PERANAN PENAMBAHAN NANO PARTIKEL BATU KAPUR TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN KETAHANAN TERMAL KOMPOSIT POLIETILEN DENSITAS TINGGI SKRIPSI

Transkripsi

1 PERANAN PENAMBAHAN NANO PARTIKEL BATU KAPUR TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN KETAHANAN TERMAL KOMPOSIT POLIETILEN DENSITAS TINGGI SKRIPSI RICHARD SAMBERA KELIAT ` DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

2 PERANAN PENAMBAHAN NANO PARTIKEL BATU KAPUR TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN KETAHANAN TERMAL KOMPOSIT POLIETILEN DENSITAS TINGGI SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains RICHARD SAMBERA KELIAT DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

3 PERSETUJUAN Judul : Peranan Penambahan Nanopartikel Batu Kapur Terhadap Sifat Mekanis Dan Ketahanan Termal Komposit Polietilen Densitas Tinggi Kategori : Skripsi Nama : Richard Sambera Keliat Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : Sarjana (S1) Kimia Departemen Fakultas : Kimia : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sumatera Utara Disetujui di Medan, Desember 2015 Komisi Pembimbing : Pembimbing 2, Pembimbing 1, Dr. Darwin Yunus Nasution, MS Dr. Marpongahtun, M.Sc NIP NIP Diketahui/Disetujui oleh Departemen Kimia FMIPA USU Ketua, Dr. Rumondang Bulan, MS NIP

4 PERNYATAAN PERANAN PENAMBAHAN NANO PARTIKEL BATU KAPUR TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN KETAHANAN TERMAL KOMPOSIT POLIETILEN DENSITAS TINGGI SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Desember 2015 Richard Sambera Keliat

5 PENGHARGAAN Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan Karunia-Nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi ini sebaik mungkin. Dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: Kedua orang tua tercinta, Ayahanda R.W. Keliat dan Ibunda Syarifah Br. Sembiring atas segala doa, dukungan, kasih sayang dan cintanya yang tiada henti memberikan perhatian kepada penulis. Kepada saudara-saudara tersayang Serlina Ferawati Keliat dan Esra Yansen Keliat yang telah member doa, perhatian dan dukungan kepada penulis. Dr. Mapongahtun, M.Sc. selaku dosen pembimbing 1 dan Dr. Darwin Yunus Nst. MS. selaku dosen pembimbing 2 yang telah banyak memberikan pengarahan, bimbingan, masukan dan saran hingga terselesaikannya skripsi ini. Dr. Rumondang Bulan Nst. MS dan Drs. Albert Pasaribu, M.Sc selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Kimia FMIPA USU yang telah mensyahkan skripsi ini. Seluruh staf dan dosen KIMIA FMIPA USU yang telah membimbing penulis, staf Kimia Fisika dan Kimia Polimer, Bang Edi yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Rusdalia Ningsi, Adila Pratiwi, Lisik Wahyuni, Parni, Reni Juliani Hsb, Tri Syahputra, Dian Ashari Pasaribu, Indra Nugraha, Priyasin, Hardian, Mardariana, Mirawati Harahap, abangda Awalludin Nainggolan serta teman-teman setambuk 2010 lainnya atas perhatian dan dukungannya selama ini. Serta sahabat-sahabat terbaik khususnya Endang Timanta, Joshua Surbakti, Mala Fatimah, Ridho Hurairah yang selalu memberikan dukungan dan memotivasi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Hanya Allah SWT yang dapat membalas semua kebaikan yang telah diberikan kepada penulis. Semoga Allah SWT selalu memberikan berkah yang berlipat ganda untuk kita semua, amin ya Rabbalalamin. Penulis

6 PERANAN PENAMBAHAN NANO PARTIKEL BATU KAPUR TERHADAP SIFAT MEKANIS DAN KETAHANAN TERMAL KOMPOSIT POLIETILEN DENSITAS TINGGI ABSTRAK Peranan penambahan partikel nano batu kapur terhadap sifat mekanik dan ketahanan termal komposit polietilen densitas tinggi telah dilakukan. Nano batu kapur berasal dari batu kapur Sidikalang yang dihaluskan menggunakan Ball milling dimana ukuran partikel diuji dengan menggunakan XRD dan diperoleh sebesar 5,1837 nm. Kemudian nano batu kapur digunakan sebagai bahan pengisi pada komposit polietilen densitas tinggi dengan menggunakan zat kompatibilitas Maleat Anhidrat (MA). Sifat mekanik komposit HDPE-g-MA dengan nano batu kapur dilihat dari kekuatan tarik optimum yang terdapat pada komposisi 97% : 3% (b/b) sebesar 33,59 MPa dan ketahanan termal dengan menggunakan DSC dimana ketahanan termal yang dimiliki komposit HDPE-g-MA semakin meningkat dengan adanya nano batu kapur serta pencampuran antara HDPE-g-MA dengan nano batu kapur yang dilihat dengan SEM sangat baik dengan ukuran partikel nano batu kapur yang sangat kecil. Kata Kunci : HDPE, HDPE-g-MA, XRD

7 ROLE OF ADDITION OF NANO PARTICLE LIME STONE ON MECHANICAL PROPERTIES AND RESILIENCE THERMAL OF POLYETHYLENE HIGH DENSITY COMPOSITES ABSTRACT The role of nano particles of limestone addition on mechanical properties and thermal resistance of high density polyethylene composites have been done. Nano limestone derived from crushed limestone Sidikalang use Ball milling particle size was tested by using XRD and obtained by nm. Then nano limestone is used as a filler in high density polyethylene composites using compatibility Maleic Anhydrous (MA). The mechanical properties of composite HDPE-g-MA with nano limestone viewed from the optimum tensile strength contained in the composition of 97%: 3% (w / w) of MPa and thermal resistance by using DSC which thermal resistance owned HDPE-g-MA composite increased by the presence of nano limestone and mixing between the HDPE-g-MA with nano limestone viewed with SEM very well with the size of the nano-particles are very small limestone. Keywords : HDPE, HDPE-g-MA, XRD

8 DAFTAR ISI Halaman Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran Daftar singkatan i ii iii iv v vi ix x xi xii Bab 1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Pembatasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Metodologi Penelitian Lokasi Penelitian 5 Bab 2. Tinjuan Pustaka 2.1 Batu kapur Bahan Pengisi kegunaan Dari Kalsium Karbonat Di Dalam Termoplastik 8

9 2.4 Plastik Polietilen Sifat-sifat HDPE Maleat Anhidrat Grafting Maleat Anhidrat Pada Polietilen Benzoil Peroksida Komposit Nanokomposit Pembuatan Komposit Polimer Kompatibilitas Bahan polimer Karakterisasi Polimer Fourier Transform Infared Spectroscopy Uji Kekuatan Tarik Differensial Scanning Calorimetry Thermogravimetri Analysis Scanning Electron Microscopy 23 Bab.3 Metodologi Penelitian 3.1 Alat alat Dan Bahan-bahan Penelitian Alat-alat Penelitian Bahan-bahan Penelitian Prosedur Penelitian Pernyiapan Serbuk Batu Kapur Pembuatan Nano partikel Batu Kapur Menggunakan Alat Planetary Ball Mills Menghitung Besarnya Ukuran Nano partikel Dari Hasil X-Ray Diffraction Proses Grafting Maleat Anhidrat ke dalam High Density Polyethylene

10 3.2.5 Pemurnian HDPE-g-MA Menghitung Derajat Grafting Uji Spektroskopi FTIR Proses Pembuatan Komposit Uji Tarik Dan Kemuluran Analisa Sifat Termal Dengan Uji Differensial Scanning Calorimetry dan Thermogravimetri Analysis Analisa Scanning Electron Microscopy Bagan Penelitian Preparasi Batu Kapur Proses Grafting HDPE Dengan Maleat Anhidrat Proses Pemurnian HDPE-g-MA Pembuatan Komposit HDPE-g-MA Dan Nano batu Kapur 33 Bab 4. Hasil Dan Pembahasan 4.1 Karakterisasi Nano batu Kapur Karakterisasi HDPE-g-MA Karakterisasi Komposit Karakterisasi Sifat Mekanik Karakterisasi Sifat Termal Analisa Sifat Morfologi Dengan Uji Scanning Elektron Microscopy 45 Bab 5. Kesimpulan Dan Saran 5.1 Kesimpulan Saran 47

11 Daftar Pustaka 48 Lampiran 52

12 DAFTAR TABEL Nomor Tabel Judul Halaman 2.1 Komposisi Kimia Batu Kapur Hasil Pengujian Dengan XRF (X-ray Flourescence) Plastik-plastik Komoditi Kekuatan Tarik, Tekan Dan Lentur Bahan Polimer Nilai Sudut 2θdari CaO Hasil XRD Pengukuran Ukuran Partikel Pada Batu Kapur Hasil Analisa FTIR HDPE, MA Dan HDPE-g-MA Hasil Uji Tarik Dan Kemuluran Hasil Analisa DSC Dan Komposit HDPE-g-MA + NBK Hasil Analisa TGA Dari Komposit HDPE-g-MA + NBK ; HDPE 44

13 DAFTAR GAMBAR Nomor Gambar Judul Halaman 2.1 Struktur Etilen Dan Polietilen Struktur Maleat Anhidrida Mekanisme Reaksi Grafting Polietilena Penguraian Benzoil Peroksida Pengukuran Absorbansi Dan Transmitasi Dan Spektrum IR Kurva Tegangan Regangan Bahan Polimer Pola umum Kurva DSC Spesimen Uji Berdasarkan ASTM D Komposisi Batu Kapur Difraktogram Batu Kapur Asal Pegunungan Sidikalang, Dairi, Sumatera Utara 4.3 Spektrum FTIR -) Maleat Anhidrat; -) High Density Polyethylene; -) HDPE-g-MA 4.4 Grafik Kekuatan Tarik Dari Campuran HDPE-g-MA + NBK 4.5 Grafik Kemuluran (%) Dari Campuran HDPE-g-MA + NBK Kurva DSC -) HDPE; -) HDPE-g-MA + NBK 3% Kurva TGA HDPE-g-MA + NBK; HDPE Hasil Foto SEM a) HDPE murni b) HDPE-g-MA + NBK 45

14 DAFTAR LAMPIRAN Nomor Lampiran Judul Halaman A.1 Hasil Analisa XRD Batu Kapur 53 A.2 Kurva DSC HDPE 56 A.3 Kurva DSC HDPE-g-MA + NBK 3% 57 A.4 Termogram HDPE Murni 58 A.5 Termogram Komposit HDPE-g-MA + NBK 3% 58 A.6 HAsil UJi Tarik HDPE Murni 59 A.7 HAsil UJi Tarik HDPE-g-MA + NBK 1% 59 A.8 HAsil UJi Tarik HDPE-g-MA + NBK 3% 60 A.9 HAsil UJi Tarik HDPE-g-MA + NBK 5% 60 A.10 HAsil UJi Tarik HDPE-g-MA + NBK 7% 61 A.11 HAsil UJi Tarik HDPE-g-MA + NBK 9% 61 A.12 Spektrum FTIR HDPE 62 A.13 Spektrum FTIR Maleat Anhidrida 62 A.14 Spektrum FTIR HDPE-g-MA 63 B.1 Perhitungan Persentase Derajat Grafting Maleat Anhidrida 64 B.2 Perhitungan Kekuatan Tarik 65 B.3 Perhitungan Kemuluran 66 B.4 Perhitungan Ukuran Partikel Nano Batu Kapur 67

15 DAFTAR SINGKATAN PE BPO MA FTIR SEM DSC nm ASTM NBK SBR TMA MPa HDPE LDPE PS PP XRD XRF PE-g-MA = Polietilena = Benzoil Peroksida = Maleat Anhidrida = Fourier Transform Infrared = Scanning Electron Microscopy = Differential Scanning Calorimeter = nanometer = American Society for Testing and Materials = Nano batu kapur = Styrene Butadiene Rubber = Thermo mechanic Analysis = Mega Pascal = High Density Polyethylene = Low Density Polietilena = Polistirena = Polipropilena = X Ray Diffraction = X Ray Flourescence = polietilen tergrafting maleat anhidrida