Campuran Limbah Padat Organik dan Anorganik Pulp Sebagai Bahan Pengisi Mikrokomposit Termoplastik Poliolefin

Abstract

This research is aimed to investigate pulp solid waste (PSW) potency as filler in polipropylene mikrocomposites. PP/LPP microcomposites are made by adding PSW particle come from waste pulp process PT. Toba Pulp Lestari (Tbk) with composition start from 0, 10, 20 and 30 % weight and also different particle size as 1,46; 14,23 and 169 µm with composition PP matrix 100, 90, 80 and 70 % weight. Caused not compatable between PSW filler with PP matrix then was added maleic anhydride polipropylene (MAPP) as much as 3 % weight PP and also added jatrova oil (JO) as much as 7 % weight PP. Adding MAPP and JO aimed to compatabilize between PSW filler with PP matrix and also to improve mechanical properties. PSW/PP microcomposites are processed by Haake Polydrive Mixer at 180 oC and 50 rpm for 7 minute. The effect of PSW loading and particle size, and also effect of MAPP and JO on mechanical properties, surface morphology, thermal properties, FTIR spectrum and microcomposites degradation were investigated. The result of mechanical test showed that increasing of PSW (30 % weight)loading has increased the value of stabilization torque, Young’s modulus about 22.31 %, water absorption, thermal stability and crystalinity microcomposite,whereas tensile strength, impact strength 23.69 %, elongation at break 672.98 % and impact strength 48.25 % reduced about to PP control. The PP/PSW microcomposite with particle size of 1.46 µm have higher tensile strength (23.69 %), elongation at break (672.98 %), Young’s modulus (22.31 %) and impact strength (48.25 %) than PP/PSW microcomposite with particle size of 14.23 µm and 169 µm. Analysis of thermogravimetry (TGA) exhibited that increasing of PSW loading increased thermal stability resistance PP/PSW microcomposite with increasing temperature until 600 oC, while Diffrential Scanning Calorimetry (DSC) showed the increasing melting temperature (Tl) and degree of crystallinity (Xk) microcomposite decreased. Thermal analysis result is indicates that microcomposite with particle size of 1.46 µm show higher thermal stability and degree of crystallinity than microcomposite with particle size of 14.23 µm and 169 µm. Scanning Epectron Microscopy (SEM) of tensile fracture surface indicated that PSW with particle size of 1.46 µmbetter interaction with PP polymer matrix compared PSW with particle size of 14.23 µm dan 169 µm. The addition of compatabilizer agent MAPP and coupling agent JO were used to improve mechanical properties microcomposite. The addition JO has decreased mechanical properties compared with PP/PSW microcomposite without the addition of MAPP and with the addition of MAPP. Caused JO only lubricant property function for easy blending process between PP matrix with PSW filler. At similar loading of PSW, PP/PSW microcompostes with MAPP showed higher tensile stength, Young’s modulus, thermal stability and degree of crystallinity but lower elongation at break than compored microcomposites without MAPP. Morphlogy test on tensile surface fractured with SEM for PP/PSW microcomposites with MAPP compatabilizing agent addition has increased interface interaction filler – matrix. Then FTIR spectrum analysis, revealed interaction between MAPP compatabilizer has increased interface interaction filler – matrix. Thus, FTIR spectrum analysis show the interaction between compatabilizer MAPP and PSW filler that indicates with the change of functional group. From biodegradation test on the soil barrier for six months indicated decreased mechanical properties for all PP/PSW mocricomposites without and with MAPP and JO. Microcomposites biodegradation with JO addition is better than compared PP/PSW microcomposit without and with the addition MAPP and the last is PP. The decreased of mechanical properties caused biodegradation of microcomposites result the effect of environment whereas PP/PSW microcomposites on soil barrier like microorganism on soil barrier, heat, or chemical agents on soil barrier like acids, salt and alkaly.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui potensi limbah padat pulp (LPP) sebagai bahan pengisi di dalam mikrokomposit polipropilena (PP). Mikrokomposit PP/LPP dibuat dengan menambahkan partikel pengisi LPP yang berasal dari buangan proses pembuatan pulp PT. Toba Pulp Lestari (Tbk) dengan komposisi yang bervariasi mulai dari 0, 10, 20 dan 30 % berat dan ukuran partikel yang juga berbeda-beda yaitu 1,46; 14,23 dan 169 µm dengan matriks polimer PP komposisi 100, 90, 80 dan 70 % berat. Karena ketidakserasaian antara pengisi LPP dengan matriks PP maka ditambahkan polipropilena maleat anhidrida (PPMA) sebanyak 3 % dari berat PP dan juga ditambahkan minyak jarak pagar (MJP) sebanyak 7 % berat PP. Penambahan PPMA dan MJP bertujuan untuk menyerasikan antara pengisi LPP dengan PP dan juga untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik. Mikrokomposit PP/LPP dibuat di dalam alat pencampur Haake Polydrive pada temperatur 180 oC dan putaran 50 rpm selama 7 menit. Pengaruh kandungan dan ukuran partikel LPP serta penambahan PPMA dan MJP terhadap sifat-sifat mekanik, morfologi permukaan, sifat termal, spektum FTIR dan degradasi mikrokomposit telah dilakukan. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa dengan semakin meningkatnya kandungan pengisi LPP (30 % berat) telah meningkatkan kestabilan torka, modulus Young sekitar 22,31 %, penyerapan air, kestabilan termal dan kristalinitas mikrokomposit sedangkan kekuatan tarik 26,39 %, kekuatan benturan 48,25 % dan pemanjangan pada saat putus 672,98 % didapati berkurang terhadap kontrol PP. Mikrokomposit PP/LPP dengan ukuran partikel pengisi 1,46 µm mempunyai sifat kekuatan tarik (26,39 %), pemanjangan pada saat putus (672,98 %), modulus Young (22,31 %) dan kekuatan benturan yang lebih tinggi (48,25 %) dibandingkan dengan mikrokomposit PP/LPP dengan ukuran partikel pengisi 14,23 µm dan 169 µm. Analisis termogravimetri (TGA) menunjukkan bahwa peningkatan jumlah kandungan partikel pengisi LPP semakin meningkatkan ketahanan stabilitas termal mikrokomposit PP/LPP terhadap peningkatan temperatur sampai 700 oC, sedangkan hasil analisis kalorimetri differensial (DSC) menunjukkan peningkatan temperatur peleburan (Tl) dan menurunkan derajat kristalinitas (Xk) mikrokomposit PP/LPP. Hasil analisis termal diperoleh bahwa mikrokomposit dengan ukuran partikel pengisi 1,46 µm menunjukkan stabilitas termal dan derajat kristalinitas yang lebih tinggi dibandingkan mikrokomposit PP/LPP dengan ukuran partikel pengisi 14,23 µm dan 169 µm. Analisis permukaan patahan menggunakan mikroskop elektron payaran (SEM) menunjukkan bahwa partikel LPP dengan ukuran 1,46 µm menghasilkan interaksi yang lebih baik dengan matriks polimer PP dibandingkan dengan ukuran partikel 14,23 µm dan 169 µm. Penambahan bahan penyerasi PPMA dan MJP digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik komposit. Penambahan MJP ternyata menurunkan sifat-sifat mekanik dibandingkan dengan mikrokomposit PP/LPP tanpa penambahan PPMA apalagi dengan penambahan PPMA. Hal ini disebabkan karena minyak jarak pagar tersebut hanya bersifat sebagai lubricant atau pelumas yang berfungsi untuk memudahkan proses pencampuran antara matriks PP dengan pengisi limbah padat pulp. Pada jumlah kandungan partikel pengisi yang sama komposit PP/LPP dengan penambahan PPMA menunjukkan kekuatan tarik, modulus Young, stabilitas termal dan derajat kristalinitas yang lebih tinggi tetapi pemanjangan pada saat putus yang lebih rendah dibandingkan dengan bahan komposit tanpa penambahan PPMA. Uji morfologi permukaan putus, uji tarik dengan SEM untuk komposit PP/LPP dengan penambahan PPMA telah meningkatan interaksi antar miuka pengisi - matrik. Kemudian analisis spektrum FTIR juga menunjukkan adanya interaksi diantara PPMA dengan bahan pengisi LPP yang ditunjukkan dengan perubahan gugus fungsi .Dari uji degradasi di dalam tanah selama dua, empat dan enam bulan menunjukkan penurunan sifat-sifat mekanik untuk semua mikrokomposit PP/LPP tanpa dan dengan penambahan PPMA dan MJP. Biodegradasi mikrokomposit dengan penambahan MJP lebih baik diikuti dengan komposit PP/LPP tanpa penambahan PPMA dan MJP kemudian komposit dengan penambahan PPMA dan terakhir PP murni. Penurunan sifat-sifat mekanik ini disebabkan karena degradasi dari komposit tersebut akibat pengaruh lingkungan dimana komposit PP/LPP ditanam seperti mikroorganisme di dalam tanah, panas, atau bahan kimia yang ada di dalam tanah seperti asam, alkali dan garam.