untuk lignin yang terdispersi pada PP

berinteraksi satu sama lainnya sehingga membentuk aglomerat. Aglomerat yang terlalu besar

ini menyebabkan penurunan daripada modulus Young pada rPP. penurunan dispersi dan

distribusi ini perlu dipastikan dalam mikrostruktur rPP. Lignin dapat berfungsi sebagai

antioksidan dan flame retardant (12).

Dari hasil variasi proses mixing dapat dilihat penurunan modulus young pada

campuran lignin dan PP. elongasi yang dapat dicapai oleh PP dan lignin semakin berkurang

dengan semakin lamanya proses pencampuran. Diduga terjadi degradasi akibat penggunaan

suhu tinggi dalam waktu yang lama. Degradasi ini menurunkan kekuatan tarik, kemampuan

elongasi dan modulus young daripada PP (20).

Gambar 10 perbandingan penambahan CaCO3 pada rPP +lignin 5 terhadap modulus young

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 20 60 90

Mod

ulus you

ng (M

Pa)

Menit

0 20 40 60 80

0 5 10

Mod

ulus You

ng

(Mpa

)

CaCO3 phr


Berdasarkan hasil uji tarik dapat terlihat pengaruh daripada penambahan CaCO3.

Penambahan CaCO3 menurunkan kekuatan tarik daripada rPP. Penambahasn CaCO3

sebanyak 5 phr dan 10 phr menurunkan modulus young daripada rPP . Penambahan CaCO3

tidak menghasilkan hasil yang baik dapat dikarenakan pencampuran yang tidak merata antara

PP dan CaCO3 dan lignin. Untuk dapat memastikan hasil daripada pencampuran maka

diperlukan pengamatan lebih lanjut ke dalam mikrostruktur (21).

Pada penambahan CaCO3 berlebih pada pencampuran rPP dan lignin meningkatkan

modulus Young. Peningkatan ini dapat disebabkan karena kemampuan lignin untuk

mempercepat rekristalisasi daripada CaCO3 (20). Dengan meningkatkan laju rekristalisasi

daripada CaCO3 maka diduga terbentuk aglomerat yang memiliki ukuran yang optimal

sehingga meningkatkan sifat mekanik. Untuk dapat memastikan hal ini masih diperlukan

pengamatan pada dispersi dan distribusi daripada lignin dan CaCO3.

4.2.2 Hasil Foto SEM

Dari hasil pengujian tarik terjadi penurunan kekuatan tarik maksimum dan modulus

young dengan penambahan lignin di atas 5 phr. Untuk dapat memahami penurunan yang

terjadi maka diamati kompatibilitas antara PP dengan lignin dan CaCO3. Berikut merupakan

gambar hasil uji SEM.

Gambar 11 Perbandingan morfologi rPP dengan lignin dan CaCO3(bawah) dan rPP dengan CaCO3(atas)

Dari gambar 11 CaCO3 terwakili dengan butiran-butiran putih yang tersebar pada

permukaan rPP. pada gambar 11 terlihat persebaran CaCO3 pada gambar atas tersebar lebih

merata dibandingkan dengan rPP dengan penambahan CaCO3 dan lignin. Jika dibandingkan

dengan sifat mekanik yang telah didapat pada penelitian maka hal ini telah sesuai. Sesuai

dengan penelitian yang juga mengenai sifat daripada kedua jenis aditif yang ditambahkan

PP PP


maka distribusi daripada kedua jenis aditif akan menurun jika dicampurkan secara bersamaan.

Pada morfologi rPP dengan penambahan CaCO3 dan lignin terbentuk porositas. Porositas

dapat disebabkan udara yang terjebak pada saat proses atau tekanan pada saat proses tidak

maksimal. Terbentuknya porositas ini dapat menyebabkan penurunan daripada sifat mekanik

daripada rPP karena terbentuknya stress concentration. Stress concentration terbentuk karena

beban yang diterima oleh rPP tersebar pada permukaan poros. Penambahan lignin tidak

menyebabkan terbentuknya agregat CaCO3 pada matriks rPP.

Gambar 12 Morfologi rPP dengan penambahan lignin 5phr(atas) dan 15 phr(bawah)

Pada gambar 12 diamati penambahan lignin terhadap morfologi daripada rPP . Pada

poin A ditunjukkan aglomerat yang terbentuk pada penambahan lignin 5 phr. Lignin

cenderung membentuk kelompok tersendiri pada penambahan lignin sebanyak 5 phr.

Pembentukan aglomerat ini dapat disebabkan ukuran lignin yang tidak disaring terlebih

dahulu sebelum dilakukan pencampuran. Pembentukan aglomerat dapat terjadi karena

kecocokan antara PP dan Lignin yang tidak terlalu baik (15).Permukaan pada gambar II

A B A

I II

III IV PP PP

PP PP


menunjukkan besar partikel dari lignin tidak homogen dan permukaan yang dihasilkan

cenderung kasar. Pada gambar III persebaran lignin menjadi lebih merata dengan penambahan

lignin 15 phr. Pada gambar IV terlihat aglomerat yang terbentuk pada penambahan lignin 15

phr.

Pada gambar I dan III distribusi terlihat lebih merata pada gambar III. Jika

dibandingkan dengan hasil data pengujian tarik yang telah dilakukan, didapatkan kemampuan

mekanik daripada gambar I lebih baik. padahal didapati distribusi daripada gambar III jauh

lebih baik. untuk dapat mengamati lebih baik maka diamati pada gambar II dan IV. Pada

Gambar II dan IV merupakan perbesaran sebesar 10000x. pada gambar I dan III. Terlihat

pada gambar II besar partikel daripada lignin jauh lebih kecil dibandingkan gambar IV yang

cenderung menggumpal. Untuk dapat melihat pengaruh daripada penambahan lignin maka

perlu diamati kemampubasahan antara lignin dan rPP.

Gambar 13 Mikrostruktur perpatahan rPP dengan penambahan lignin 5 phr

Pada gambar 13 terlihat adanya celah yang terbentuk antara rPP dengan lignin. Celah

ini terlihat sepanjang interaksi antara permukaan lignin dan rPP. hal ini sesuai dengan dugaan

dan hasil penelitian sebelumnya yang menunjukkan kurangnya kompatibilitas antara rPP dan

lignin. Kurangnya kompatibilitas ini dapat disebabkan karena perbedaan kepolaran antara rPP

dan lignin. rPP merupakan polimer yang bersifat non polar (3) dan lignin bersifat polar (15).

Perbedaan ini menyebabkan perbedaan tegangan antar muka yang besar. tegangan antar

muka ini menyebabkan lemahnya ikatan antara rPP dan lignin. Lemahnya ikatan ini

menyebabkan celah ketika diberikan pembebanan yang berlebih.

5. Kesimpulan

Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa:

Lignin

Lignin PP PP


1. Polipropilene sebagai gelas air mineral mengalami degradasi sesudah penggunaan.

Degradasi yang terjadi berupa pemutusan rantai molekul.

2. Penambahan lignin mempengaruhi sifat mekanik daripada rPP. Penambahan lignin yang

optimal pada rPP adalah 5 phr karena modulus young secara signifikan.

3. Penambahan aditif yang paling optimal untuk rPP adalah penambahan CaCO3 sebanyak 5

phr jika dibandingkan dengan penambahan lignin sebagai filler.

6. Saran

1. Untuk dapat memastikan kualitas hasil dari produk maka diperlukan studi lebih lanjut

mengenai sifat rheologi daripada campuran PP dan lignin.

2. Penggunaan Lignin sebagai aditif dapat disaring terlebih dahulu untuk mendapatkan

ukuran partikel yang homogen.

3. Dibutuhkan penelitian lebih lanjut pada mikrostruktur lignin dengan variasi waktu untuk

mengivestigasi pembentukan karbon oleh lignin dan dispersi dan distribusi daripada

lignin.

4. Dibutuhkan perlakuan khusus pada lignin untuk meningkatkan kemampubasahan

daripada lignin. Meningkatnya kemampubasahan dapat meningkatkan kemampuan

mekanik daripada pencampuran rPP dan lignin

7. Referensi

1. Pengaruh Proses Injeksi Terhadap Kwalitas Plastik. Agustinus, Ir. Sumadi. Jakarta :

Pusat Pengendalian Mutu Petrokima, PERTAMINA, 1988. hal 3,4,5,6,7

2. Hidup, Kementerian Lingkungan. Data Bank Sampah Indonesia 2012. Malang :

Kementerian Lingkungan Hidup, Indonesia, 2012.hal 35, 36,37, 38

3. Studi Kelayakan Pembangunan Pabrik Air Minum Dalam Kemasan Gelas Oleh Ud.

Jaya, 2006. Kusumastuti, Makarina. Surakarta : s.n., 2006. hal 7, 45, 48 49

4. Wiley, John. encyclopedia of Polymers. s.l. : John wiley and Sons Inc. hal 23

5. Polypropylene Processing Guide. s.l. : Ineos. hal 5-18

6. Marinov, Valey. Shaping Process for Polymers. Manufacturing Technology. 2004.

7. http://www.prlog.org/11708649-5-stages-of-the-plastic-recycling-process.html. PRLOG.

[Online] CKPolymers, 27 October 2011.


8. Liquid fuels, hydrogen and chemicals of Lignin: A critical Review. Pooya azadi, Oliver

R. Inderwildi, Ramin Farnood, David A. King. Toronto : Elsevier, 2013.hal 509, 521.

9. Lignin as a base material for material application: Chemistry, application and

economics. Stewart, Derek. UK : Elsevier, 2008. hal 204, 205.

10. Degradation Study of PP and BOPP in the environment. Longo, carina. Caxias do sul :

University of Caxias do sul, 2011. www.scielo.br. 7 Juli 2014.

11. Effect of Hydrophillic and Hydrophobic Polymers and Fillers on Controlled Release

Matrix Tablets of Acylovir. P., Ashok Kumar. Pelagia : Pelagia Research Lbrary, 2013.

hal 143, 149.

12. Morphology and Mechanical Properties of PP-Wood Flour Composites. Debrova, D.

Sofia : NCSU/Bioresources, 2006. hal 211-217

13. Influence of Ozonized Kraft Lignin on The Crystallization of CaCO3. Severtson, Steven

J. Minnesota : IdeaLibrary, 2004. hal 426, 428, 430.

14. Council, 14th AFPI. Indonesia Petrochemical and Plastic Industry Update. Bangkok :

s.n., 2011. hal 35.

15. Independent Market Report on the Global and Indonesian Petrochemical Industry. s.l. :

Chandra Asri, 2011. hal 42, 43.

16. Knowledge Sharing on Indonesia Petrochemical Outlook. s.l. : ptt Global Chemical,

2013. hal 14.

17. Wong, Dr. Chee. A Study of Plastic Recycling Supply Chain. s.l. : University of Hull

Business School and Logistics Institute, 2010. hal 20, 24.


christian hidayat-skripsi-fakultas teknik-naskah ringkas-2014

Documents