TUGAS MATAKULIAH

NANOTEKNOLOGI KONVERSI DAN PENYIMPANAN ENERGI

MAKALAH

SINTESIS POLIMER NANOKOMPOSIT

Disusun oleh :

Reza Wanjaya

NIM 150514602933

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI JURUSAN TEKNIK MESIN

NOPEMBER 2015

DAFTAR ISI

Halaman

BAB I PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang............................................................................ 1

BAB II ISI

2.1 Polimer....................................................................................... 2

2.2 Aditif dan Filler.......................................................................... 3

2.3 Polimer Nanokomposit............................................................... 4

2.4 Mekanisme Degradasi................................................................ 5

2.5 Pembuatan Aditif dan Polimer Alam......................................... 6

2.6 Pembuatan Komposit Polimer.................................................... 7

2.7 Karakteristik Sifat Fisik dan Mekanik....................................... 8

2.7.1 Karakteristik Biodegrable................................................ 10

2.7.2 Karakteristik Khusus........................................................ 11

2.8 Pembuatan Nanopartikel Khitosan dan Tapioka........................ 12

2.9 Pembuatan Nanokomposit Polimer............................................ 13

2.10 Karakterisasi............................................................................. 14

BAB III PENUTUP

3.1 Kesimpulan dan Saran................................................................ 15

DAFTAR PUSTAKA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dunia industri polimer khususnya plastik sangat membebani dengan

limbahnya karena biaya pengolahan limbahnya begitu tinggi sehingga

sekarang ini digunakan polimer (plastik) biodegradable yang berasal dari

monomer yang biodegradable, seperti polylactic acid (PLA),

polyhydroxyalkanates (PHAs) Trigfycerides, Cellulose, cotton, wood dan silk.

Masalah polimer (plastik) biodegradable ini terletak pada biaya produksi yang

mahal dan sifat mekanik/fisik yang lebih rendah dibandingkan polimer

sintetik lainnya. Oleh sebab itu sampai sekarang pemakaian polimer sintetik

(polietilen, polipropilen, polistiren, polivinil klorida dan efoksi) masih terus

digunakan, akibatnya limbah plastik tersebut menjadi masalah lingkungan dan

kesehatan.

Pengembangan plastik sebagai pengemas terus dilakukan dalam

bentuk komposit, yaitu bahan plastik berbentuk polimer sintetik dicampur

dengan berbagai jenis filler, : pengaruh filler pasir dalam berbagai polimer,

peranan serbuk jerami dan gergaji dalam polimer komposit, penambahan

tepung maizena pada berbagai polimer. Pengembangan plastik sebagai

pengemas dalam bentuk komposit terus berlanjut berdasarkan bahwa bila

ukuran sampel pOlimer dilakukan dalam ukuran nanopartikel ternyata laju

degradasi mengalami peningkatan yang dratis, Surface erosion pada polimer

nanokomposit lebih besar dibandingkan polimer sintetik berbentuk komposit

sehingga lama waktu dan proses biodegradasi polimer nanokomposit akan

lebih baik, artinya filler berbentuk nanopartikel yang dicampur dengan

polimer membentuk polimer nanopartikel mempunyai surface erosion yang

lebih besar. Hasil dari mekanisme proses degradasi plastik akan dihasilkan

CO2 , H20, CH4 dan produk lainnya. Disamping itu cara bekerja bakteri

(mikroba) di dalam tanah (alam terbuka) pada proses degradasi bahan

polimer komposit untuk polimer nanokomposit yang mengandung oksigen

akan mempermudah kerja mikroba di alam terbuka. Disamping itu sifat

mekanik polimer nanokomposit tidak kalah unggul dibandingkan dari poiimer

sintetik sehingga dapat berfungsi sebagai pengemas

Polimer sintetik dalam aplikasi untuk memenuhi berbagai keperluan

hidup manusia selalu ditambahkan berbagai aditif termasuk stabilizer dan

modifier. Manfaat aditif didalam polimer untuk menstabilkan, memodifikasi

dan meningkatkan unjuk kerja dibandingkan dari poiimer sintetik sehingga

dapat berfungsi sebagai pengemas. polimer. Disamping itu juga ditambahkan

filler seperti Ti02, Si02, Talc, Zn02, dan CaC03 ke dalam polimer guna

memperbaiki sifat-sifat fisika dan umumnya murah sehingga dapat

mengurangi biaya produksi dari berbagai jenis filler diatas.

Berbagai jenis aditif yang digunakan dalam polimer seperti anti

blocking agent, anti fogging agent, antioksidan, anti static, heat stabilizer;

Impact modifier, plasticizer, UV stabilizer, UV screening agent, antioksidan

dan processing agent. Berbagai penelitian tentang peranan berbagai aditif dan

filler didalam polimer telah dilakukan seperti : Peranan UV stabilizer pada

berbagai polimer, Perilaku polietilen terhadap pendinginan, Pengaruh

antioksidan pada berbagai sifat polietilen. Penambahan filler Zn02 pada

pembuatan polipaduan ABS-PP . Dari data tersebut diatas menunjukkan

bahwa keberadaan zat aditif dan filler sangat penting sekali didalam proses

pembuatan polimer/plastik yang berkualitas sehingga jenis aditif dan filler

ditentukan oleh fungsi dan kegunaannya selama pemrosesan maupun produk

akhirnya.

Agar fungsi polimer sebagai kemasan menjadi optimal maka

degradasi polimer yang disebabkan oleh berbagai faktor, seperti sinar

matahari , panas , umur dan faktor alam. Oleh sebab itu dalam proses

pembuatannnya, polimer ditambahkan berbagai aditif dan filler guna

mengatasi proses degradasi oleh berbaga i faktor diatas. Dari berbagai hal

diatas maka telah dilakukan pembuatan nanokomposit berbasis polimer

termoplastik dengan filler berukuran nanokomposit sehingga diharapkan

diperoleh plastik kemasan yang ramah lingkungan.

Disini digunakan jenis filler berbentuk tapioka dan chitosan yang

berasal dari limbah , sehingga komposit yang terbentuk bersifat

biodegradable dan dapat berfungsi sebagai kemasan untuk bahan pertanian

termasuk makanan .Disamping meningkatkan nilai tambah dari bahan baku

lokal berupa tapioka dan chitosan, . diharapkan berbagai jenis masalah pada

kemasan plastik berupa sorption (berkurangnya berat bahan yang dikemas ,

seperti bahan pertanian, ikan dan pangan), juga masalah desorption (migrasi

komponen plastik ke dalam bahan yang dikemas), photo degradation

(sensitivitas terdahap radiasi ultra violet) , interaksi antara bahan yang

dikemas dengan plastik dan berakibat perubahan sifat mekanik dan masalah

permeation (sifat permeability terhadap moisture, gas dan cahaya yang dapat

memicu pertumbuhan mikroorganisme) dapat diatasi.

BAB II

ISI

2.1 Polimer

Bila ditinjau dari sumber dan jenis prod uk, polimer terbagi menjadi

2 (dua) katagori yaitu polimer alam dengan sumber agricultural seh ingga

menghasilkan cotton, wood, silk dan karet alam sedangkan polimer sintetik

dengan sumber gas alam , petroleum dan petrochemicals akan menghasilkan

produk berupa plastik , fiber dan elastomer sintetik

Dalam rangka memenuhi keperluan manusia maka polimer sintetik

menjadi pilihan mengingat jumlah dan ketersediaan yang melimpah

dibandingkan dengan polimer alam . Tabel 1 berikut menunjukkan komoditas

berbagai polimer sintetik yang telah diperdagangan di Indonesia (1998)

adalah :

No Jenis Polimer/Plastik Nilai Ekspor

(US $ Juta)

Nilai Impor

(US $ Juta)

1 Polietilen (PE) 82,793 97,713

2 Polipropilen (PP) 58 ,872 85 ,614

3 Polietilen Tereftalat (PET) 205 ,324 61 ,738

4 Polivinil Klorida (PVC) 84 ,051 2,161

5 Polistiren (PS) 13,639 24 ,297

6 Crumb Rubber 900,354 1,027

7 SelulosaJPulp 489,341 0,406

Tabel 1. Berbagai Jenis Polimer dengan Nilai Komoditas

Pada polimer termoplastik tersebut diatas , pemakaian polimer PE dan

PP dalam jumlah besar dan kecenderungan meningkat setiap tahunnya,

dikarenakan polimer PE dan PP dapat dibentuk berbagai produk dan

harganya murah dibandingkan polimer sintetik lainnya . Jenis polimer PE

berupa HOPE , LOPE, LLOPE dan XPE , pada umumnya LOPE dan HOPE

banyak digunakan sebagai bahan baku industri polimer dibandingkan jenis

polimer PE lainnya.

Sedangkan polimer PP, pemakaiannya bergantung parameter proses

yaitu MFI (Melt Flow Index) dan kandungan isotaktik dengan ataktik. Bila

digunakan PP dengan MFI besar maka akan diperoleh polimer PP dalam

jumlah yang besar persatuan waktu dan berlaku sebaliknya. Sementara itu

kandungan isotaktik dengan ataktik mempengaruhi kejernihan polimer PP,

bila kandungan ataktik besar maka akan diperoleh polimer PP dengan

kejernihan yang baik dan berlaku sebaliknya.

2.2 Aditif dan Filler

Polimer sintetik dalam aplikasi untuk memenuhi berbagai keperluan

hidup manusia selalu ditambahkan berbagai aditif termasuk stabilizer dan

modifier. Manfaat aditif didalam polimer untuk menstabilkan, memodifikasi

dan meningkatkan unjuk kerja polimer. Disamping itu juga ditambahkan

filler seperti Ti02, Si02, Talc, Zn02, dan CaC03 ke dalam polimer guna

memperbaiki sifat-sifat fisika dan umumnya murah sehingga dapat

mengurangi biaya produksi' dari berbagai jenis filler diatas, filler CaC03 yang

paling banyak digunakan dalam industri polimer dikarenakan murah,ukuran

dan bentuknya yang serbuk.

Berbagai jenis aditif yang digunakan dalam polimer seperti anti

blocking agent, anti fogging agent, antioksidan, anti static, heat stabilizer,

Impact modifier, plasticizer, UV stabilizer, UV screening agent, antioksidan

dan processing agent. Berbagai penelitian tentang peranan berbagai aditif dan

filler didalam polimer telah dilakukan seperti : Peranan UV stabilizer pada

berbagai polimer, Perilaku polietilen terhadap pendinginan, Pengaruh

antioksidan pada berbagai sifat polietilen. Penambahan filler Zn02 pada

pembuatan polipaduan.

Dari data tersebut diatas menunjukkan bahwa keberadaan zat aditif

dan filler sangat penting sekali didalam proses pembuatan polimer/plastik

yang berkualitas sehingga jenis aditif dan filler ditentukan oleh fungsi dan

kegunaannya selama pemrosesan maupun produk akhirnya.

3.3 Polimer Nanokomposit

Dari berbagai penelitian yang telah dilakukan sebelumnya, ternyata

pembuatan polimer komposit berbasis berbagai polimer belum mendapatkan

polimer yang terbiodegradasi dialam oleh bakteri . Oleh sebab itu

dikembangkan pembuatan polimer yang berasal dari monomer yang dapat

dibiodegradasi , seperti polylactic acid (PLA) , polyhydroxyalkanates (PHAs),

dan Triglycerides, dapat juga digunakan polimer dengan sumber bahan alam ,

seperti : cotton, wood, silk dan karet alam. Tetapi polimer-polimer tersebut

terbatas pada pemakaian dan harga yang mahal sehingga perlu dilakukan

penelitian dengan mengembangkan polimer komposit seperti diatas. 8erbagai

penelitian polimer komposit telah dilakukan , seperti : pengaruh filler pasir

dalam berbagai polimer , peranan serbuk jerami dan gergaji dalam polimer

komposit , penarnbahan tepung maizena pada berbagai polimer.

Dari hal tersebut di atas , bila ukuran sampel polimer dilakukan

dalam ukuran nanopartikel ternyata laju degradasi mengalami peningkatan

yang dratis, seperti diperlihatkan pada Gambar 1 di bawah ini :

Gambar 1. pengaruh ukuran buitr terhadap perbandingan laju degradasi

Dari hal tersebut diatas, akan dilakukan penelitian pembuatan master

batch polimer nanokomposit berbasis polimer termoplastik dan termoset

sehingga akan diperoleh polimer biodegradasi dengan karakterisasi sifat-

sifatnya termasuk didalamnya uji aplikasi pada industri polimer.

2.4 Mekanisme Degradasi

Degradasi polimer dapat disebabkan oleh berbagai faktor, seperti sinar

matahari, panas, umur dan faktor alam. Oleh sebab itu dalam proses

pembuatannnya, polimer ditambahkan berbagai aditif guna mengatasi proses

degradasi oleh berbagai faktor diatas.

Surface erosion pada polimer nanokomposit lebih besar dibandingkan

polimer sintetik berbentuk komposit sehingga lama waktu dan proses

biodegradasi polimer nanokomposit akan lebih baik, artinya filler berbentuk

nanopartikel yang dicampur dengan polimer membentuk polimer nanopartikel

mempunyai surface erosion yang lebih besar. Hasil dari mekanisme proses

degradasi plastik akan dihasilkan gas CO 2 , H20, CH4 dan produk lainnya.

Gambar 2 memperlihatkan mekanisme degradasi polimer/plastik di alam.

Gambar 2. Mekanisme proses degradasi plastik

Untuk polimer nanokomposit yang dibuat dengan metode blending

dan polimer nanokomposit yang mengandung oksigen akan mempermudah

kerja mikroba di alam terbuka.

2.5 Pembuatan Aditif dan Polimer Alam

Peran polimer alam (tapioka dan atau chitosan) dan aditif (platisizer

dan stabilizer) dalam rangka pembuatan komposit polimer akan dipelajari

termasuk pembuatannya. Pembuatan polimer komposit dilakukan dengan

metode blending pada suhu tertentu dan dilakukan variasi waktu blending .

Dari hasil pembuatan polimer alam (tapioka dan chitosan) akan

diperoleh berbagai bentuk dan ukuran. Hasil ini akan diljadikan variasi pada

proses pembuatan komposit polimernya.

2.6 Pembuatan Komposit Polimer

Polimer termoplastik yang sudah sering digunakan sebagai pengemas,

seperti polietilen, polipropilen, dan polivinil klorida (PVC) dicampur dengan

filler (pengisi) tapioka dan atau chitosan. Selain juga dilakukan variasi

komposisi filler (pengisi), lamanya waktu blending dan penambahan aditif

sehingga diperoleh berbagai bentuk produk kemasan yang akan dibuat.

2.7 Karakterisasi Sifat Fisik dan Mekanik

Masing-masing sampel dari berbagai variasi pembuatan ditentukan

sifat mekanik (kekuatan tarik, kekuatan luluh, perpanjangan putus, kekuatan

robek, perpanjangan tetap), sifat fisik, dan karakterisasi lainnya meliputi

ukuran partikel (partikel analizer), analisis strukturmikro (SEM), sifat termal

(STA/TG, DSC) dan struktur kristal (XRD) .

2.7.1 Karakterisasi Biodegradable

Dari sintesis komposit polimer termoplastik (polietilen dan

polipropilen) yang dicampur dengan filler pollimer alam (tapioka dan

chitosan). Hal ini dilakukan karena bentuk filler akan mempengaruhi waktu

dan jenis degradasi yang terjadi, hal yang sama juga dilakukan untuk aditif.

Uji degradasi meliputi : soil butirast test dan udara terbuka.

2.7.2 Karakterisasi Khusus

Karakterisasi dilakukan dengan membuat bah an pengemas berbentuk

kantong plastik untuk produk pangan yang memenuhi persyaratan kesehatan.

Langkah-Iangkah utama dalam keseluruhan penelitian ini , secara skematik

dapat dilihat pada Gambar di bawah ini :

Gambar . Skema Pembuatan Plastik Kemasan Produk Pangan

2.8 Pembuatan Nanopartikel Khitosan dan Tapioka

Khitosan hasil sintesis dari Pusat Aplikasi Teknologti dan Isotop

Radiasi (PATIR) diperlihatkan pada gambar , seperti dibawah ini :

Gambar Khitosan sebelum dilakukan milling dengan a) pembesaran 35 kali

dan b) pembesaran 4000 kali.

Kemudian dilakukan milling dengan variasi waktu, untuk memperoleh

khitosan berukuran nanometer, hasil dari pengukuran SEM diperlihatkan pada

gambar dibawah.

Gambar Hasil milling a) 6 jam,

b) 9jam dan c) 15jam

Grafik Hasil Pengukuran XRD dengan variasi waktu milling HEM

Dari hasil pengukuran SEM tersebut diatas, dilakukan pengukuran XRD

untuk mengetahui ukuran kristalit dari milling 6 jam , 9 jam dan 15 jam .

Gambar diatas menunjukkan hasil pengukuran XRD.

Gambar. Hasil Pengukiran XRD

Dari data XRD tersebut diatas menunjukkan bahwa khitosan dengan

milling 6 jam sudah dapat dikatogorikan sebagai filler dengan ukuran

nanometer. Oleh sebab itu khitosan milling 6 jam selanjutnya digunakan

untuk pembuatan komposit berbasis khitosan atau tapioka dengan berbagai

polimer termoplastik (polietilen dan polipropilen) .

Hal yang sama juga dilakukan, untuk tepung tapioka sehingga

diperoleh ukuran nanometer. Gambar 8 meggambarkan hasil milling dengan

berbagai lama waktu Uam) dengan menggunakan SEM .

Gambar. Hasil SEM untuk tapioka hasil berbagai waktu milling

2.9 Pembuatan Nanokomposit Polimer

Telah dilakukan pembuatan nanokomposit berbasis khitosan dengan

berbagai polimer termoplastik, yaitu polietilen jenis linier densitas rendah

(LLDPE) dan polipropilen (PP). Pemilihan kedua jenis polimer tersebut

didasarkan pada pemakaian jenis kedua polimer tersebut seringkali digunakan

sebagai plastik kemasan berbagai fungsi.

Untuk pembuatan nanokomposit polimer dilakukan blending antara

khitosan atau tapioka berukuran nanometer dengan termoplastik polietilen

(LLDPE) atau polimer jenislain seperti polipropilen (PP) . Suhu blending

dilakukan sesuai dengan polimer termoplastik yang digunakan, yaitu untuk

LLDPE pada suhu 180°C, sedangkan PP pada suhu 200°C dengan waktu

blending selama 10 menit.. Selanjutnya dilakukan pembuatan lembaran film

dengan hot press dan cold press.

Gambar dibawah memperlihatkan hasil pengukuran SEM pada

lembaran nanokomposit polimer, meliputi termoplastik LLPE dan Polipropilen

(PP).

Gambar Nanokomposit : a) LLDPE-Khitosan dan b) PP-Khitosan

2.10 Karakterisasi

Lembaran plastik berbentuk nanokomposit khitosan atau tapioka

berbasis termoplastik polietilen dan polipropilen, dilakukan karakterisasi

meliputi sifat mekanik dan sifat khusus sebagai bahan kemasan pangan.

Untuk karakterisasi biodegradabel (soil butiral test) dilakukan, dimana

lembaran plastik dipotong dengan bentuk dumbbell.

Gambar dibawah memperlihatkan dumbbell dati lembaran

nanokomposit khitosan atau tapioka berbasis termoplastikl polietilen atau

polipropilen.

Gambar. Dumbbell Nanokomposit

Sifat mekanik meliputi Modolus 300 (M300), yield strength , tensile strength

dan elongation at break telah dilakukan, seperti diperlihatkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Sifat Mekanik Nanokomposit berbasis khitosan

No Jenis Sampel Tebal(mm) Tensile

(Kg/cm2)

Elongation at

Break(%)

1 PP+30% Khitosan 0,28 126,08 …

2 LLDPE+30% Khitosan 0,42 86,64 50

3 LLDPE+40% Khitosan 0,40 77,29 42

4 LLDPE+SO% Khitosan 0,43 64,83 30

Gambar dibawah memperlihatkan hasil uji soil butiral, artinya lembaran

plastik berbentuk dumbbell dipendam didalam tanah sedalam 30 cm.

Kemudian dengan periode tertentu dilakukan pengamatan.

Gambar. Hasil uji soil butiral nanokomposit

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan Dan Saran

Dari hasil percobaan yang dilakukan maka diperoleh beberapa

kesimpulan sebagai berikut :

1. Telah berhasil dibuat khitosan dan tapioka berukuran nanometer, untuk

digunakan sebagai filler dalam nanokompost polimer termoplastik polietilen

dan polipropilen

2. Secara umum, peningkatan kandungan (komposisi) filler dalam komposit,

akan menurunkan sifat mekanik dari komposit polimer yang terbentuk. Hal

ini berlaku pada sifat Modulus 300, yield strength dan tensile strength,

sedangkan elongation at break terjadi sebaliknya.

3. Nanokomposit polimer termoplastik berbasis khitosan dan tapioka dapat

dilakukan sehingga komposisi 50 %berat, tetapi pembuatan plastik kemasan

dengan mesin cetak (single extraction) diperoleh komposisi terbaik pada

komposisi 30 %berat

4. Perlu dilakukan paket teknologi untuk nanokomposit polimer termoplastik

polietilen dan polipropilen berbasis khitosan dan tapioca dengan melibatkan

industri terkait

DAFTAR PUSTAKA

[1]. K. Hoppenheidt and J. Trankler, Biodegradable Plastics and Biowaste

Options For Common Treatment, Proccedings of the Biowaste '95

Conference, Aalborg, Denmark, 21-14 Mei 1995.

[2]. Sudirman, Aloma Karo Karo, Teguh Yulius S.P.P., Anik S., dan Isni

M., Studi Peranan Anti Ultraviolet Komposit Berbasis Polimer LOPE dan

EVA Sebagai Plastik Pertanian, Jurnal Sanis dan Teknologi Nuklir Indonesia,

Vol.lV Edisi Khusus 3, Agustus 2003, ISSN. 1411-3481, Hal. 21-32 .

[3]. Sudirman , Dkk, Analisis Struktur Termoplastik Polivinilklorida (PVC)

Akibat Iradiasi Ultraviolet, Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah

Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, Yogyakarta , 8 -10

Juli 1997. Hal. 147 153. ISSN 0216-3128.

[4]. Sudirman dkk, Pengaruh Quenching Terhadap Sifat Mekanik Dan Struktur

Molekul Polietilena, Prosiding Seminar Nasional Himpunan Kimia Indonesia,

Serpong, 8 September 1999. ISBN 979-95799-0-2.

[5] . Sugik S., Aloma K.K ., Sudirman, Evy H., dan Sudaryanto,

Karakterisasi Sifat Mekanik Dan Termal Komposit Etil Vinil Asetat-Irganok,

Prosiding Simposium Nasional Polimer IV, Himpunan Polimer Indonesia

(HPI) , Jakarta, 8 Juli 2003, ISSN 1410-8720, Hal. 209-214.

[6] . Sugik S., Aloma K. K., Sudirman dan Evy Hertinvyana ., Karakterisasi

Sifat Mekanik Dan Termal Komposit LDPE-Irganok. Prosiding Pertemuan

Ilmiah Iptek Bahan '02, P3IB-Batan , Serpong, 22-23 Oktober 2002 , ISSN

1411-2213, Hal. 241245.

[7] . Reni Tri YS., Hendro Juwono , dan Sudirman, Pengaruh Penambahan

Zinc Stearate Terhadap Degradasi Termal Pada Polipaduan Akrilonitril-

ButadienaStirena dan Polipropilena Sena Karakterisasi Mekanik dan Infra

Merah , Jurnal Sains Materi Indonesia , Vol. 4 NO.3 Juni 2003 , ISSN 1411-

1098, Hal. 26-32 .