PEMANFAATAN KARET BAN BEKAS (GROUND RUBBER) DAN POLISTIRENA BEKAS SEBAGAI BAHAN ADITIF DALAM PEMBUATAN ASPAL POLIMER TESIS Oleh AHMAD HAFIZULLAH RITONGA 097006001/KIM FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
PEMANFAATAN KARET BAN BEKAS (GROUND RUBBER) DAN POLISTIRENA BEKAS SEBAGAI BAHAN ADITIF DALAM PEMBUATAN ASPAL POLIMER TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Oleh AHMAD HAFIZULLAH RITONGA 097006001/KIM FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
Judul : PEMANFAATAN KARET BAN BEKAS (GROUND RUBBER) DAN POLISTIRENA BEKAS SEBAGAI BAHAN ADITIF DALAM PEMBUATAN ASPAL POLIMER Nama Mahasiswa : AHMAD HAFIZULLAH RITONGA Nomor Pokok : 097006001 Program Studi : Magister Ilmu Kimia Menyetujui Komisi Pembimbing Prof. DR. Tamrin, M.Sc Ketua Eddiyanto, Ph.D Anggota Ketua Program Studi, Dekan, Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc Tanggal lulus : 20 Juni 2011
Telah diuji pada Tanggal : 20 Juni 2011 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr. Tamrin, M.Sc Anggota : 1. Eddiyanto, Ph.D 2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 3. Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc 4. Dr. Darwin Yunus, MS 5. Prof. Dr. Yunazar Manjang
PERNYATAAN PEMANFATAAN KARET BAN BEKAS (GROUND RUBBER) DAN POLISTIRENA BEKAS SEBAGAI BAHAN ADITIF DALAM PEMBUATAN ASPAL POLIMER TESIS Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar Medan, 20 Juni 2011 Ahmad Hafizullah Ritonga
PEMANFAATAN KARET BAN BEKAS (GROUND RUBBER) DAN POLISTIRENA BEKAS SEBAGAI BAHAN ADITIF DALAM PEMBUATAN ASPAL POLIMER ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan karet ban bekas dan polistirena bekas sebagai bahan aditif dalam pembuatan aspal polimer. Aspal polimer dibuat dengan cara mencampurkan karet ban bekas, polistirena bekas, agregat pasir, DCP, DVB, dan di proses dalam ekstruder pada suhu 170 o C. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa yang paling optimum yaitu pada campuran aspal variasi karet ban bekas dan polistirena bekas (5:35), dimana untuk pengujian mekanis, kuat tekan yang dihasilkan sebesar 2,92 MPa akan tetapi hal ini belum memenuhi SNI 08-1991- 03 (kuat tekan 15-40 MPa). Untuk pengujian sifat fisis, penyerapan air yang dihasilkan sebesar 0,23% dan telah memenuhi SNI-03-1969-1990 (maksimum penyerapan air sebesar 3%), sifat termal tidak menunjukkan hasil yang lebih baik dimana dihasilkan suhu dekomposisi 500 o C, analisis morfologi dengan SEM memperlihatkan adanya perubahan struktur dari campuran aspal. Spektrum FTIR menunjukkan adanya ikatan silang yang terjadi melalui gugus hidroksil dari aspal dengan polistirena, karet ban, dan DVB melalui reaksi radikal yang diinisiasi oleh adanya peroksida DCP. Kata kunci : Karet ban, polistirena, aspal, agregat, DCP, DVB. i
UTILIZATION OF GROUND RUBBER AND POST CONSUMER POLYSTYRENE AS ADDITIVES IN MANUFACTURING OF ASPHALT POLYMER ABSTRACT The aims of this research is to utilise ground rubber, post consumer polystyrene as additives in modified asphalt polymers. Asphalt polymer was prepared by mixing ground rubber, post cunsumer polystyrene, sand aggregate, DCP, DVB, and processing in a extruder which temperature were fixed at 170 o C. The result of characterization showed that the most optimum variation of the asphalt mix ground rubber and post consumer polystyrene (5:35), which for mechanical testing, compressive strength of 2,92 MPa, but this not met SNI 08-1991-03 (compressive strength of 15-40 MPa). For the testing of physical properties, water asorption 0,23% and has met SNI 03-1969-1990 (maximum water absorption of 3%), thermal properties didn t show better results, in which the resulting decomposition temperature of 500 o C, and morphological analysis by SEM showed changes in the structure of asphalt mixtures. FTIR spectra showed that the crosslinking occurs through the hydroxyl group of asphalt with polystyrene, ground rubber, and DVB through radical reactions initiated by the peroxide DCP Keywords: Ground rubber, polystyrene, asphalt, aggregate, DCP, DVB. ii
KATA PENGANTAR Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmad dan karunia-nya sehingga tesis yang berjudul Pemanfaatan Karet Ban Bekas (Ground Rubber) dan Polistirena Bekas Sebagai Bahan Aditif Dalam Pembuatan Aspal Polimer ini dapat diselesaikan. Dengan diselesaikannya tesis ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Rektor Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Dr. Sutarman, M.Sc, Ketua Program Studi Magister Ilmu Kimia Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, dan Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Kimia Dr. Hamonangan, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya ditujukan kepada : 1. Bapak Prof. Dr. Tamrin, M.Sc selaku Pembimbing Utama dan Bapak Eddiyanto, Ph.D selaku Anggota Komisi Pembimbing yang telah memberikan perhatian, dorongan, bimbingan dan arahan dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian ini. 2. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D, Bapak Dr. Hamonangan, M.Sc, Bapak Dr. Darwin Yunus Nasution, MS, dan Bapak Prof. Dr. Yunazar Manjang selaku penguji yang telah banyak memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan tesis ini. 3. Ibu Dr. Yugia Muis, M.Sc selaku Kepala Laboratoium Polimer FMIPA USU beserta staf atas fasilitas dan sarana yang diberikan selama penelitian. iii
4. Kepala Laboratorium Penelitian FMIPA USU, Kepala Laboratorium PTKI Medan, Kepala Laboratorium Bea dan Cukai, dan Kepala Laboratorium Geologi Kuarter PPGL dalam bantuannya menganalisa sampel. 5. Ayahanda Almarhum Hafzon Malik Ritonga dan Ibunda Syafirida, serta adikadik yang telah memberikan do a restu serta dorongan moril maupun materil sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan. 6. Adinda Rizky Adriani yang sangat spesial dihati penulis yang telah meluangkan banyak waktunya untuk membantu menyelesaikan penulisan tesis ini. 7. Rekan-rekan seangkatan 2009 atas kekompakan dan kerjasamanya yang baik selama perkuliahan maupun selama penelitian. 8. Teman-teman di kompleks pamen yang telah banyak membantu memberikan dorongan moril selama menyelesaikan pendidikan. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan tesis ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan untuk masa yang akan datang. Hormat Penulis, Ahmad Hafizullah Ritonga iv
RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama Lengkap berikut gelar : Ahmad Hafizullah Ritonga, S.Si Tempat dan Tanggal Lahir : Medan, 13 Mei 1981 Alamat Rumah : Jl. Coklat 10 No. 04 P. Simalingkar Medan Telepon/HP : 061-8365562/082165570555 Email : hafizullahahmad@yahoo.co.id DATA PENDIDIKAN SD : SD Muhammadiyah 01 Medan Tamat : 1994 SMP : SLTP Negeri 14 Medan Tamat : 1997 SMU : SMU Negeri 7 Medan Tamat : 2000 Strata-1 : Kimia FMIPA USU Tamat : 2005 Strata-2 : Program Studi Magister Ilmu Kimia USU Tamat : 2011 v
DAFTAR ISI ABSTRAK i ABSTRACT ii KATA PENGANTAR iii RIWAYAT HIDUP v DAFTAR ISI vi DAFTAR TABEL ix DAFTAR GAMBAR x DAFTAR LAMPIRAN xi DAFTAR ISTILAH xii BAB 1 PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 4 1.3 Pembatasan Masalah 4 1.4 Tujuan Penelitian 5 1.5 Manfaat Penelitian 5 1.6 Metodologi Penelitian 5 1.7 Lokasi Penelitian 6 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 7 2.1 Aspal 7 2.1.1 Jenis-Jenis Aspal 7 2.1.2 Sifat Kimiawi Aspal 10 2.1.3 Fungsi Aspal Sebagai Material Perkerasan Jalan 13 2.2 Modifikasi Polimer Aspal 13 2.2.1 Pemanfaatan Karet Ban 15 2.2.2 Pemanfaatan Polistirena 17 vi
2.3 Agregat 19 2.3.1 Penggunaan Pasir Sebagai Bahan Agregat 20 2.4 Inisiator Dikumil Peroksida 21 2.5 Divenil Benzena (DVB) 22 2.5.1 Grafting Divenil Benzena Pada Polistirena 23 2.6 Karakterisasi Modifikasi Aspal Polimer 24 2.6.1 Pengujian Kuat Tekan 24 2.6.2 Pengujian Penyerapan Air 25 2.6.3 Pengujian Termal dengan Differential Thermal Analysis 25 2.6.4 Pengujian Morfologi dengan Scanning Electron Microscopy 27 2.6.5 Analisis Gugus Fungsi dengan Spektroskopi Fourier Transform Infra Red 28 BAB 3 METODE PENELITIAN 29 3.1 Bahan-Bahan 29 3.2 Alat-Alat 29 3.3 Prosedur Penelitian 29 3.3.1 Persiapan Agregat dan Bahan Polimer 29 3.3.2 Proses Pembutan Aspal Polimer 30 3.3.3 Karakterisasi Aspal Polimer 31 3.3.3.1 Proses Pengujian Kuat Tekan 31 3.3.3.2 Proses Pengujian Penyerapan Air 31 3.3.3.3 Proses Pengujian Dengan DTA 32 3.3.3.4 Proses Pengujian Dengan SEM 33 3.3.3.5 Proses Analisis Dengan FT-IR 33 3.4 Bagan Penelitian 34 vii
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 35 4.1 Hasil dan Analisis Pengujian Kuat Tekan 35 4.2 Hasil dan Analisis Pengujian Penyerapan Air 38 4.3 Hasil dan Analisis Pengujian Dengan DTA 41 4.4 Hasil dan Analisis Pengujian Dengan SEM 42 4.5 Hasil dan Analisis Pengujian Dengan Spektroskopi FT-IR 45 4.6 Perkiraan Mekanisme Reaksi 47 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 51 5.1. Kesimpulan 51 5.2. Saran 52 DAFTAR PUSTAKA 53 LAMPIRAN 57 viii
DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman 2.1 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Penetrasi 60/70 10 2.2 Kandungan Kimia Karet Ban Kendaraan Bermotor 16 2.3 Sifat-Sifat Fisik Polistirena 18 4.1 Hasil Uji Kuat Tekan Dari Campuran Aspal Variasi Karet Ban dan Polistirena 37 4.2 Hasil Pengujian Penyerapan Air Dari Campuran Aspal Variasi Karet Ban dan Polistirena 39 ix
DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman 2.1 Struktur Aspal 11 2.2 Struktur Asphaltene 11 2.3 Struktur Saturate 12 2.4 Reaksi Polimerisasi Polistirena 17 2.5 Struktur Dikumil Peroksida 21 2.6 Mekanisme Radikal Dari Dikumil Peroksida 22 2.7 Struktur Divenil Benzena 22 2.8 Reaksi Antara Polistirena dengan Divenil Benzena 23 2.9 Pola Umum Kurva DTA 26 3.1 Bagan Penelitian Proses Pembuatan Aspal Polimer 34 4.1 Diagram Hasil Pengujian Kuat Tekan Terhadap Campuran Aspal Variasi Karet Ban dan Polistirena 35 4.2 Grafik Hubungan Antara Nilai Kuat Tekan Dengan Campuran Aspal Variasi Karet Ban dan Polistirena 37 4.3 Grafik Hubungan Antara Persentase Penyerapan Air Dengan Campuran Aspal Variasi Karet Ban dan Polistirena 39 4.4 Hasil SEM Campuran Aspal Dan Agregat Dengan Perbesaran 100 kali 42 4.5 Hasil SEM Campuran Aspal Variasi Karet Ban dan Polistirena (5:35) Sebelum Pengujian Kuat Tekan Dengan Perbesaran 100 kali 43 4.6 Hasil SEM Campuran Aspal Variasi Karet Ban dan Polistirena (5:35) Setelah Pengujian Kuat Tekan Dengan Perbesaran 100 kali 44 x
DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman 1 Diagram DTA Campuran Aspal Dengan Variasi Karet Ban dan Polistirena (5:35) 57 2 Diagram DTA Campuran Aspal Dan Agregat 58 3 Hasil Foto SEM Campuran Aspal Dan Agregat 59 4 Hasil Foto SEM Campuran Aspal Dengan Variasi Karet Ban dan Polistirena (5:35) Sebelum Dilakukan Pengujian Mekanis 60 5 Hasil Foto SEM Campuran Aspal Dengan Variasi Karet Ban dan Polistirena (5:35) Setelah Dilakukan Pengujian Mekanis 61 6 Spektrum FT-IR Campuran Aspal Dan Agregat 62 7 Spektrum FT-IR Campuran Karet Ban dan Polistirena (5:35) 63 8 Spektrum FT-IR Campuran Aspal Variasi Karet Ban dan Polistirena (5:35) 64 9 Spektrum FT-IR Polistirena 65 10 Foto Hasil Pencetakan Campuran Aspal Dengan Variasi Karet Ban dan Polistirena 66 11 Foto Pengujian Penyerapan Air Campuran Aspal Dengan Variasi Karet Ban dan Polistirena 67 12 Foto Pengujian Kuat Tekan Campuran Aspal Dengan Variasi Karet Ban dan Polistirena 68 13 Foto Bahan-Bahan Penelitian 69 14 Foto Peralatan Penelitian 70 15 Foto Aktivitas Selama Penelitian 71 xi
DAFTAR ISTILAH ASTM : American Standart for Testing and Material Bilangan gelombang : Banyaknya gelombang per centimeter (cahaya) digunakan dalam spektroskopi inframerah, kuantitas ini berbanding lurus dengan energi radiasi. Campuran Aspal : Campuran antara aspal dengan agregat pasir halus DCP : Dikumil Peroksida DTA : Differential Thermal Analysis, merupakan alat untuk mengidentifikasi sifat termal dari suatu senyawa. DVB : Divenil Benzena FT-IR : Fourier Transform Infra Red, merupakan alat untuk mengidentifikasi gugus fungsi dari suatu senyawa. MPa : Satuan kekuatan tekan dalam satuan Mega Pascal. Phr : Part perhundred (bagian perseratus) PMA : Polimer Modifikasi Aspal SEM : Scanning Electron Microscopy, merupakan alat untuk mengidentifikasi permukaan dari suatu senyawa. SNI : Standar Nasional Indonesia Tg : Suhu transisi gelas dalam satuan o C. Tm : Suhu dekomposisi dalam satuan o C. xii