PEMANFAATAN SELULOSA DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENGISI KOMPOSIT POLIETILENA DENSITAS RENDAH (LDPE) TESIS. oleh

Transkripsi

1 PEMANFAATAN SELULOSA DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENGISI KOMPOSIT POLIETILENA DENSITAS RENDAH (LDPE) TESIS oleh NALOM DAHLAN MARPAUNG /TK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

2 PEMANFAATAN SELULOSA DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENGISI KOMPOSIT POLIETILENA DENSITAS RENDAH (LDPE) TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi Magister Teknik Kimia Pada Sekolah Pascasarjana oleh NALOM DAHLAN MARPAUNG /TK FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

3 Judul Tesis : PEMANFAATAN SELULOSA DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENGISI POLIETILENA DENSITAS RENDAH (LDPE) Nama : Nalom Dahlan Marpaung Nomor Pokok : Program Studi : Magister Teknik Kimia Menyetujui Komisi Pembimbing ( Dr. Halimatuddahliana, ST, MSc ) ( Dr. Maulida, ST, MSc.) Ketua Anggota Ketua Program Studi Dekan, ( Dr.Ir. Taslim, MSi ) ( Prof. Dr. Ir. Bustami Syam, MSME ) Tanggal lulus : 24 Juni 2011

4 Telah Diuji pada Tanggal : 24 Juni 2011 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua Anggota : Dr.Halimatuddahliana, ST, MSc. : 1. Dr. Maulida, ST, MSc. 2. Prof. Dr. Harry Agusnar, MSc. 3. Dr.Ir. Hamidah Harahap, MSc. 4. Dr. Ir. Iriany, M.Si.

5 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi selulosa yang telah dimodifikasi dengan asam asetat, sebagai bahan pengisi di dalam komposit polietilena densitas rendah (LDPE). Komposit LDPE/selulosa, dibuat dengan mencampur bahan pengisi selulosa yang telah dimodifikasi dan LDPE dengan variasi LDPE : selulosa yaitu : 95/5, 90/10, 85/15, 80/20. Pencampuran dilakukan dengan menggunakan alat ekstruder dengan variasi temperatur pencampuran C, C dan C. Campuran dari hasil ekstruder dicetak dengan hot press pada temperatur C dengan tekanan kg/m 2. Analisis spektrum FTIR untuk komposit LDPE/selulosa yang telah dimodifikasi dengan asam asetat menunjukkan adanya interaksi atau reaksi antara bahan pengisi selulosa dengan bahan penggandeng asam asetat. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa, pada kandungan bahan pengisi 5% terjadi peningkatan kekuatan tarik. Sifat modulus Young semakin tinggi dengan semakin bertambahnya bahan pengisi sampai 20%, sedangkan sifat pemanjangan pada saat putus mengalami penurunan dengan semakin bertambahnya bahan pengisi. Analisis terhadap sifat kekuatan lentur menunjukkan bahwa, semakin besar kandungan bahan pengisi sampai 20%, sifat kekuatan lentur komposit semakin menurun sedangkan terhadap kekuatan bentur komposit, peningkatan hanya terjadi pada kandungan bahan pengisi 5%. Berdasarkan hasil uji mekanik dan uji reologi, didapat bahwa temperatur pencampuran yang paling optimal antara matriks LDPE dengan bahan pengisi selulosa di dalam ektruder adalah pada temperatur C, sedangkan sifat aliran dan deformasi komposit yang paling baik adalah pada kandungan bahan pengisi 5% dengan beban piston Melt Flow Indexer pada shear stress N/m 2. Kata kunci : komposit, selulosa, polietilena densitas rendah, bahan penggandeng, reologi i

6 ABSTRACT This experiment intends at knowing the potency of cellulose which has been modified by using acetate acid as a filler in the Low Density Polyethylene composite (LDPE). LDPE/cellulose composite is made by mixing cellulose as filler that has been modified and LDPE with varians LDPE:cellulose, viz. 95/5,90/10, 85/15, 80/20. Mixing process is accomplished by using an extruder device with mixing temperature variants viz C, C and C. The mixture as a result of extruder is moulded with hot press at the temperature of C with a pressure of kg/m 2. An spectrum analysis FTIR for the composite LDPE/cellulose which has been modified with acetate acid, indicates that there is an interaction or reaction between filler cellulose and coupling agent acetate acid. The result of testing mechanical properties shows that in the contents of 5% filler, the increase of tensile properties has occurred. Modulus Young properties is becoming higher in relation to the increasing filler up to 20%, while the elongation at break properties when it cuts off undergoes a decrease in line with the increasing filler. An analysis on the flexural strength properties shows that the bigger the content of the filler up to 20%, the flexural strength properties of the composite decreases lower, while to the composite impact strength, the increase only occurs in the contents of filler 5%. Based on the mechanical and rheological test, it is found out that the most optimum temperature of mixing process between LDPE matrix and cellulose as filler in the extruder points at the temperature C while the flowing characteristic and the best composite deformation lie at the content of the 5% filler with a burden of piston Melt Flow Indexer on the shear stress of 90479,08 N/m 2. Key words : composite, cellulose, low Density Polyethylene, coupling agent, rheology.

7 KATA PENGANTAR Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan perlindungan Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tesis yang berjudul Pemanfaatan Selulosa Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit Sebagai Bahan Pengisi Komposit Polietilena Densitas Rendah (LDPE) sebagai salah satu syarat untuk dapat menyelesaikan studi Program Magister Teknik Kimia. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu penulis dalam penyelesaian Tesis ini terutama Ibu Dr. Halimatuddahliana, ST, MSc dan Ibu Dr. Maulida, ST, MSc selaku Dosen Pembimbing, atas bimbingan, arahan dan perhatian sejak dalam pelaksanaan penelitian sampai pada penyusunan dan penulisan tesis ini. Bapak Dr.Ir. Taslim, MSi dan Ibu Dr. Ir. Rosdanelli Hasibuan, MT selaku Ketua dan Sekretaris Program Studi Teknik Kimia Sekolah Pasca Sarjana USU Medan. Bapak Prof.Dr.Ir.Bustami Syam, MSME, sebagai Dekan Fakultas Teknik. Staff Pengajar pada Program Studi Teknik Kimia Sekolah Pasca Sarjana USU Medan serta rekanrekan Mahasiswa PPS USU Program Studi Teknik Kimia angkatan Penulis juga tidak lupa mengucapkan terimakasih kepada kedua orang tua penulis, Marudin Marpaung dan Hotmalina br. Samosir, istri tercinta Linda R. Silitonga, SE dan anakanakku tersayang Christian dan Jeremy, atas dukungan, dorongan dan perhatian mereka selama ini. Penulis menyadari bahwa Tesis ini masih jauh dari sempurna, sehingga sangat diharapkan kritik dan saran untuk penyempurnaannya. Medan, 24 Juni 2011 ii

8 Nalom D. Marpaung RIWAYAT HIDUP Nama : Nalom Dahlan Marpaung Tempat/Tanggal Lahir : Gurgur Balige, 23 September 1964 Agama : Kristen Protestan Alamat : Jl. Pelita IV Gg.Pribadi No.6 Kp.Durian Medan Telp Pendidikan 1. SD Negeri 1 Tampahan Balige, tamat tahun SMP Negeri 2 Balige, tamat tahun SMA Negeri 1 Balige, tamat tahun Pendidikan Kimia FPMIPA IKIP Medan, lulus tahun Fakultas Teknik Kimia STTI Sutan Oloan Medan, lulus tahun 1997 Pekerjaan 1. Staff Pengajar Kimia pada SMA Taman Siswa Binjai, Asisten Laboratorium PKS PT.Hutahaean Pekan Baru Riau, Staff Peneliti GRC PT.Torganda Medan, Wakil Kepala Sekolah SMA Harapan Mandiri Medan, Staff Pengajar Kimia SMK Telkom Medan, 2009-sampai sekarang. iii

9 DAFTAR ISI hal ABSTRAK..... i ABSTRACT..... ii KATA PENGANTAR..... iii RIWAYAT HIDUP..... iv DAFTAR ISI..... v DAFTAR TABEL..... viii DAFTAR GAMBAR..... ix DAFTAR LAMPIRAN..... xi BAB I. PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang I.2. Rumusan Masalah.. 5 I.3. Tujuan Penelitian I.4. Manfaat Penelitian.. 5 I.5. Ruang Lingkup.. 6 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 7 II.1. Komposit II.1.1. Fasa Matriks Komposit II.1.2. Fasa Penguat Dalam Komposit II.1.3. Antara Muka Pengisi-Matriks iv

10 II.2. Polimer II.2.1. Polietilena II.3. Tandan Kosong Kelapa Sawit II.4. Selulosa II.5. Modifikasi Kimia II.6. Reologi II.7. Sifat-Sifat Mekanik II.7.1. Kekuatan Tarik (Tensile Strength) II.7.2. Kekuatan Lentur (Flexural Strength) II.7.3. Kekuatan Impak (Impact Strength) II.8. Faurier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) BAB III. METODA PENELITIAN III.1. Tempat Dan Waktu III.2. Bahan Yang Digunakan III.3. Peralatan III.4. Prosedur Kerja III.4.1.Pembuatan Selulosa III.4.2. Modifikasi Bahan Pengisi III.4.3. Pembuatan Komposit III.4.4. Pengujian Komposit... III Uji Tarik (Tensile Test)... III Uji Lentur (Flexurel Test). III Uji Bentur (Impact Test) III Analisa Spektra Campuran dengan Faurier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)... III Reologi III.4.5. Flowchart Pembuatan dan Pengujian Komposit BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1. Analisis Spektroskopi Infra Merah (FTIR) v

11 IV.2. Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Kekuatan Tarik Komposit LDPE IV.3. Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Sifat Pemanjangan pada saat Putus Komposit IV.4. Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Sifat Modulus Young IV.5. Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Sifat Kekuatan Lentur IV.6. Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Sifat Kekuatan Bentur IV.7. Reologi Komposit BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan V.2. Saran DAFTAR KEPUSTAKAAN LAMPIRAN vii

12 DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 2.1. Sifat Fisika dan Mekanik Polietilena Komposisi dan Sifat Kimia Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Sifat Fisik dan Morfologi Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Sifat Sifat Umum Serat Selulosa Sifat Sifat Fisika Polietilena Densitas Rendah (LDPE) Kadar Selulosa Pada Tandan Kosong Kelapa Sawit Indeks Power Law Komposit viii

13 viii DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1. Monomer Polietilena Reaksi Polimerisasi Polietilena Struktur Selulosa Skema Aliran Fluida Dalam Keadaan Stedi Karakteristik Volume-Suhu Bahan Polimer Pengaruh Suhu Terhadap Sifat-Sifat Bahan Polimer Kurva Kekuatan Tarik-Perpanjangan Untuk Bahan Polimer Diagram Untuk Test Kekuatan Impak Bagan Alir Pembuatan Selulosa Ekstruder Hot Press Spesimen Untuk Uji Tarik Alat Uji Tarik dan Lentur Alat Uji Bentur Alat Uji FT-IR Alat Melt Flow Indexer (MFI) Bagan Alir Pembuatan dan Pengujian Komposit...43 ix

14 viii 4.1. Hasil Uji FT-IR Selulosa Hasil Uji FT-IR Selulosa Setelah Asetilasi Hasil Uji FT-IR Komposit Dengan Kandungan Bahan Pengisi 10% Hasi Uji FT-IR Komposit Dengan Kandungan Bahan Pengisi 20% Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Pemanjangan Komposit Pengaruh Kandungan Bahan pengisi dan Temperatur Terhadap Modulus Young Komposit Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan Temperatur Terhadap Kekuatan Lentur Komposit Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi dan temperatur Terhadap Kekuatan Bentur Komposit Pengaruh Perubahan Terkanan (Beban) dan Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Viskositas Komposit Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Shear Rate Dan Viskositas Komposit...61 x

15 viii DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Lampiran B Lampiran C : Data dan Perhitungan Hasil Uji Mekanik...L-1 : Data Reologi...L-6 : Referensi...L-7 xi