Peningkatan Mutu Material Daur Ulang Plastik dengan Penambahan Additive (Lies A. Wisodjodharmo)

PENINGKATAN MUTU MATERIAL DAUR ULANG PLASTIKDENGAN PENAMBAHAN ADITIF

LiesA. WisojodharmoPusat Pengkajian & Penerapan Teknologi Material (P3TM) - BPPT

Jl. MH Thamrin 8, Jakarta 10340

ABSTRAK

PENINGKATAN MUTU MATERIALDAUR ULANG PLASTIK DENGAN PENAMBAHAN ADlTlF.

Pemakaian material plastik semakin meningkat, sehingga limbahnya yang menumpuk menjadi masalah lingkungan,karena material tersebut tidak dapat dihancurkan oleh cuaca dan mikroba yang hidup dalam tanah. Daur ulanglimbah plastik merupakan salah satu alternatifuntuk menyelesaikan masalah lingkungan tersebut. Material hasildaur ulang biasanya digunakan untuk aplikasi bernilai rendah, karena mengalami penurunan sifat fisik dan mekanik.Hal tersebut karena material plastik mengalami degradasi akibat proses pemanasan waktu pengolahan menjadiprod uk plastik, dan selama pemakaian produk di luar ruangan. Untuk pemakaian aplikasi bernilai tinggi, materialdaur ulang perlu ditambahkan aditif yaitu stabilizer yang biasanya merupakan kombinasi sterically hinderedphenols dan phosphite.

Kata kunci : Degradasi, stabiliser, antioksidan

ABSTRACT

THE INCREASED MATERIAL OF PLASTIC RECYCLING WITH ADDITIVES. The application ofplastic materials has increased, and made the plastic waste piled up causing the environmental problems, as thismaterial can not be eradicated by weather and microorganism that live in the soil. Recycling of plastic waste is oneof the alternative for solving the environmental problems. The recycling material is usually used for low-valueapplication, because the physical and mechanical properties is reduced due to degradation caused the meltingand plastic have processing, because of having exposed. By for high-value application the plastic recyclingwill need to have additives called stabilizer, which is usually a combination of sterically hindered phenolsand phosphite. ~

Key words: Degradation, stabilizer, antioxidant

PENDAHULUAN

Material plastik yang umumnya terbuat dari

minyak dan gas bumi, biasanya tidak ramahlingkungan, artinya material tersebut tidak mudah

hancur oleh cuaca (hujan dan sinar matahari)

maupun oleh mikroba yang hidup dalam tanah.Sehingga limbahnya yang menumpuk akan menjadi

masalah lingkungan. Namun material plastik yangjenisnya terrnoplastik dapat dilelehkan clan diolah

kembali menjadi produk plastik lainnya. Materialbasil daur ulang plastik umumnya akan mengalami

penurunan sifat fisik dan mekanik, sebagai akibatproses pemanasan pada waktu pengolahan

menjadi barangjadi (produk) ..

Material daur ulang plastik biasa digunakan

untuk aplikasi bernilai rendah, walaupun demikian

saat ini sifat mekanik dari material dapat diperbaikiclan diatur sesuai dengan target yang dikehendaki

untuk pembuatan suatu aplikasi seperti komponenelektronik, otomotif, bangunan dan barang

consumer lainnya. Sebagai gambaran di EropaBarat sudah banyak limbah plastik yang di daur

ulang secara mekanik, rnisalnya jenis LD PE atauLLDPE mencapai 50 %, PP 17,3 % dan HDPE

sebesar 15 %, serta j enis-jenis lainnya relatif kecil(lihatGambar 1).

Dalam mengolah daur ulang plastik

diperlukan bahan aditif(tambahan) yang meliputi

stabilizer (zar penstabil), pigment (wama),lubricant (pelumas), impact modifier (modifikasi

impak), yang akan menjamin sifat mekanik dan

223

Prosiding Simposium Nasional Polimer V

Total mechanical recycling: 1"222"000 tons

MS2'W. M•••• ~ '"HnPf'

Gambar 1. Daur Ulang Mekanik dari LimbahPlastik di Eropa Barat

penampilan komponen plastik selama berada diluar ruangan. Konsep pada tulisan ini adalahpengembangan fonnulasi dan teknik daur ulanglimbahplastikuntukdapatdigunakanpada aplikasibemilai tinggi.

Material daur ulang dapat dipergunakansebagai substitusi resin asal (virgin), misalnyamereka dapat diproses kembali dan mempunyaifungsi yang sarna seperti material virgin. Strukturheterogen dan kotoran yang tersisa sepertiwarna yang berbeda, filler, flame retardantmungkin masih ada walaupun sudah dipilah dan

ISSN 1410-8710

di daur ulang, dan ini perlu diketahui untukpengolahan daur ulang. Pengaruh perbedaan aditifpada daur ulang meY.anik(mechanical recycling)dapat disimpulkan pada tabel dibawah ini(lihat Tabell).

Plastik selama proses pengolahandan pemakaian aplikasi akan men gal amidegradasi oksidasi. Berat molekul (molecularweight) dan distribusi berat molekul (molecularweight distribution) polimer asal akanmengalami perubahan akibat pemutusanrantai molekul atau reaksi penggabungan(cross-linking). Akibat hal terse but akan adaperubahan sifat mekanik yang tidak teratur,misalnya dari yang asalnya liat (ductile)menjadi rapuh (brittle), terutama adanyaperubahan krislal polimer. Untuk polimerseperti poliester dan poliamida yangsensitif terhadap hidrolisis, berat molekulrata-rata akan berkurang selama masapemakaian.

Penampilan dari barahg terse but akanberubah, misalnya adanya pecah-pecah dipennukaan dan perubahan wama. Walaupun

Tabell. Pengaruh perbedaan Additive pad a Daur Ulang Mekanik (Mechanical Recycling).

224

Jenis Additive

Antioxidant,Hydroperoxidedecomposer,

rocessing stabilizerHeat Stabilizer utkpve

Light Stabilizer

Flame Retardant

(penghambat nyalaapi)Filler (Pengisi) danReinforcement

(penguatPlastikizer (zatpembuat plastis)

Pengaruh Additive pd Daur Ulang Mekanik

Penambahan antioxidant tergantung pad a produk aplikasi yang akan dibuat,misalnya kondisi operasinya, umur pemakaian bila dipakai diluar ruangan. Bilamemungkinkan ditentukan sisa stabilizer yang tersisa untuk jangka tertentu.

Biasanya heat stabilizer dicadangkan masih terdapat dalam produk yang akan didaur ulang. pve umumnya tidak memerlukan penambahan bahan additive.Walaupun demikian campuran material yang di daur ulang terdiri dari berbagaiklas Stabiiizer, akan menyebabkan masalah, misalnya perubahan wama dengan

adanya pencampuran stabilizer tipe timah (lead) dan tipe seng (tinTergantung pada aplikasi yang akan dibuat, dan umur pemakaian prod uk.Penambahan light stabilizer diperlukan untuk melawan efek asam mineral yangterdapat pad a material yg akan di daur ulangSehubungan dengan meluasnya pemakaian flame retardant, daur ulang mekaniktidak mungkin dilakukan, sejak standar pemakaian ditentukan

erubahan wama

Peningkatan Mutu Material Daur Ulang Plastik dengan Penambahan Additive (Lies A. Wisodjodharmo)

Waktu

Gambar 2. Pelapukan polimer dalam kaitannyadengan perubahan sifat-sifatnya

ulang,perlu dilakukanprosespenstabilan kembali,yaitu suatu tahap stabilizer perlu ditambahkan .Analisis untuk mengetahui tipe clankandunganstabilizer yang tersisa akan memudahkan tugaspenstabilan kembali.

demikian, yang paling memberikan efek dancukup penting adalah adanya gugus fungsi daripolimer tersebut dimana akan meningkatkandegradasi oksidasi, misalnya asam (acid), ester,peracid, perester, hidrcperoksid clanketon grup.Proses daur ulang yang tepat apabilamemperhitungkan kehancuran akibat oksidasiselama pemakaian. Untuk menyediakan prosesyang tepat dan kestabilan material daur ulangtermasuk menonaktifkan molekul dengan sifatpro-degrading, terutama peroksida danhidroperoksid. Kombinasi stabilizer danco-stabilizer tertentu akan membuat prosesstabil dan menjaga umur material daur ulangselama digunakanmenjadi suatu aplikasi(produk).

Perubahan

sifa!

I Degradasi Ic> Kegagal>ra Mekarikc> p~ berat moIeklic> Distribusi berat moIeklic> Pembentukan K.art>oniIc> Pembentoo.n ROOH c:epatc> Peny8f1lP'"1 0, c:epat

TEOR!

Pengolahan Kembali (Reprocessing)

Proses pembuatan menjadi komponenplastik akan mengalami beberapa tingkatpelelehan. Karena shear rate yang tinggi,terutama di daerah molekul polimeryang berbentuk jaring, pemotongan rantaiC-C akan menyebabkan penurunan beratmolekul. Degradasi yang disebabkan olehshear rate disebut thermo-mechanical

degradation. Selanjutnya karena ada gruphidroperoksid dalam polimer akan menyebabkandekomposisi pada saat temperatur proses,juga disertai pemotongan rantai C-C danakan menyebabkan penurunan beratmolekul. Perubahan dalam berat moleku\

akan mempengaruhi sifat mekanik daripolimer. Sehingga untuk menjaga beratmolekul clandistribusi herat no\ekul (MolecularWeight Distribution = MWD) selamapengolahan, maka diperlukan tambahanstabilizer. Selama proses pelelehan polimervirgin diperlukan sebagian stabilizer, selanjutnyasejumlah stabilizer harus dapat menjagabarang terse but selama pemakaian. Setelahstabilizer dikonsur:nsi, maka selanjutnyadegradasi baru dimulai. Jangka waktudimana stabilizer menjaga polimer agar tidakterdegradasi disebut dengan masa induksi, terlihatpada Gambar 2. Demikian pada proses daur

Pengolahan Kembali Polipropilen (PP)

Meskipun dengan PP virgin, padasaat proses pelelehan dimungkinkan bilaada processing stabilizer atau campuranberbagai processing stabilizer yang berbedanamun sinergis. Stabilizer yang baikuntuk digunakan pada poliolefin (PP dan PE),polistirena (PS) dan lain-lain polimer(kecuali PYC) adalah penggunaan kombinasi

sterical!J- hinde:-ed p,henols dar(ph?sphitfatau pnosphomte. Pada gambaNi-bawah• .J

ini (li~ .Qambar"']) terlihat efek PP yangdistabilkan oleh kombinasi irganox 10 I 0dan Irgafos 168. Stabilizer sebagian diperlukanpada saat proses pelelehan, selanjutnyakonversi phosphite bereaksi denganhidroperoksida, peroksida dan radikal alkoksimenjadiphosphate. Jadi setelah proses polimervirgin menjadi suatu produk plastik, konsentrasistabilizer akan berkurang, dan selanjutnyajugaakan berkurang selama pemakaian produk plastikdi luar ruangan, yang kena panas dan sinarmatahari. Sehingga penggantian stabilizer danrintangan phenol menjadi dasar clanmenentukanbahwa pada proses daur ulang perlu distabilkankembali.

Penambahan irganox 1010 yang semakinmeningkat Gumlahnya semakin besar), akanmenurunkanMFR (Melt Flow Rate). Demikianpula penambahan kombinasi irganox 1010 danirgafos 168 yang semaikin besar, akan

225

Prosiding Simposium Nasional Polimer V /SSN 1410-8720

•.•• ~#IO 4Q.01'Wo"•.••"/ID.••M••N." •• -.o •• cu ••••

Gambar 3. Pengaru'h penambahan stabilizerpada PP Homopolimerterhadap MFR

t.m"NJ .•••••••"•.CIIy,AO.•• .on~"

•.•••• N:>·.ot ••••

t,Ol ".frO.,as """••••• AD •• .oe •• "••• ,..o.'CIIIiI~PS

­__ "'lIDU'IIID•.••'ID

6J •

Jumlah ekslrusi

o Ic ••••••.••••, t.- .......•.....1_",••.•. bO'IU.U.·Pt.I.1U

Gambar 5. Proses stabilisasi PP cacahan darikotak aki

".Ii••(0, fDII •••• _. 2«5

'Ilof'•••••••(It.ocydd. ,_ .-.bliz•.o

D;lfi ",-8Zi5

beberapa perlakuan pengola.1wlPP yang berasaldari kotak aki .

Penambahan paket stabilizer sepertiirganox B 215 (campuran sinergis denganhindered phenol dan phosphite), irganox 1010,dan irgafos 168 (suatu phosphite), akanmemperbaiki proses stabilisasi. Walaupundemikian, sistem telah dikembangkan untukdigunakan pada daur ulang yaitu Recyc/ostab,sangat baik untuk menjaga berat molekul. SistemRecyc/ostab berdasar pada hindered phenol,peningkatan MFR karena beberapa kali ekstrusidapat dikurangi.

Gambar 6 diatas menunjukkan kestabilanjangka panjang termal daur ulang PPdengan stabilizer yang berbeda. Penambahanirganox B 215 (campuran hindered phenols danphosphite) sebanyak dua kali pada material yangdi daur ulang sudahhampir menyamaipenambahan terhadap material virgin. Sedangkanpenambahan Recyclostab (suatu phenolberkemampuan tiQ.ggidan co-stabilizer) temyatamenghasilkan material yang lebih lama stabilitastermalnya.

10 20 30 40 50 60 70 80

O_O'I~N>-.Dt""PSO.'JIoN;).'.oe,,"'.t:)"#IO."'J~"

08"'"0.1 ,"PS011 ••••

menurunkan MFR, bahkan sampai proses ekstrusi5 (lima) kali, MFRjuga semakin turun.

Efek penambahan 0,05 % berat phosphite,irgafos 168, selama berbagai tingkat degradasi(induksi oleh beberapa kali ekstrusi) dapat dilihatpada gambar dibawah (lihat Gambar 4). Semuasampel awalnya mengandung 0,05 % beratsterically hindered phenol, irganox 1010,sementara penambahan phosphite akanbergabung setelah proses ekstrusi. Kurva atasmenggambarkan PP dengan hinderedphenol saja.Thrlihat lambat, tapi stabil meningkat melt flowrate (MFR) nya. Material yang awalnya hanyamengandung hindered phenol; namun setelahmelalui ekstrusi akan hilang kandungan hindered,dan distabilkan kembali (re-stabilization) denganpenambahan 0,05 % berat phosphite dandiproses kembali. Semua polimer telah dilakukanlima kali ekstrusi. Dari data terlihat bahwa

penambahan phosphite menjaga PP selamapengolahan.

PP dari kotak baterai (aki) biasanyadiambildan digunakan kembali. Pada tahun 1994, diAmerika 100.000 ton, dan di Eropa Ba..-atsekitar43.000 ton di daur ulang. Gambar 5,menunjukkan

M:•••••••,.••":..•.. ,.

J'

Z 3 4 ,Jumlah Ekltrul' pd 260· C

•••• ,.."'C"u.'O••• ,.......-...:•• ':Iorq.. Ie.

G.'lmbar 4. Pengaruh penambahan Phosphite

pada proses stabilisasi PP Homopolimer

• 0 2D 41 ~D 110 tDO aDf>d:a.asKn: T'win te,...", 260 C. tOOrpm Waklu Pet.p" ••.•n pd 1350 C"st sJrTpl.s : 2.mn njecu(I"I rrotded p~s

Gambar 6. Stabilitas Termal Jangka Panjang PPDaur Ulang dari Kotak Aki

Bumper mobil merupakan pilihan baikuntuk di daur ulang, karena cukup besar danberat, serta sangat mudah untuk diidentifikasi,biasanya terbuat dari campuran PP/EPDM.

226

Peningkatan Mutu Material Daur Ulang Plastik dengan Penambahan Additive (Lies A. Wisoa)f;dh"~mo)

penstabilan HDPE. Walaupun, bisajuga dipakai

Wltuk poliolefin 1ainnyaseperti WPE atauPP. Halini bisa mempengaruhi proses pengolahan dan sifat

(penampilan) material hasil daur ulang HDPEdirnasa mendatang.

o 1000 2000 3000 4000 LlFR (2JO"CI10 tolMPet.pukan buatan (Jam)

Gambar 7. Proses Pelapukan Buatan MaterialOaur Ulang Campuran PP/EPOM

Pada Gambar 7 terlihat bahwa material daur ulang

yang tanpa penstabilan kembali, mengalami

pelapukan setelah 2000 jam dengan menggunakanalat pelapukan buatan. Sementara dengan

penstabilan kembali menggunakan kombinasihindered phenol/phosphite, irgafos B 561,

temyata menghasilkan material yang tingkat gloss(mengkilat) 50 % setelah 4000 jam.

Pengolahan Kembali Polietilen (PE)

Daur ulang HDPE sangat tergantung dari

kualitas asallimbah plastiknya (Post-ConsumerPlastic = PCR), dan nilai produk yang di target.

PCR mempunyai kualitas baik dan dapat diaplikasi

prod uk bernilai tinggi seperti untuk pipa(non-pressurized), kabel, krat, botol, drum dan

palet. Perlakuan pengolahan berbagai grade dan

tipe tergantung pada tipe katalis yang digunakanwaktu memproduksi resin. Untuk memperbaiki

proses stabilisasi maka harus dilakukan denganproses penstabilan kembali limbah HDPE, yang

biasanya cenderung mengurangi berat molekul

selama pengolahan (untuk katalis tipe Ziegler),atau penggabunga.l rantai dan pembuatanjaring

(untuk katalis tipe Philips).Efek penstabilan akan terlihat pada

Gambar 8, untuk resin pakai katalis Philips.Tanpa penstabilan kembali pembuatan jaringautomatik akan mengurangi A-fFR. Dengan

penambahan 0,2 %berat Recyclostab 4 J J MFRakan menjadi konstan, setelah mengalarni ekstrusilima kali pada suhu 250°C. Penggunaan sistemstabilizer yang spesifik akan menghasilkan

prod~ dengan kemampuan yang baik, biladibanding penggunaan sistem konvensional seperti

irganox B 225. Jadi, berbagai aplikasi , rnisalnya

pipa yang tidak bertekanan, botol dan krat, dapat

diperoleh dengan menggunakan proses

0.20%R~<411

0.20'" "'1!ZZ5

OJ

012345 G_ ••••••••0I*t<. allm •••• '011 Jumlah Ekstrusi"'''_11_£Ja-.T ••s.-.Zl7'C.UD\Ifl

Gambar 8. Proses stabilisasi HOPE (untuk katalistipe Philips, dengan atau tanpa penstabilankembali)

Pendaur ulangan dari krat botol merupakan

suatu contoh penerapan daur ulang dari limbahplastik yang sejenis, disebut close loop.Gambar 9 menunjukkan hasil pelapukan buatanuntuk material virgin, material daur ulang tanpa

tambahan stabilizer, serta material daur ulang

yang diberi tambahan stabilizer yang berbeda.Dengan tambahan stabilizer yang mengandung

hindered amine, temyata setelah mengalami

pelapukan buatan selama 8000 jam atau identikdengan masa pemakaian 5 (lima) tahun,

menghasilkan material yang sifat mekaniknya(cracking dan impact strength) yang relatif sarna

dengan material virginPada gambar dibawah (lihat Gambar 10)

terlihat bahwa penambahan stabilizerrecyclossorb (suatu campuran phenolberkemampuan tinggi dan co-stabilizer) dapat

,aoaa'00

aaoa

aa

aaoo

aa

oaQQ

oa

raoa

ra

Virgin Daur ubng a.os n"...., ••• 0.10 1"."~ 0.10'" , •••....,l1li 770770 , 10 .•. a.on••J •.q.-.o. 1010

W6M:IIM~ : WO M _ a.a" •• I' •••• ~ 1••'tac 540•••• : Cd -'1ellori..q.e~edJ~t:aIoISta.II:r6CD": 0.10" "QMOX 1QJ,0 .•.0.10" &Jy·.MO •.•• '

Gambar 9. Proses pelapukan buatan daur ulangkrat botol HDPE

227

Pros;d;ng S--onpJs;um Nas;onal Polimer V

meningkatkan kuat tarik (tensile strength)dibandingkan dengan material yang tanpa

penstabilan. Bahkan dengan menambahkonsentrasi stabilizer menjadi dua kali dapat

menjaga kuat tariknya setelah proses pelapukanbuatan selama 6.000 jam.

100

90

80 ~---'Kuat tarik

(Tensile 70Strength, %)

60 j j - without restabilization.•. 0.20 % RecycIvssorb 550

50 "0.40 % Recvdoswrb 550

40

o 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Pelapukan buat,Ul (jam)

Gambar 10. Proses pelapukan buatan dari daurulang botol krat.

KESIMPULAN

Pemakaian material plastik yg meningkat

menyebabkan limbah yg menumpuk,akibatnya menjadi masaiah lingkungan, karenamaterial ini tidak bisa dihancurkan oleh cuacadan mikroba dalam tanah.

Limbah plastik jenis termoplastik dapat diolahkembali disebut daur ulang mekanik.

Biasanya material hasil daur ulang digunakan

aplikasi bernilai rendah, sehingga untuk

aplikasi yang bemilai tinggi perlu diperbaikisifat fisik dan mekaniknya, yaitu dengan

penambahan stabilizer.- Stabilizer biasanya merupakan kombinasi

hindered phenol dan phosphite. Stabilizermemberikan efek meningkatkan MFR yang

turun karena berkurang stabilizer sebagai

akibat proses pengolahan menjadi produk dan

pemakaian produk diluar mangan, serta dapatmeningkatkan sifat mekanik (ldJat tarik).

DAFTAR PUSTAKA

[1]. H. HERBSTa>, K. HOFFMANa), R.PFNENDNERa), and H. ZWElFEU),

Upgrading of Recyclates- The Solution for

High Value Application; Restabilization andRepair, a) Ciba Specialty Chemicals Gmbh,

228

ISSN 1410-8720

Additive divison, D-68619 Lamptheim,Germany, b) Ciba Specialty Chemicals Inc,Additive Division, CH-4002 Basel,Switzerland.

[2]. WOFGANG DIEGRITZ, Additive forBottle Crate a::d Pallet Recycling, Ciba

Specialty Chemicals Inc.

[3]. ISMARINY, Pengaruh Zat TambahanTerhadap Kualitas Resin Plastik Daur Ulang,Seminar Nasional Kimia VII, Surabaya,

(2005)

[4]. DRAKE, W.O., FRANZ, T, HOFMA1"!,P, and SITEK, F, The Role of ProcessingStabilizer in Recycling of polyolefins,Presentation, Davos Recycle '91, Davos,

( 1991 )