sintesis polimer nanokomposit

of 27/27
TUGAS MATAKULIAH NANOTEKNOLOGI KONVERSI DAN PENYIMPANAN ENERGI MAKALAH SINTESIS POLIMER NANOKOMPOSIT Disusun oleh : Reza Wanjaya NIM 150514602933 UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK

Post on 12-Apr-2016

25 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

polimer nanokomposit

TRANSCRIPT

TUGAS MATAKULIAHNANOTEKNOLOGI KONVERSI DAN PENYIMPANAN ENERGI

MAKALAHSINTESIS POLIMER NANOKOMPOSIT

Disusun oleh :Reza WanjayaNIM 150514602933

UNIVERSITAS NEGERI MALANGFAKULTAS TEKNIKPROGRAM STUDI JURUSAN TEKNIK MESINNOPEMBER 2015

DAFTAR ISI HalamanBAB I PENDAHULUAN1.1Latar Belakang1BAB II ISI2.1 Polimer22.2 Aditif dan Filler32.3 Polimer Nanokomposit42.4 Mekanisme Degradasi52.5 Pembuatan Aditif dan Polimer Alam62.6 Pembuatan Komposit Polimer72.7 Karakteristik Sifat Fisik dan Mekanik82.7.1 Karakteristik Biodegrable102.7.2 Karakteristik Khusus112.8 Pembuatan Nanopartikel Khitosan dan Tapioka122.9 Pembuatan Nanokomposit Polimer132.10 Karakterisasi14BAB III PENUTUP3.1 Kesimpulan dan Saran15DAFTAR PUSTAKA

BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangDunia 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 pengemasPolimer 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 IIISI2.1 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 sintetikDalam 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 :NoJenis Polimer/PlastikNilai Ekspor(US $ Juta)Nilai Impor(US $ Juta)

1Polietilen (PE) 82,793 97,713

2Polipropilen (PP)58 ,872 85 ,614

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

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

5Polistiren (PS) 13,63924 ,297

6Crumb Rubber 900,3541,027

7SelulosaJPulp 489,3410,406

Tabel 1. Berbagai Jenis Polimer dengan Nilai KomoditasPada 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 FillerPolimer 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 NanokompositDari 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 degradasiDari 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 DegradasiDegradasi 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 plastikUntuk 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 AlamPeran 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 Pangan2.8 Pembuatan Nanopartikel Khitosan dan TapiokaKhitosan 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 HEMDari 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 milling2.9 Pembuatan Nanokomposit PolimerTelah 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 180C, sedangkan PP pada suhu 200C 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-Khitosan2.10 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 NanokompositSifat 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 khitosanNoJenis Sampel Tebal(mm)Tensile (Kg/cm2)Elongation at Break(%)

1PP+30% Khitosan0,28126,08

2LLDPE+30% Khitosan0,4286,6450

3LLDPE+40% Khitosan0,4077,2942

4LLDPE+SO% Khitosan0,4364,8330

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 IIIPENUTUP3.1 Kesimpulan Dan SaranDari 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 .