PENGARUH LEACHING PADA PRODUK FILM LATEKS KARET ALAM BERPENGISI MIKROKRISTAL SELULOSA AVICEL DENGAN PENAMBAHAN PENYERASI ALKANOLAMIDA SKRIPSI

Transkripsi

1 PENGARUH LEACHING PADA PRODUK FILM LATEKS KARET ALAM BERPENGISI MIKROKRISTAL SELULOSA AVICEL DENGAN PENAMBAHAN PENYERASI ALKANOLAMIDA SKRIPSI Oleh VINCENT OTTO LIEMIAGO DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 PENGARUH LEACHING PADA PRODUK FILM LATEKS KARET ALAM BERPENGISI MIKROKRISTAL SELULOSA AVICEL DENGAN PENAMBAHAN PENYERASI ALKANOLAMIDA SKRIPSI Oleh VINCENT OTTO LIEMIAGO SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : PENGARUH LEACHING PADA PRODUK FILM LATEKS KARET ALAM BERPENGISI MIKROKRISTAL SELULOSA AVICEL DENGAN PENAMBAHAN PENYERASI ALKANOLAMIDA yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sebelumnya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, Agustus 2016 Vincent Otto Liemiago NIM i

4 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia- Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul Pengaruh Leaching Pada Produk Film Lateks Karet Alam Berpengisi Mikrokristal Selulosa Avicel Dengan Penambahan Penyerasi Alkanolamida, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pemanfaatan mikrokristal selulosa sebagai tambahan pengisi dalam lateks yang kemudian dapat diaplikasikan untuk semua orang. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1. Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis pada penyusunan dan penulisan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 3. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 4. Bapak M. Hendra S. Ginting S.T, M.T selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 5. Ibu Dr. Maulida, ST, M.Sc selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan kritik dan saran yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 6. Inggrid Daneilla, selaku partner penelitian penulis. 7. Kelvin Hadinatan, S.T yang selalu mendukung dan memotivasi penulis dalam penyelesaian kegiatan penelitian ini. 8. Abang dan kakak senior, teman-teman stambuk 2011, dan adik-adik stambuk 2012 hingga 2015 yang tidak dapat disebutkan satu persatu. ii

5 Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Medan, Agustus 2016 Penulis Vincent Otto Liemiago iii

6 DEDIKASI Skripsi ini saya persembahkan untuk : Bapak & Ibu tercinta Bapak Jacof Ali S.E dan Ibu Dra. Virya Maitri Wujud S.E Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan dan mendidikku dengan penuh kasih sayang. Terima kasih atas pengorbanan, nasehat dan do a yang tiada hentinya kalian berikan kepadaku selama ini. iv

7 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Vincent Otto Liemiago NIM : Tempat/Tgl. Lahir : Medan, 16 November 1993 Nama orang tua : Jacof Ali Alamat orang tua : Jalan Boulevard no.83, Perumahan Cemara Asri, Medan Asal Sekolah : SD Swasta Sutomo 2 Medan, tahun SMP Swasta Chandra Kusuma Medan, tahun SMA Swasta Chandra Kusuma Medan, tahun Pengalaman Organisasi/Kerja : 1. Ketua OSIS SMA tahun Manager Operasional The Van Coffee Produser Moxqitto 2015 sekarang Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai : 1. Juara 1 Hexos Basketball (2009) 2. Juara I Olimpiade Sains Nasional bidang komputer tingkat kecamatan (2010) 3. Juara 1 Kompetisi Penelitian Indonesia Young Scientist bidang komputer tingkat provinsi (2010) v

8 ABSTRAK Mikrokristal Selulosa adalah senyawa yang dapat diekstrak dari tumbuhan yang mengandung selulosa dan berpotensi menjadi bahan pengisi dalam produk film lateks karet alam. Kajian tentang pengaruh leaching suhu vulkanisasi dan komposisi penyerasi alkanolamida pada pembuatan produk film lateks karet alam telah dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan kondisi yang optimum dalam menghasilkan sifat mekanik seperti kekuatan tarik, pemanjangan saat putus, dan modulus tarik yang terbaik. Pembuatan produk film lateks karet alam dilakukan dengan teknik pencelupan berkoagulan. Lateks karet alam berpengisi mikrokristal selulosa dan alkanolamida sebanyak 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 dan 2,5% berat. Pembuatan produk lateks karet alam dimulai dengan proses pra-vulkanisasi pada suhu 70 C dan diikuti dengan proses vulkanisasi pada suhu 100 C dan 120 C selama 20 menit yang kemudian dilakukan proses leaching selama 1 hari menggunakan KOH 10%. Dari hasil karakterisasi FTIR diperoleh bahwa alkanolamida sebagai bahan penyerasi memiliki gugus polar yang mampu memodifikasi pengisi mikrokristal selulosa dan gugus non polar yang mampu memodifikasi matriks lateks karet alam. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa proses leaching akan meningkatkan terjadinya reaksi sambung silang yang ditunjukkan dengan meningkatnya sifat mekanik produk lateks karet alam setelah leaching pada suhu vulkanisasi 120 C dan 100 C. Hasil uji mekanik selanjutnya didukung oleh analisa scanning electron microscopy (SEM) yang menunjukkan adanya permukaan patahan yang mulus dan efek sobekan matriks pada produk lateks karet alam dengan penambahan 1% senyawa alkanolamida. Kata kunci : lateks karet alam, mikrokristal selulosa, alkanolamida, suhu vulkanisasi, pencelupan berkoagulan vi

9 ABSTRACT Microcrystalline cellulose is a substance that can be synthesize from plants which contain cellulose and was potential to be used as fillers in natural rubber latex products. The study on the effect of leaching, drying temperature and alkanolamide compositon on the mechanical properties of natural rubber latex products was done in order to obtain the optimum leaching condition, drying temperature and alkanolamide composition in mechanical properties such as tensile strength, elongation at break, and tensile modulus. Natural rubber latex was produced by using coagulant dipping method. Natural rubber latex was filled with Avicel microcrystalline cellulose powder and alkanolamide with composition 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5% wt. The manufacture of natural rubber latex products was started by pre-vulcanization process at 70 C and followed with vulcanization process at 100 C and 120 C for 20 minutes, then leached by 10% KOH solution for 24 hours. The result of FTIR characterization showed that alkanolamide as compatibilizer has polar group which can modified microcrystalline cellulose and non-polar group which can modified the natural rubber latex. The results of mechanical properties showed that Leaching will improved the mechanical properties at 120 C and 100 C drying temperature. Meanwhile, alkanolamide was a substance that can be used as co-curing agent in natural rubber latex which was proven from the improvement of crosslink density until the addition of 1% alkanolamide. The results of mechanical properties were supported by Scanning Electron Microscopy which showed smooth surface and some matrix tearing on the morphology of natural rubber latex products with the addition of 1% alkanolamide. Kata kunci : natural rubber latex, microcrystalline celullose, alkanolamide, drying temperature, coagulant dipping method vii

10 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI PENGESAHAN UNTUK UJIAN SKRIPSI PRAKATA DEDIKASI RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN DAFTAR ISTILAH / SIMBOL i ii iii v vi vii viii viii xiii xvi xviii xx xxi BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 viii

11 BAB II TINJAUAN PUSTAKA LATEKS KARET ALAM PEMBUATAN SENYAWA LATEKS KARET ALAM Bahan Vulkanisasi (Vulcanizing Agent) Bahan Pencepat Reaksi (Accelerator) Bahan Pengaktif (Activator) Bahan Penstabil (Stabilizer) Bahan Antioksidan (Antioxidant) Bahan Pengisi (Filler) Bahan Penyerasi (Compatibilizer) MIKROKRISTAL SELULOSA ALKANOLAMIDA PROSES LEACHING PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Karakterisasi Fourier-Transform Infra-Red (FTIR) Karakterisasi Scanning Electron Microscope (SEM) APLIKASI DAN KEGUNAAN PRODUK LATEKS KARET ALAM 21 BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN Bahan 22 ix

12 Bahan Yang Digunakan Untuk Pembuatan Bahan Penyerasi Alkanolamida Bahan Yang Digunakan Untuk Pembuatan Senyawa Lateks Karet Alam Peralatan Peralatan Yang Digunakan Untuk Pembuatan Bahan Penyerasi Alkanolamida Peralatan Yang Digunakan Untuk Pembuatan Senyawa Lateks Karet Alam FORMULASI BAHAN Formulasi Lateks Karet Alam dan Bahan Kuratif Formulasi Dispersi Mikrokristal Selulosa dan Alkanolamida PROSEDUR PENELITIAN Prosedur Pembuatan Bahan Penyerasi Alkanolamida Prosedur Pendispersian Mikrokristal Selulosa dan Alkanolamida Prosedur Analisa Hasil Dispersi Mikrokristal Selulosa dan Alkanolamida Prosedur Analisa Kandungan Padatan Total (TSC) Dari Lateks Karet Alam Prosedur Pembuatan Senyawa Lateks Karet Alam Prosedur Pra-Vulkanisasi Lateks Karet Alam Prosedur Uji Kloroform Pada Lateks Karet Alam Pra- Vulkanisasi Prosedur Vulkanisasi dan Pembuatan Film Lateks Karet Alam Prosedur Leaching Pada Produk Film Lateks Karet Alam 28 x

13 3.5 FLOWCHART PERCOBAAN Flowchart Pembuatan Bahan Penyerasi Alkanolamida Flowchart Pendispersian Mikrokristal Selulosa dan Alkanolamida Flowchart Analisa Hasil Dispersi Mikrokristal Selulosa dan Alkanolamida Flowchart Analisa Kandungan Padatan Total (TSC) Dari Lateks Karet Alam Flowchart Pra-Vulkanisasi Senyawa Lateks Karet Alam Flowchart Uji Kloroform Pada Lateks Karet Alam Pra- Vulkanisasi Flowchart Vulkanisasi dan Pembuatan Film Lateks Karet Alam Flowchart Leaching Pada Film LAteks Karet Alam PENGUJIAN PRODUK LATEKS KARET ALAM Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Dengan ASTM D Uji Densitas Sambung Silang (Crosslink Density) Dengan ASTM D Karakterisasi Fourier-Transform Infra-Red (FTIR) Karakterisasi Scanning Electron Microscope (SEM) 39 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN KARAKTERISTIK FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA RED) BAHAN PENYERASI ALKANOLAMIDA 4.2 PENGARUH LEACHING, SUHU VUKANISASI DAN PENAMBAHAN ALKANOLAMDIDA PADA PENGISI MIKROKRISTAL SELULOSA TERHADAP SIFAT SIFAT MEKANIK PRODUK LATEKS KARET ALAM Pengaruh Leaching, Suhu Vulkanisasi dan Penambahan Alkanolamida Pada Pengisi Mikrokristal Selulosa Terhadap Kekuatan Tarik xi

14 (Tensile Strength) Produk Lateks Karet Alam Pengaruh Leaching, Suhu Vulkanisasi dan Penambahan 46 Alkanolamida Pada Pengisi Mikrokristal Selulosa Terhadap Pemanjangan Saat Putus (Elongation at Break) Produk Lateks Karet Alam Pengaruh Leaching, Suhu Vulkanisasi dan Penambahan 48 Alkanolamida Pada Pengisi Mikrokristal Selulosa Terhadap Modulus Tarik (Tensile Modulus) Produk Lateks Karet Alam 4.3 KARAKTERISTIK SEM (SCANNING ELECTRON 55 MICROSCOPE) PATAHAN PRODUK LATEKS KARET ALAM DENGAN PENAMBAHAN PENGISI MIKROKRISTAL SELULOSA DAN PENYERASI ALKANOLAMIDA SETELAH PERLAKUAN LEACHING BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 58 DAFTAR PUSTAKA 59 xii

15 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Struktur Umum Lateks cis-1,4-poliisoprena 6 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Reaksi Vulkanisasi Secara Konvensional Menggunakan Belerang Pengaruh Bahan Pengaktif dan Pencepat Terhadap Kekuatan Tarik Film Lateks Karet Alam Dengan Vulkanisasi Sulfur Pada Suhu 93 C 9 10 Gambar 2.4 Pola Penambahan Surfaktan Dalam Matriks Polimer 15 Gambar 2.5 Molekul Polar dan Non-polar Senyawa Alkanolamida 16 Gambar 2.6 Reaksi Amidasi Trigliserida dengan Dietanolamina Membentuk Alkanolamida 17 Gambar 2.7 Berbagai Macam Produk Lateks Karet Alam 22 Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Bahan Penyerasi Alkanolamida 31 Gambar 3.2 Flowchart Pendispersian Mikrokristal Selulosa dan Alkanolamida 32 Gambar 3.3 Gambar 3.4 Flowchart Analisa Hasil Dispersi Mikrokristal Selulosa dan Alkanolamida Flowchart Analisa Kandungan Padatan Total (TSC) dari Lateks Karet Alam Gambar 3.5 Flowchart Pra-vulkanisasi Lateks Karet Alam 35 Gambar 3.6 Gambar 3.7 Flowchart Uji Kloroform Pada Lateks Karet Alam Pra- Vulkanisasi Flowchart Vulkanisasi dan Pembuatan Film Lateks Karet Alam xiii

16 Gambar 3.8 Flowchart Leaching Pada Film Lateks Karet Alam 38 Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Bahan Penyerasi Alkanolamida 42 Gambar 4.2 Gambar 4.3 Gambar 4.4 Gambar 4.5 Gambar 4.6 Pengaruh Leaching, Suhu Vulkanisasi dan Penambahan Alkanolamida pada Pengisi Mikrokristal Selulosa Terhadap Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Produk Lateks Karet Alam Pengaruh Leaching, Suhu Vulkanisasi dan Penambahan Alkanolamida Terhadap Pemanjangan Saat Putus (Elongation at Break) Produk Lateks Karet Alam Pengaruh Leaching, Suhu Vulkanisasi dan Penambahan Alkanolamida pada Pengisi Mikrokristal Selulosa Terhadap Modulus Tarik ( Tensile Modulus) Produk Lateks Karet Alam Karakteristik FTIR Produk Lateks Karet Alam dengan Penambahan Pengisi Mikrokristal Selulosa dan Penyerasi Alkanolamida Kemungkinan Reaksi antara Lateks Karet Alam dengan Pengisi Mikrokristal Selulosa dan Penyerasi Alkanolamida Gambar 4.7 Analisa SEM Patahan Produk Lateks Karet Alam 53 Gambar C.1 Proses Pembuatan Bahan Penyerasi Alkanolamida 69 Gambar C.2 Proses Ekstraksi Bahan Penyerasi Alkanolamida 69 Gambar C.3 Bahan Penyerasi Alkanolamida 70 Gambar C.4 Proses Pendispersian Mikrokristal Selulosa dan Alkanolamida 70 Gambar C.5 Bahan Kuratif Produk Lateks Karet Alam 70 Gambar C.6 Proses Pra-Vulkanisasi Produk Lateks Karet Alam 71 Gambar C.7 Proses Uji Kloroform Produk Lateks Karet Alam 71 Gambar C.8 Larutan Pembersih Plat Pencelupan Produk Lateks Karet Alam 71 Gambar C.9 Wadah Pencelupan Produk Lateks Karet Alam 72 xiv

17 Gambar C.10 Proses Vulkanisasi Produk Lateks Karet Alam 72 Gambar C.11 Proses Pembedakan Produk Lateks Karet Alam 72 Gambar D.1 Hasil FTIR Alkanolamida 73 Gambar D.2 Hasil FTIR Produk Lateks Karet Alam Tanpa Penambahan Pengisi Mikrokristal Selulosa dan Tanpa Penyerasi Alkanolamida 73 Gambar D.3 Hasil FTIR Produk Lateks Karet Alam Dengan Penambahan Pengisi Mikrokristal Selulosa dan Penyerasi Alkanolamida 74 xv

18 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Variabel Tetap Yang Dilakukan Dalam Penelitian 4 Tabel 1.2 Variabel Berubah Yang Dilakukan Dalam Penelitian 4 Tabel 1.3 Formulasi Larutan Dispersi Tepung Kulit Singkong dan Alkanolamida 5 Tabel 1.4 Formulasi Lateks Karet Alam dan Bahan Kuratif 5 Tabel 2.1 Spesifikasi Mutu Lateks Pekat ASTM D 1076 dan ISO Tabel 2.2 Kandungan Selulosa dan Hemiselulosa Pada Beberapa Tumbuhan 13 Tabel 2.3 Sifat Fisika dan Kimia Mikrokristal Selulosa 14 Tabel 3.1 Formulasi Lateks Karet Alam dan Bahan Kuratif 25 Tabel 3.2 Formulasi Dispersi Mikrokristal Selulosa dan Alkanolamida 26 Tabel 3.3 Tingkat Pematangan Lateks Karet Alam Pra-Vulkanisasi Melalui Tes Koagulasi-Kloroform 28 Tabel A.1 Data Hasil Kekuatan Tarik (Tensile Strength) 63 Tabel A.2 Data Hasil Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Setelah Leaching 63 Tabel A.3 Data Hasil Modulus Tarik Saat Pemanjangan 100% (M100) 64 Tabel A.4 Data Hasil Modulus Tarik Saat Pemanjangan 100% (M100) Setelah Leaching 64 Tabel A.5 Data Hasil Modulus Tarik Saat Pemanjangan 300% (M300) 65 Tabel A.6 Data Hasil Modulus Tarik Saat Pemanjangan 300% (M300) Setelah Leaching 65 xvi

19 Tabel A.7 Data Hasil Pemanjangan Saat Putus (Elongation at Break) 66 Tabel A.8 Data Hasil Pemanjangan Saat Putus (Elongation at Break) Setelah Leaching 66 xvii

20 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran A Data Penelitian 65 A.1 Data Hasil Kekuatan Tarik (Tensile Strength) 65 A.2 Data Hasil Modulus Tarik Saat Pemanjangan 100% 66 (M100) A.3 Data Hasil Modulus Tarik Saat Pemanjangan 300% 66 (M300) A.4 Data Hasil Pemanjangan Saat Putus (Elongation at Break) 67 Lampiran B Contoh Perhitungan 68 B.1 Perhitungan Densitas Sambung Silang (Crosslink Density) Produk Lateks Karet Alam 68 Lampiran C Dokumentasi Penelitian 70 C.1 Proses Pembuatan Bahan Penyerasi Alkanolamida 70 C.2 Proses Ekstraksi Bahan Penyerasi Alkanolamida 70 C.3 Bahan Penyerasi Alkanolamida 71 C.4 Proses Pendispersian Mikrokristal Selulosa dan Alkanolamida 71 C.5 Bahan Kuratif Produk Lateks Karet Alam 71 C.6 Proses Pra-Vulkanisasi Produk Lateks Karet Alam 72 C.7 Proses Uji Kloroform Produk Lateks Karet Alam 72 C.8 Larutan Pembersih Plat Pencelupan Produk Lateks Karet Alam 73 xviii

21 C.9 Wadah Pencelupan Produk Lateks Karet Alam 73 C.10 Proses Vulkanisasi Produk Lateks Karet Alam 74 C.11 Proses Pembedakan Produk Lateks Karet Alam 74 Lampiran D Hasil Pengujian Lab Analisis dan Instrumen 75 D.1 Hasil FTIR Alkanolamida 75 D.2 Hasil FTIR Produk Lateks Karet Alam Tanpa Penambahan Pengisi Tepung Kulit Singkong dan Tanpa Penyerasi Alkanolamida D.3 Hasil FTIR Produk Lateks Karet Alam Dengan Penambahan Pengisi Mikrokristal Selulosa dan Penyerasi Alkanolamida xix

22 DAFTAR SINGKATAN ASTM FTIR ISO LDPE RBDPS SEM American Standard Testing Method Fourier Transform Infra-Red International Standard Organization Low Density Polyethylene Refined Bleached Deodorized Palm Stearin Scanning Electron Microscope xx

23 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi Ao luas penampang awal mm 2 F maks beban maksimum Kgf σ kekuatan tarik kgf/mm 2 ρd massa jenis lateks karet alam tervulkanisasi gr/cm 3 ρsol massa jenis toluena gr/cm 3 ρ NRL massa jenis lateks karet alam gr/cm 3 Vo toluena volume molar toluena mol.cm -3 Wd massa awal produk lateks karet alam gram Wsol X toluena massa pelarut yang terjerap dalam produk lateks karet alam parameter interaksi toluena gram (2M C -1 ) densitas sambung silang gr mol/gr karet xxi