BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Penambahan bahan pengisi atau campuran dua atau lebih polimer telah menjadi fenomena penting pada tahun-tahun terakhir untuk mendapatkan suatu bahan dengan sifat-sifat tertentu seperti sifat mekanik, fisika dan panas, yang tidak dapat ditemukan pada masing-masing komponen penyusunnya dengan proses pembuatan yang lebih mudah dan biaya yang relatif murah (Khalid, dkk., 2008) yang memenuhi Standar Nasional Indonesia (SNI) No. 19-1811-1990. Umumnya bahan pengisi ditambahkan ke bahan polimer seperti termoplastik, termoset, karet ataupun elastomer ditujukan untuk meningkatkan sifat-sifat tertentu dan untuk mengurangi biaya produksi ataupun keduanya sekaligus. Komposit polimer sangat berkembang saat ini dibandingkan dengan komposit logam ataupun keramik. Komposit polimer yang sering digunakan ialah termoplastik hal ini disebabkan karena polimer termoset lebih mahal sehingga kurang ekonomis untuk digunakan. Termoplastik yang umum digunakan yaitu poliolefin seperti polipropilena, polietilen dan sebagainya. Poliolefin banyak digunakan karena harganya murah, tidak mudah tergores, fleksibel, dampak kimianya tidak merusak lingkungan dan dapat didaur ulang (Caulfed, 2005 dan Li & Wallcot, 2006). Pengisi alamiah banyak digunakan untuk menggantikan pengisi sintetis karena memiliki banyak kelebihan diantaranya yaitu, bahan yang tiada habisnya, biaya murah, dapat diperbarui (renewable), dapat terdegradasi secara biologi (biodegradable), polimer biologi yang kompak (biocompatible), mudah diperoleh, mudah dilakukan pengolahan kimia dan tidak membahayakan kesehatan (Granja, dkk., 2001 dan Khalid, dkk., 2008). Menurut Fuad, dkk (1994) penggunaan sekam padi dan abu sekam padi sebagai bahan pengisi alami meningkatkan sifat-sifat mekanik komposit polietilena karena sekam padi mengandung sellulosa, hemisellulosa dan lignin sedangkan abu sekam padi mengandung bahan anorganik seperti CaO, MgO, Fe 2 O 3, K 2 O,Na 2 O, Al 2 O 3, P 2 O 5 dan SiO 2.
Limbah padat pulp sebagai bahan pengisi di dalam matriks termoplastik semakin mendapat perhatian para peneliti seperti Jang, dkk (2000), Jang, dkk (2001) dan Son, dkk (2001). Limbah padat pulp merupakan limbah buangan dari industri pembuatan pulp PT. Toba Pulp Lestari (Tbk), Porsea Sumatera Utara tersedia sangat banyak berkisar 70 ton/hari sehingga meninbulkan masalah terhadap lingkungan (Liaw, dkk 1998 dan Boni, dkk 2004). Secara umum, limbah padat pulp memerlukan tempat pembuangan dan hanya sebagian kecil yang dibakar atau digunakan untuk pertaniaan. Limbah padat pulp mengandung dua komposisi yaitu bahan organik (41 % terdiri daripada sellulosa, hemisellulosa dan lignin) dan bahan anorganik (59 % kaolin, kalsium dan karbonat) yang memang ditambahkan pada proses pembuatan pulp untuk mengurangi biaya. Sebagai bahan pengisi di dalam matriks termopalstik, limbah padat pulp mempunyai banyak kelebihan dan semakin berkembang, disamping biaya yang murah dan komposisi nya yang terdiri dari senyawa organik dan anorganik dan yang paling penting masalah lingkungan dapat diatasi secara nyata dan mengubah bahan buanagan menjadi bahan yang memiliki nilai dapat direalisasikan (Boni, dkk 2004 dan Salmah, dkk 2005). Proses pencampuran poliolefin khususnya polipropilena dengan limbah padat pulp cenderung tidak berlangsung secara homogen karena sifat kedua bahan yang memiliki kepolaran yang berbeda sesuai dengan kajian Salmah, dkk. (2005), Ismail dkk. (2001) dan juga Ismail dkk. (2003). Untuk meningkatkan keserasian campuran polimer diperlukan bahan penyerasi (compatibilizing agent) yang dapat meningkatkan interaksi/adhesi antara bahan pengisi dengan matriks polimer. Teknik modifikasi struktur bahan polimer juga telah digunakan untuk meningkatkan keserasian campuran polimer, dengan cara memperkecil perbedaan polaritas atau memperbesar interaksi/adhesi fisika kimia pada permukaan serbuk pengisi dengan bantuan bahan penyerasi (compatabilizer agent) (Felix & Gatenholm, 1991). Myers dkk. (1991), meneliti pengaruh maleat anhidrida dan modifikasi komposisi kepada sifat-sifat komposit polipropilena/serbuk kayu. Kelapa sawit, abu sekam padi, serbuk kayu karet, dan kertas buangan telah pula digunakan sebagai pengisi di dalam komposit karet, termoplastik, termoplastik-karet
demikian juga dengan Mohd. Ishak dkk. (1998), Rozman dkk. (1998), Ismail dkk. (1999), Siriwardena dkk. (2003) dan Salmah dkk. (2005), mereka juga meneliti penggunaan maleat anhidrida terhadap matriks termoplastik. Dari penelitianpenelitian tersebut didapati bahwa penggunaan bahan penyerasi maleat anhidrida telah meningkatkan sifat kekuatan tarik komposit yang dihasilkan. Menurut Khalid dkk. (2008) penggunaan bahan pengisi alamiah seperti serat tandan kosong kelapa sawit dengan ukuran 500 µm pada matriks termoplastik polipropilena memiliki sifat-sifat mekanik yang lebih tinggi dan lebih ekonomis dibandingkan komposit lain. Akan tetapi serat alamiah ini juga memiliki beberapa kelemahan yaitu interaksi antar muka dan penyerapan air yang kurang memuaskan karena serat tandan kosong kelapa sawit memiliki sifat hidrofilik. Masalah ini dapat diatasi dengan menggunakan bahan penyerasi (compatabilizer agent), polipropilena maleat anhidrida. Secara umum, kemampuan penguatan suatu pengisi dipengaruhi oleh tiga ciri utama yaitu ukuran atau luas permukaan, bentuk atau struktur permukaan serta aktivitas atau sifat-sifat kimia permukaan. Pengisi biasanya mempunyai ukuran partikel yang kecil, permukaan yang aktif secara kimia (Hanafi, 2000, Xu, dkk., 2008 dan Khalid, dkk., 2008). Semakin kecil ukuran dari partikel pengisi maka luas permukaan akan semakin besar dan daya interaksi/adhesi antara kedua bahan akan semakin besar pula sehingga sifat-sifat mekanik akan semakin bagus (Hanafi, 2000, Khalid dkk., 2008, Oksman dkk., 2006, Nebahat dkk., 2006 dan Xu dkk., 2007). Oksman dkk. (2006), Nebahat dkk. (2006) dan Xu dkk. (2007) telah membuktikan bahwa ukuran partikel sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat komposit yang dihasilkan. Mereka membandingkan ukuran partikel pengisi, terbukti bahwa dengan ukuran partikel yang lebih kecil seperti nano, komposit yang dihasilkan memiliki sifat-sifat yang sangat baik seperti sifat mekanik dan sifat ketahanan panas dengan kandungan pengisi yang rendah. Xanthos (1983) mengkaji pengaruh keadaan pemprosesan kepada sifatsifat pembentukan komposit polipropilena yang terisi 30% dan 40% serbuk kayu dan membandingkannya dengan polipropilena yang terisi talk dan kalsium karbonat dan Woodhams dkk. (1984) juga mengkaji penggunaan polipropilena isotaktik dengan penambah serat kayu pulp, sisa pulp dan surat kabar yang didaur
ulang. Penggunaan polipropilena dan serat-serat alamiah tersebut meningkatkan modulus tarik, kekerasan tetapi kekuatan tarik berkurang dengan bertambahanya kandungan pengisi Qiao dkk. (2003a dan 2003b), telah mengkaji penggunaan berbagai bahan penyerasi pada pengisi sludge kertas di dalam komposit polipropilena. Menurut mereka bahwa penambahan berbagai jenis bahan penyerasi akan meningkatkan sifat-sifat mekanikal komposit yang dihasilkan. Bahan penyerasi yang digunakan pada penelitian ini adalah turunan dari minyak jarak pagar (Jatropha curcas L., Euphorbiaceae). Penggunaan minyak jarak pagar dikarenakan harganya murah dan banyak tersedia. Berdasarkan uraian di atas, maka perlu untuk melakukan penelitian tentang pemanfaatan limbah padat pulp yang berasal dari PT. Toba Pulp Lestari (Tbk) Porsea Sumatera Utara sebagai bahan pengisi dengan ukuran mikrometer pada proses pembuatan komposit dengan matriks polimer polipropilena dan bahan penyerasi maleat anhidrida polipropilena atau minyak jarak pagar. 1.2 Permasalahan Mikrokomposit polipropilena (PP) yang berisi limbah padat pulp (LPP) dibuat dengan menambahkan partikel pengisi LPP yang berasal dari buangan proses pembuatan pulp PT. Toba Pulp Lestari (Tbk) dengan komposisi dan ukuran partikel yang berbeda-beda dengan matriks polimer PP yang juga berbeda-beda. Matriks polipropilena dan pengisi limbah padat pulp memiliki sifat kepolaran yang berbeda yang dapat menghalangi terjadinya interaksi/adhesi antara keduanya sehingga melemahkan sifat-sifat komposit yang dihasilkan. Untuk meningkatkan interaksi/adhesi diantara matriks dan pengisi dan meningkatkan sifat-sifat mikrokomposit yang dihasilkan dapat dilakukan dengan memperkecil ukuran partikel limbah padat pulp dan menambahkan bahan penyerasi (compatabilizer agent) polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar. Tujuan penambahan polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar adalah untuk meningkatkan keserasian mikrokomposit yang dihasilkan. Penambahan bahan-bahan tersebut diharapkan dapat meningkatkan sifat-sifat mekanikal dan termal mikrokomposit yang dihasilkan. Mikrokomposit yang dihasilkan juga akan
diteliti sejauh mana dapat terdegradasi. Permasalahan yang akan dibahas pada penelitian ini adalah bagaimana pengaruh jumlah kandungan pengisi, ukuran partikel limbah padat pulp dan penambahan bahan penyerasi polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar pada mikrokomposit polipropilena yang dihasilkan terhadap sifat-sifat mekanik, sifat termal, morfologi permukaan putus, spektrum FTIR dan sifat degradasi. 1.3 Tujuan Penelitian Dengan berorientasi pada permasalahan di atas maka tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut : Untuk mengetahui sifat-sifat mikrokomposit yang dihasilkan karena penambahan jumlah kandungan pengisi limbah padat pulp Untuk mengetahui pengaruh ukuran partikel limbah padat pulp terhadap sifatsifat mikrokomposit yang dihasilkan Untuk mengetahui pengaruh penambahan bahan penyerasi polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar terhadap sifat-sifat mikrokomposit yang dihasilkan Untuk mengetahui mekanisme interaksi akibat penambahan bahan penyerasi polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar terhadap sifatsifat mikrokomposit yang dihasilkan Untuk mengetahui sifat degradasi mikrokomposit polipropilena yang berisi limbah padat pulp dengan atau tanpa penambahan bahan penyerasi polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar. 1.4 Manfaat Penelitian Dengan adanya penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat bagi dunia industri maupun dunia pendidikan, sebagai berikut : Hasil utama disertasi ini adalah mikrokomposit termoplastik polipropilena yang diperkuat dengan limbah padat campuran organik dan anorganik industri pulp yang dapat digunakan untuk bahan teknik yang ramah terhadap lingkungan
Memberikan nilai tambah terhadap limbah padat buangan industri pulp yang selama ini hanya digunakan sebagai land fill dan sebagian kecil untuk pertanian Merupakan suatu teknik yang baru dalam pembuatan komposit dengan ukuran mikro sehingga dapat menjadi salah satu rujukan bagi peneliti-peneliti selanjutnya Dapat membantu industri pulp dalam menangani limbahnya khususnya limbah padat yang pertambahannya sangat cepat sekali 1.5 Penyelesaian Masalah Pada penelitian ini dilakukan pembuatan mikrokomposit termoplastik polipropilena dengan limbah padat campuran organik dan anorganik industri pulp sebagai bahan pengisi. Limbah padat pulp ini berasal dari PT. Toba Pulp Lestari Tbk. Limbah padat industri pulp sangat berpotensi digunakan sebagai bahan pengisi pada karena terdiri dari serat organik (sellulosa, hemisellulosa dan/atau lignin) dan serat anorganik seperti kaolin, kalsium karbonat, talk dan sebagainya. Ukuran pengisi pada mikrokomposit sangat menentukan hasil dari mikrokomposit tersebut. Hal ini disebabkan karena semakin kecil ukuran partikel pengisi maka luas antar muka akan semakin besar sehingga interaksi semakin kuat dan komposit yang dihasilkan juga akan semakin baik. Dengan membuat limbah padat pulp berukuran mikrometer maka akan dapat meningkatkan sifat torka, sifat-sifat mekanik, sifat termal, morfologi permukaan, spektrum FTIR dan degaradasi mikrokomposit polipropilena yang terisi limbah padat pulp tersebut. Keserasian antara limbah padat pulp dengan polipropilena sangat rendah, hal ini disebabkan sifat kepolaran yang berbeda antara limbah padat pulp dengan polipropilena. Dengan penambahan polipropilena maleat anhidrida dan/atau minyak jarak pagar akan dapat meningkatkan keserasian pada mikrokompoisit polipropilena dengan limbah padat pulp yang dapat dilihat pada sifat-sifat mekanik, sifat termal, morfologi permukaan, spektrum FTIR dan degaradasi mikrokomposit yang dihasilkan.