PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA YANG TERBIODEGRADASIKAN

Transkripsi

1 PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA YANG TERBIODEGRADASIKAN TESIS Oleh : POPPY SYAHFRIANA /KIM FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA YANG TERBIODEGRADASIKAN TESIS Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Dalam Program Studi Ilmu Kimia Pada Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Oleh Poppy Syahfriana /KIM FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

3 Judul Tesis : PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA YANG TERBIODEGRADASIKAN Nama Mahasiswa : Poppy Syahfriana Nomor Pokok : Program Studi : Magister Ilmu Kimia Menyetujui Komisi Pembimbing (Dr. Yugia Muis, M.Si) Ketua (Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) Anggota Ketua Program Studi Dekan (Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) (Dr. Sutarman, MSc) Tanggal Lulus : 27 April 2013

4 PERNYATAAN ORISINALITAS PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA YANG TERBIODEGRADASIKAN TESIS Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya Tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar. Medan, 27 April 2013 Poppy Syahfriana NIM

5 PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai Sivitas Akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : Poppy Syahfriana Nomor Pokok : Program Studi : Magister Ilmu Kimia Jenis Karya Ilmiah : Tesis Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusif Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul: PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA YANG TERBIODEGRADASIKAN beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non- Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya. Medan, 27 April 2013 Poppy Syahfriana NIM

6 Telah diuji pada Tanggal : 27 April 2013 PANITIA PENGUJI TESIS KETUA : Dr. Yugia Muis, M.Si Anggota : 1. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 2. Prof.Dr. Harlem Marpaung 3. Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc 4. Eddyanto, Ph.D 5. Prof. Dr. Yunazar Manjang

7 RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Siabu, Sumatera Utara pada tanggal 20 Oktober 1985, anak pertama dari Bapak Paino (alm) dan Ibu Ariani. Penulis menimba ilmu di TK Aisyiah Medan pada tahun Melanjutkan pendidikan di SD Negeri Medan pada Tahun , SLTP Negeri I8 Medan pada tahun , dan di SMA Negeri I2 Medan pada tahun Kemudian melanjutkan jenjang perkuliahan dengan menjadi mahasiswa Jurusan Pendidikan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan pada tahun Lalu melanjutkan kembali pendidikan pada program Magister Ilmu Kimia di Universitas Sumatera Utara

8 KATA PENGANTAR Puji syukur atas limpahan rezeki dan Rahmat dari Allah SWT. Salawat dan salam untuk Rasulullah Muhammad SAW karena jika bukan karena-nya, saya tidak akan mampu mengerjakan penelitian serta tesis ini dengan baik. Tesis berjudul PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA YANG TERBIODEGRADASIKAN ini dibuat sebagai salah satu syarat mendapatkan gelar Magister Sains pada bidang ilmu Kimia Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Pada kesempatan ini penulis ingin memberikan penghargaan yang setinggi-tingginya serta mengucapkan terima kasih yang tidak terhingga kepada berbagai pihak yang terlibat secara langsung maupun tidak langsung dan telah memberikan dukungan baik moril maupun materil. Dengan segala kerendahan hati dan rasa hormat yang mendalam penulis ingin menyampaikan terima kasih yang tulus kepada: Orang tua tercinta, Ayahanda Paino (alm) dan Ibunda Ariani yang selalu memberikan limpahan kasih sayang, ketulusan dan keikhlasan dalam mendidik dan membesarkan penulis. Dan kepada Suami tercinta R. Akhir, juga kepada putraku Barack Ilmi Nugraha dan putriku tersayang Salma Adilla Putri yang telah memberikan semangat terbesar yang tidak ada henti-hentinya kepada penulis. Semoga kalian semua selalu dalam lindungan Allah SWT. Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DMTH, MSc, CTM SpA (K) dan Dr. Sutarman, MSc selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Ibu Dr. Yugia Muis, M.Si selaku dosen pembimbing I, Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D selaku dosen Pembimbing II dan Bapak Prof.Dr. Harlem Marpaung, Bapak Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc dan Bapak Eddyanto, Ph.D selaku dosen penguji yang telah dengan sabar meluangkan waktu, tenaga dan

9 pikirannya serta memberikan masukan, saran, dan petunjuk kepada penulis dalam melakukan penelitian dan penyusunan tesis ini. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D dan Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc selaku ketua program studi dan sekretaris Pascasarjana Ilmu Kimia. Bapak/Ibu dosen Pascasarjana Ilmu Kimia yang telah membimbing dan memotivasi serta memberi disiplin ilmu selama penulis menjalani studi. Seluruh staf laboratorium Kimia Polimer dan Laboratorium Ilmu Dasar FMIPA USU, terima kasih atas bantuannya dalam penelitian. Kepada staf tata usaha Pascasarjana Ilmu Kimia dan teknisi Laboratorium Kimia Polimer FMIPA-USU. Dan kepada teman teman pasca sarjana angkatan yang telah memberikan dukungan dan semangat kepada penulis. Hanya Allah yang dapat membalas segala kebaikan,ketulusan dan keikhlasan yang telah kalian berikan kepada penulis. Penulis berharap limpahan Rahmat Allah selalu mengalir untuk kita semua. Terima kasih. Penulis menyadari bahwa tesis ini tidak terlepas dari kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang dapat membangun dan menyempurnakan skripsi ini agar lebih baik lagi. Akhirnya penulis berharap tesis ini memberikan manfaat bagi setiap pembaca maupun kemajuan penelitian dan ilmu pengetahuan yang akan datang. Medan, 27 April 2013 Hormat Penulis Poppy Syahfriana

10 PEMANFAATAN SELULOSA MIKROKRISTAL DARI TANDAN KELAPA (Cocos Nucifera L) SEBAGAI PENGISI PLASTIK POLIPROPILENA YANG TERBIODEGRADASIKAN ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang penggunaan dalam pembuatan komposit biodegradabel dengan pengisi mikrokristal selulosa yang bersumber dari tandan kelapa (Cocos Nucifera L) dan polipropilena. Karakterisasi hasil komposit yang diperoleh dianalisa gugus fungsi dengan uji FTIR, analisa sifat morfologi dengan uji SEM, analisa sifat thermal dengan uji DTA, analisa sifat mekanis dengan uji tarik, analisa XRD, dan analisa kemampuannya terurai di alam dengan uji biodegradabel. Hasil penelitian menunjukan bahwa komposit biodegradabel yang memiliki sifat terbaik dan sesuai dengan SNI :2011 adalah dengan perbandingan PP dan MCC pada perbandingan 80% : 20% dimana mempunyai sifat mekanis yang paling maksimum dimana harga kekuatan tarik 25,722 N/m 2 dan kemuluran 5,292%. Sedangkan pada perbandingan 70% : 30% harga kekuatan tarik 15,753 N/m 2 dan kemuluran 3,760%.Dari uji DTA spesimen komposit PP : MCC (80:20) menunjukkan kenaikan temperatur leleh nya dari 62,65 C menjadi 62,85 C dan kenaikan temperatur dekomposisi nya dari 376,28 C menjadi 342,67 C. Dari kedua data perbandingan spesimen pada uji XRD pada saat sebelum dan sesudah mengalami biodegradasi terlihat bahwa angle (ø2é) mengalami penurunan, sedangkan d value nya mengalami kenaikan. Hal ini menunjukkan bahwa pada komposit yang pertama mengalami penguraian adalah mikrokristal selulosa nya. Laju persentase biodegradasi yang paling tinggi yakni pada komposit biodegradabel dengan perbanding 80 : 20 yaitu pada tanah kompos sebesar 2,668%. Dan dari hasil FTIR menunjukkan bahwa setelah biodegradasi telihat kenaikan gugus δ(o-h) pada peak 3445cm -1 dan kenaikan gugus δ(>c=o) pada peak 1730 cm -1. Kata kunci: MCC; Composite Polymer; Biodegradable

11 THE USE OF MICROCRYSTAL CELLULOSE OF COCONUT BUNCHES (Cocos Nucifera L) AS THE FILLER OF BIODEGRADABLE POLIPROPILENA PLASTIC ABSTRACT A research has been done on the use of making a biodegradable composit with the microcrystal cellulose which is come from coconut bunches (Cocos Nucifera L) and polipropilena. The Characteristic of the composit result which is gain from the analisis of the function of DTA test, the analisis of the term of mechanism with the pulling test, the analisis of XRD, and the analisis of the capability to decompose in the field with biodegradable test. The result of the research shown that biodegradable composit which has the best characteristic and according to SNI :2011 is with the comparison PP and MCC at the comparison 80% : 20%, which has the characteristic of the maximum mechanism which is the pull power price is 25,722 N/m 2 and the flexibelity 3,760%. While at the comparison 70% : 30% pull power price is 15,753 N/m 2. From the DTA test the specimen composit PP : MCC (80:20), shown that the increase of the melting temperature from 62,65 C to 62,85 C and the decrease of decomposition temperature from 376,28 C to 342,67 C. From those both data comparison specimen at XRD before and after test had biodegradaion. It shown that angle (ø2é) has decreased, while d value has increased. This shown that at the first composit has become decomposer is microcrystal cellulose. The move of the highest biodegradation precentage is at the biodegradable composit with comparison 80: 20 that is at compose ground as 2,668%. And from FTIR result, it is found that after biodegratation, the cluster δ(o-h) at peak 3445cm -1 and the cluster δ(>c=o) at peak 1730 cm -1 have increased. Key word: MCC; Composite Polymer; Biodegradable

12 KATA PENGANTAR ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN DAFTAR ISI Halaman i iii iv v viii ix x xi BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Permasalahan Pembatasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Metodologi Penelitian Lokasi Penelitian 6 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Tandan Kelapa Material Komposit Poliproilena Sifat -sifat Polipropilena Penggunaan Polipropilena Selulosa Sifat-sifat Selulosa Mikrokristalin Selulosa 27

13 2.5 Degradasi Bahan Polimer Biodegradasi Polimer Kekuatan Tarik UTS (Ultimate Tensile Strenght) Mikroskop Elektron Payaran Analisis Termal Bahan Polimer Analisis Spektroskopi Infra Merah ( FT-IR ) X-Ray Diffraction (XRD) Mekanismee Reaksi. 38 BAB 3 METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Alat yang Digunakan Pada Penelitian Bahan yang Digunakan Pada Penelitian Prosedur Penelitian Penyediaan Serat Tandan Kelapa Proses Delignifikasi Proses Hidrolisa Proses Pembuatan Mikrokristal Proses Pembuatan Komposit Pembuatan Film Uji Biodegradasi Bagan Penelitian Pembuatan alfa Selulosa Pembuatan Mikrokristal Selulosa Pembuatan Film Polipropilena dengan Mikrokristal Selulosa Uji biodegradasi Film PP-MCC 50

14 BAB 4 PEMBAHASAN Preparasi MCC dari Tandan Kelapa ( Cocos Nucifera L ) Uji SEM Mikrokristal Selulosa Uji FT-IR dari Mikrokristal Selulosa Uji XRD dari Mikrokristal Selulosa Uji DTA dari Mikrokristal Selulosa Pengaruh Komposisi MCC Sebagai Penguat Komposit Polipropilena Data Uji Tarik Kemungkinan Mekanisme Reaksi Analisa Sifat Termal dengan Uji DTA (Diffrential Thermal Analysis) Analisis Sifat Morfologi dengan Uji SEM (Scanning Electron Microscopy) Analisis Gugus Fungsi dengan Uji FTIR ( Fourier Transform Infra Red Spectroscopy) Analisa Kristalinitas dengan Uji XRD (X-Ray Diffraction) Analisa Kemampuannya Terurai di alam dengan Uji Biodegradable Analisa Sifat Thermal dengan Uji DTA ( Diffrential Thermal Analysis) Analisa Kristalinitas dengan Uji XRD (X-Ray Diffraction) Analisa Sifat Morfologi dengan Uji SEM (Scanning Electron Microscopy) 70 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 73 DAFTAR PUSTAKA 74

15 Daftar Tabel Nomor Judul Halaman 1. Tabel 2.1 Komposisi Kimia dari Berbagai Jenis Serat Lignoselulosa Tabel 2.2 Komposisi Komia Berbagai Bagian dari Tanaman Kelapa Tabel 2.3 Sifat Umum Polipropilena Tabel 2.4 Sifat_sifat Fisika Selulosa Tabel 4.1 Serapan Gugus Fungsi dari MCC Tabel 4.2 Variasi Penambahan MCC Sebagai Bahan Pengisi Polipropilena Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Kekuatan Tarik dan Kemuluran Komposit Tabel 4.4 Hasil Uji DTA Sebelum Biodegradasi Tabel 4.5 Bilangan Gelombang Polipropilena Murni Tabel 4.6 Data Hasil Penurunan Massa (%) Spesimen Setelah Penanaman Dalam Tanah Tabel 4.7 Hasil Uji DTA Setelah Biodegradasi 69

16 Daftar Gambar Nomor Judul Halaman 1. Gambar 2.1 Tanaman Kelapa dan Tandan Kelapa 9 2. Gambar 2.2 Pembagian Komposit Berdasarkan Konstituennya Gambar 2.3 Skema Bahan Pengisi Polimer Gambar 2.4 Rumus Bangun Selulosa Gambar 2.5 Mekanisme Sirkulasi Degradasi Polimer Gambar 4.1 Hasil Uji SEM dari Mikrokristalin Selulosa Gambar 4.2 Hasil Uji FTIR Mikrokristal Selulosa Gambar 4.3 Difrakogram Sinar X-Sampel MCC 9. Gambar 4.4 Difrakogram Sinar X-Sampel MCC Ardizone et al (1999) Gambar 4.5 Hasil Uji DTA MCC Gambar 4.6 Grafik Tensile Stenght (N/m 2 ) dalam Komposit PP-BPO-MCC-MA Gambar 4.7 Grafik Elongation et Break (%) dari komposit PP-BPO-MCC-MA Gambar 4.8 Hasil Uji SEM dari PP murni Gambar 4.9 Hasil Uji SEM PP:MCC (70:30) Sebelum Biodegradasi Gambar Hasil Uji SEM PP:MCC (80:20) Sebelum Biodegradasi Gambar Hasil Spektrum FTIR PPMCC Sebelum dan Sesudah Biodegradasi Gambar Hasil Uji XRD PPMCC (80:20) Sebelum Biodegradasi Gambar Hasil Uji XRD PPMCC (80:20) Sesudah Biodegradasi Gambar Hasil Uji SEM PP:MCC (80:20) Sesudah Biodegradasi 71

17 Daftar Lampiran Nomor Judul Halaman 1. Lampiran 1 Perhitungan Kekuatan Tarik dan Kemulura Lampiran 2 Perhitungan Persen Penurunan Massa Uji Biodegradable Lampiran 3 Gambar Kromatogran Hasil Uji DTA Untuk MCC Lampiran 4 Gambar Kromatogran Hasil Uji DTA Untuk PP Murni Lampiran 5 Gambar Kromatogran Hasil Uji DTA Untuk PP:MCC (70:30) Sebelum Biodegradasi Lampiran 6 Gambar Kromatogran Hasil Uji DTA Untuk PP:MCC (70:30) Setelah Biodegradasi Lampiran 7 Gambar Kromatogran Hasil Uji DTA Untuk PP:MCC (80:20) Sebelum Biodegradasi Lampiran 8 Gambar Kromatogran Hasil Uji DTA Untuk PP:MCC (80:20) Setelah Biodegradasi Lampiran 9 Gambar Spektrum FTIR Polipropilena Murni Lampiran 10 Gambar Spektrum FTIR PPMCC Sebelum dan Sesudah Biodegradasi Lampiran 11 Hasil Uji XRD Sebelum Biodegradasi Lampiran 12 Hasil Uji XRDSesudah Biodegradasi 95

18 DAFTAR SINGKATAN PP PPd MA MCC PP-g-MA FTIR SEM BPO DTA = Polipropilena = Polipropilena terdegradasi = Maleat Anhidrida = Mikrokristal Selulosa = Polipropilena tergrafting maleat anhidrida = Fourier Transform Infrared Spectroscopy = Scanning Electron microscopy = Benzoil Peroksida = Differential Thermal Analysis