## Analisa DSC Terhadap Sintesis Plastik HDPE –fly ash

## Laila Khamsatul Muharrami
Prodi Pendidikan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Trunojoyo Madura Email: laila@trunojoyo.ac.id

## ABSTRAK
Termoplastik merupakan polimer sintetik yang paling banyak diproduksi dan salah satu produksi  termoplastik  yang  sedang  naik  daun  adalah  polietilen.  Aplikasi  termoplastik  banyak dimanfaatkan oleh perusahaan plastik dan non-palstik. Perusahaan plastik biasa menggunakan termoplastik  sebagai bahan  pengemas,  alat  rumah  tangga,  pembangunan,  otomotif,  listrik dan sebagainya.  Penelitian ini membuat film HDPE dengan filler fly ash dengan variasi konsentrasi 0%,  5%,  10%,  15%,  dan  20%  dengan  harapan  film  plastic  HDPE  mempunyai  ketahanan/ kekuatan  terhadap  degradasi  termal.  Analisa  termal  yang  digunakan  adalah  DSC.  Hasil penelitian  menunjukkan  adanya  sebuah  puncak  yaitu  pada  suhu  132,5 0 C  dengan  entalphi sebesar  211,4  mJ/mg  pada  sampel  awal  sedangkan  pada  film  HDPE-filler  5%  menunjukkan adanya sebuah puncak yaitu pada suhu 130,6 0 C dengan entalphi sebesar 224,7 mJ/mg.
Kata Kunci : film HDPE, fly ash, DSC, analisa termal

## PENDAHULUAN
Lebih dari 70% dari total produksi termoplastik yang banyak dilaporkan adalah polietilen (PE), polipropilen (PP), polistiren (PS), dan polyvinyl chloride (PVC). Selanjutnya diikuti dengan acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS)  terpolimer, high-impact  polystyrene (HIPS),  asetal, poliamida,  polikarbonat,  poliester,  dan  plastik  asil  paduan  adalah  plastik  yang  diaplikasikan untuk perbaikan sifat yang lebih baik  (Xanthos, 2005).
Dua  polietilen  yang  digunakan  adalah  polietilen  non-komersil,  yaitu  metallocene polyethylene  (mPE)  dan  polietilen  komersil,  yaitu  high-density  polyethylene.  Sebelumnya, HDPE  telah  digunakan  sebagai  bahan  penelitian  Robert  dkk.  HDPE  umumnya  linier  (atau ditemukan  sedikit  sekali  yang  rantainya  bercabang)  sedangkan  m-PE  secara  keseluruhan adalah  linier  (Robert,  2003).  Sintesis  polimer  pertama  kali  adalah  polimer  fenol-formaldehid yang terkenal dengan nama “Bakelite”, oleh Leo Baekeland pada tahun 1909 yang digunakan sebagai bola bilyar. Saat ini, polimer sudah umum digunakan dalam produksi plastik, elastomer, pelapisan,  dan  adesif.  (Katz,  1998).  Produksi  polimer  dari  tahun  ke  tahun  menunjukkan peningkatan dimana termoplastik relatif unggul dibandingkan dengan polimer sintetik yang lain. Termoplastik merupakan polimer sintetik yang paling banyak diproduksi dan salah satu produksi termoplastik  yang  sedang  naik  daun  adalah  polietilen.  Aplikasi  termoplastik  banyak dimanfaatkan oleh perusahaan plastik dan non-palstik. Perusahaan plastik biasa menggunakan termoplastik  sebagai bahan  pengemas,  alat  rumah  tangga,  pembangunan,  otomotif,  listrik dan sebagainya.
Lebih  dari  17%  sintesis  plastik  mengandung  mineral  bahan  pengisi  ( filler ).  Penelitian dengan  menggunakan filler diantaranya  Hwang,  2003  yaitu  tentang  sintesis  plastik  yang
membandingkan  sifat  mekanik  ( Ultimate  Tensile  Strength,  yield  strength ,  perpanjangan,  dan Young’s  Modulus )  antara  plastik  dengan fill14er dari  CaCO 3 dan clean  ash dengan  variasi konsentrasi  0,  10,  20,  40,  dan  80  phr.  LDPE/abu  layang  dan  LDPE/CaCO 3. Hasilnya menunjukkan  bahwa  dengan  meningkatnya  konsentrasi  filler  yang  ditambahkan  maka  sifat mekanik  yield  strength  dan Young’s  Modulus semakin meningkat  dimana  yield  strength  dari 485 psi menjadi 557 psi sampai dengan 888 psi dan Young’s Modulus meningkat dari 27,5 psi menjadi 36 psi sampai dengan 90,5 psi. Hal ini berbeda dengan Ultimate Tensile Strength dan perpanjangan yang semakin menurun dengan meningkatnya konsentrasi filler, dimana Ultimate Tensile  Strength menurun  dari  3336  psi  menjadi  3463  psi  sampai  dengan  2377  psi  dan perpanjangan dari 467% menjadi 467%sampai dengan 46, %.
Bahan  pengisi  dapat  dianggap  sebagai  bahan  pengisi  struktur  polimer  atau  aditif polimer  yang  diskontinyus  (Xanthos,  2005).  Bahan  pengisi merupakan  aditif  yang  mempunyai fasa padat yang masuk dalam matrik polimer (Harper, 2002). Bahan pengisi sangat bergantung pada  faktor  bentuk,  sifat  permukaan  dan  hidrofilisitas  atau  polaritas  antara  polimer  dan  bahan pengisi (Chand,  2000)  serta  ukuran  partikel  dan  distribusi  partikel  filler  dalam  matrik  polimer (Harper, 2002) . Bahan pengisi juga berfungsi untuk meningkatkan nilai modulus dan kekuatan polimer (Xanthos,2005). Bahan-bahan yang berfungsi sebagai  bahan pengisi  biasanya berupa mineral diantaranya seperti talc , kaolin, mika, kalsium karbonat, SiO 2 , dan abu layang ( fly ash) . Abu  layang  terdiri  dari  silika,  alumina,  Fe 2 O 3 ,  CaO,  SO 3 ,  titanium,  dll.  Penambahan filler abu layang  ini  dapat  meningkatkan  kekuatan  impact  (Gupta,  dkk,  2001)  dan  memberikan  daya tahan  terhadap  panas  serta  meningkatkan  kestabilan  molekular.  Walaupun  demikian,  ada laporan bahwa penambahan filler abu layang ini dapat menurunkan  kuat tekan dari spesimen film (Gupta, dkk, 2001). Polimer dengan filler abu layang dapat digunakan untuk menghasilkan bagian  automotif  dengan  kualitas  yang  hampir  sama  dengan  senyawa  polimer  yang  sudah diberi filler secara  komersial  (Huang,  2003).  Penelitian  ini  menganalisa  sintesis  HDPE-fly  ash secara  termal  yaitu  dengan  DSC    dengan  variasi  konsentrasi  0%,  5%,  10%,  15%,  dan  20%. HDPE  yang  dihasilkan  dianalisa  dengan  analisa  termal  DSC  untuk  mengetahui  sifat-sifat fisiknya.

## METODE PENELITIAN

## Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah gelas beker, batang pengaduk, alat pencampur  HDPE/bahan  pengisi  abu  layang,  silane,  neraca  analitik,  hot  plate  GONNO,  cold plate  GONNO,  mixer  Laboplastomil,  termometer,  mikrometer,  beker  glass,  stirrer,  gelas  ukur, FTIR (Fourier Transform-Infra Red), alat uji stress-strain. Bahan dalam penelitian ini adalah bijih plastik HDPE, filler fly ash, silane, aquades.

## Prosedur Kerja Preparasi Bahan
HDPE  dan  fly  ash  disimpan  dalam  oven  selama  selama  satu  hari    sebelum pembentukan film polimer. Temperatur oven diatur pada 110 0 C (Chand, 2000). Coupling agent antara HDPE-fly ash yang digunakan adalah silane. Silane sebanyak 0,5% berat total dari berat fly  ash  dilarutkan  dalam  aquades.  Aquades  yang  digunakan  sebanyak  100  kali  berat  silane yang  dilarutkan.  Larutan  silane  dicampurkan  dengan  fly  ash  selama  10  menit.  Konsentrasi  fly
ash  yang  digunakan  adalah  0%,  5%,  10%,  15%  dan  20%.  Campuran  silane  dan  fly  ash (sebagai  bahan  pengisi ) kemudian  dioven  hingga  kering.  Hasilnya  dimesh  hingga  100  mesh (Hwang, 2003).

## Proses Pembuatan Film HDPE
HDPE  dimasukkan  dalam  wadah mixer  Laboplastomil sampai  meleleh  kemudian ditambahkan filler sambil terus diaduk sampai homogen yang ditunjukkan dengan stabilnya torsi (selama  kurang  lebih  15-20  menit).  Setelah  itu,  film  yang  telah  terbentuk  dituangkan  dalam cetakan  kuningan  yang  mempunyai  ketebalan  1,2  mm  yang  dilapisi glossing  plate dan  diberi alas dari aluminium.
Pembuatan  film  dilakukan  dengan  menggunakan  alat  bantu  berupa  alat  tekan  panas (hot  press)  dengan  kekuatan  60  kgf/cm 2 dengan  suhu  tetap  seperti  pada  saat  pembuatan  film tersebut  yaitu  140 0 C.  Setelah  dilakukan  pengepresan  pada  alat  tekan  panas  ( hot  press ), kemudian  dilakukan  pengepresan  pada  alat  tekan  dingin  ( cold  press )  secara  cepat  selama  2 menit.  Lembaran  tipis  yang  telah  terbentuk  tersebut  kemudian  dibentuk  spesimen  ( dumbell ) sesuai dengan stdanard ISO-527-2 tipe 5 A.

## Metode Degradasi Termal
Film HDPE- filler didegaradsi dalam oven pada suhu 100ºC selama 2 minggu. Kemudian sampel dicelupkan ke dalam air dan dijaga agar suhunya lebih kecil dari 5ºC (Bal, dkk, 2007).

## Analisa Thermal (DSC)
Analisa  stabilitas  termal  dilakukan  pada  spesimen  HDPE/abu  layang  murni,  dan HDPE/abu  layang  kelas  C  hasil  degdradasi yang  memiliki  kekuatan  mekanik  paling  besar. Analisa  stabilitas  termal  dilakukan  dengan  cuplikan  seberat  6-8  g.  Analisa  stabilitas  termal dilakukan  dengan  alat  TGA/DSC.  Analisa  stabilitas  termal  dilakukan  pada  temperatur  ruang hingga  600 o C.  Data  analisa  stabilitas  termal  direkam  pada  tiap  10 o C/menit  laju  pemanasan (Chand, 2000).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Sintesis  film  plastik  HDPE  terbuat  dari  bijih  plastik  HDPE  dan filler dengan memanfaatkan  fly  ash  (abu  layang).  Abu  layang  yang  digunakan  terlebih  dahulu  dicampur dengan silane sebagai coupling agent . Variasi filler yang digunakan adalah 0%, 5%, 10%, 15% dan 20% (Hwang, 2003).  Setelah itu, dilakukan uji tarik terhadap film HDPE hasil sintesis. Hasil dari  penelitian  sebelumnya  menunjukkan  bahwa  dengan  penambahan  abu  layang  dapat meningkatkan  kekuatan  tarik  film  HDPE  dan  kekuatan  tarik  maksimal  pada  penelitian  ini diperoleh pada penambahan filler 5%.
Penelitian  selanjutnya  adalah  uji  degradasi  termal  terhadap  film  plastik  HDPE  hasil sintesis tersebut. Uji tersebut dilakukan untuk mengetahui tingkat ketahanan film plastik HDPE hasil  sintesis.  Uji  degradasi  termal  dilakukan  dengan  cara  memberikan  suhu  yang  tinggi terhadap film plastik HDPE yaitu pada suhu 100 0 C selama 2 minggu.
Analisa termal merupakan pengukuran sifat cuplikan polimer sebagai fungsi temperatur. Teknik analisa termal dibagi menjadi beberapa kategori sesuai dengan perubahan yang terjadi yaitu  perubahan  berat,  perubahan  volume,  perubahan  energi  dan  perubahan  energi  yang
dilepaskan.  Teknik  analisis  termal  untuk  cuplikan  polimer  bergantung  pada  tujuan  pengukuran tersebut  (Hartono,  1995).  DSC  merupakan  teknik  yang  digunakan  untuk  mengukur  kebutuhan energi atau secara kuantitatif perubahan entalpi yang terjadi dalam sampel sebagai fungsi dari temperatur.  Alat  ini  sama  dengan  DTA,  yang  membedakan  adalah  pada  alat  ini,  perbedaan temperatur  antara  sampel  dan  referens  dipertahankan  nol  atau  temperatur  dua  bahan  yang diamati memiliki kondisi suhu yang sama dalam lingkungan panas atau dingin yang terkontrol. Dalam  DSC  digunakan  pengukuran  aliran  panas  yang  dikompensasikan  dan  diterjemahkan oleh rekorder. Cuplikan dan pembanding dipanaskan dengan elemen pemanas yang terkontrol. Pada wadah sampel terdapat sensor temperatur yang diatur untuk merespon semua perubahan kalor yang terjadi secara kontinyu kemudian diperkuat oleh amplifier dan dicatat oleh recorder dengan  program  komputer  maka  diperoleh  kurva  DSC  dengan  temperatur  sebagai  absis  dan perubahan  kalor  sebagai  ordinat.  Aplikasi  dari  alat  ini  adalah  untuk  menentukan  temperatur transisi,  menentukan  panas  peleburan  dari  fase  kristal  dan  derajat  kristalisasi,  penentuan kapasitas  panas,  menentukan  panas  pembentukan  dan  juga  untuk  menentukan  kemurnian sampel.
Pada  penelitian  ini  digunakan Differential  Scanning  Calorimetry (DSC)  untuk  uji  sifat termal.  DSC  merupakan  teknik  analisa  dengan  mengukur  perbedaan  kalor  yang  masuk  ke dalam  sampel  dan  pembdaning  sebagai  fungsi  temperatur.  Sampel  yang  dianalisis  dalam keadaan  kering.  Jika  sampel  dalam  keadaan  basah  akan  mengganggu  analisa  dengan munculnya puncak termogram yang tidak diinginkan.
Penentuan  temperatur  leleh  dan  temperatur  degradasi  film  dengan  menggunakan metode  DSC.  Hal  ini  bertujuan  untuk  menentukan  temperatur  proses  film  agar  menghasilkan film yang baik. Adapun syarat temperatur film adalah harus dilakukan pada temperatur diantara temperatur leleh masing-masing komponen film dengan temperatur degradasinya. Hasil analisa termal komponen film dengan DSC dapat dilihat pada gambar 1 dan gambar 2.
Gambar  1  menunjukkan  termogram  untuk  sampel  awal  yang  menunjukkan  adanya sebuah puncak yaitu pada suhu 132,5 0 C dengan entalphi sebesar 211,4 mJ/mg. Dimana suhu tersebut  diidentifikasikan  sebagai  temperatur  leleh  sampel  awal  sedangkan  entalphi  adalah energi yang dibutuhkan untuk mengubah sampel awal dari wujud padat menjadi cair/leleh. Dan reaksi  yang  terjadi  adalah  reaksi  eksotermal  yang  ditunjukkan  dengan  bentuk  puncak  yang kebawah.
Gambar 1. Termogram DSC sampel awal Gambar 2. Termogram DSC HDPE- filler 5%
Gambar  2  menunjukkan  termogram  untuk  Dimana  suhu  tersebut  diidentifikasikan sebagai temperatur leleh sampel awal sedangkan entalphi adalah energi yang dibutuhkan untuk mengubah sampel awal dari wujud padat menjadi cair/leleh.
Berdasarkan pada ketiga termogram DSC diatas menunjukkan bahwa temperatur leleh dari ketiganya hampir sama yaitu sekitar 130 0 C atau bisa dikatakan tidak ada perubahan yang signifikan sehingga bisa dikatakan bahwa ketiga sampel mempunyai titik leleh yang sama.

## PENUTUP KESIMPULAN
Hasil analisa termal DSC menunjukkan adanya sebuah puncak yaitu pada suhu 132,5 0 C dengan entalphi sebesar 211,4 mJ/mg pada sampel awal sedangkan pada film HDPE-filler 5% menunjukkan adanya sebuah puncak yaitu pada suhu 130,6 0 C dengan entalphi sebesar 224,7 mJ/mg.  Hal  ini  bisa  dikatakan  tidak  ada  perubahan  yang  signifikan  dimana  keduanya mempunyai titik leleh yang sama.

## SARAN
Berdasarkan  penelitian  yang  dilakukan,  perlu  ada  analisa  yang  lain  dengan menggunakan coupling agent ataupun variasi konsentrasi dari fly ash yang berbeda.

## DAFTAR PUSTAKA
Albertson  A.  C.  dan  Huang  S.  J.,  (1995), Degradable  Polymer  Recycling  &  Plastic  Waste Management , Macel Dekker Inc., New York
Al-Malaika,  S.,  Chohan,  S.,  Coker,  M.  dan Scott,  G.,  (1995),  “A  Comparative  Study  of  the Degradability  dan  Recyclability  of  Different  Classes  of  Degradable  Polietilen”, Pure AHDPElication Chemistry , Vol A32, hal. 709
Benavides,  R.,  Edge,  M.  dan  Allen,  N.  S.,  (1995),  “The  Mode  of  Action  of  Metal  Stearate Stabilizers  in  Poly(vinyl  Chloride)  :  Influence  of  Pre-heating  on  inducton  times  dan Carbonyl Formaton”, Polymer Degradation dan Stability , Vol. 49, hal. 341
Bill, Mayer, (1984), Textbook of Polymer Science, John Wiley & Sons Inc, Singapura
Bria n  Smith,  (1999),  “Infrared  Spectral  Interpretation”,  CRC  Press,  Boca  ratun  London  New York washington DC.
Chand , Navin dan S. R. Vashishtha, (2000), “Development, Structure dan Strenght Properties of PP/PMMA/FA Blends” , Bull. Mater. Sci . ,Vol. 23, No. 2, hal. 103-107
Charrier,  J.  M.,  (1989),  “Polymeric  Materials  dan  Processing  :  Plastics,  Elastomers  dan Composites, Hanser, New York
Daintith, John, (1994), “A Concist Dictionary Of Chemistry” Oxford University Press, British
Davis, Anthony, (1983), “Weathering Of Polymer”, AHDPElied Science Polymer
Evelin  d.  Bliznakov,  chris  c.  White,  montgomery  t.  Shaw,  (2000),  “Mechanical  Properties  of Blends of HDPE and Recycled Urea- Formaldehyde Resin”, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 77,  hal. 3220 –3227.
Fried, J. R., (1995), “Polymer Science Dan Technology”, Pientice Hall PTR, New Jersey
Gedde, ULF, W., (1995), “Polimer Physics”, Chapman dan Hall, British
Harper, Charles A., (2002), Hdan Book of Plastics, Elastomers dan Composites, Edisi ke empat, McGraw-Hill, New York
Hartono,  Anton,  J.,  (1995), Penuntun  Analisis  Polimer  Aktual ,  Edisi  pertama,  Dani Offset,Yogyakarta
Hawkins, W. L., (1984), “Polymer Degradation dan Stabilization”, Springer-Verlag, New York
Heidrich,  C.,  (2002), Ash  Utilisation  -  An  Australian  Perspective ,  Geopolymers  2002 International Conference, Melbourne- Australia
Ismail,  Suryadiansyah,  (2002),  “Thermoplastic  Elastomers  Based  On  Poly  Propylene/natural Rubber dan Poly Propylene/Recycled Rubber Blends”, Journal  of  Polymer  testing ,  Vol. 21, hal. 385-395
Lachance, G. R., dan Claisse F., (1994), Quantitative X-ray Fluorescence Analysis : Theory dan Application , John Wiley & Sons, New York.
Lin,  Y.,  (1997),  “Study  of  Ultraviolet  Photooxidative  Degradation  of  LDPE  Film  Containing Cerium Carboxylate Photosensitizer”, Journal Appl. Plym. Sci. , Vol. 63
Luzuriaga  Sharbel,  Kovarova  Jana  and  Fortelny  Ivan,  (2006),  “Degradation  of  pre-aged p olymers  exposed  to  stimulated  recycling  :  Properties  and  thermal  stability”,  Polymer Degradation and Stability, Vol. 91, hal. 1226-1232
Malik, J., Stoll, K. H., Cabaton, D. dan Thurmer, A., (1995), “Processing Stabilization of HDPE : A Complex  Study of  an Additive Package”, Polymer  Degradation  dan Stability ,  Vol.  50, hal. 329
M.  Sa´nchez-Soto,  A.  Rossa,  A.J.  Sa´nchez,  dan  J.  Ga´mez- Pe´rez, (2007), “Blends of HDPE wastes: Study of the properties”, Waste Management, email : m.sanchez-soto@upc.edu
Odion, Ge orge, (1991), “Principles Of Polimerization” 3 th edition, The College Of Staten Isldan, The City University Of New York, John Willwe dan Sons Inc, Staten Isldan New York
Pfaender,  Rudolf,  (2006),  “How  Will  Additives  Shape  the  Future  of  Plastics?, Polymer Degradation dan Stability , Vol. 91, hal. 2249-2256
Pospisil, J., Franek A. Sitek, dan Rudolf Pfaendner, (1995), Upgrading of Recycled Plastics by Restabilization –an overview”, Polymer Degradation dan Stability , Vol. 48, hal. 351-358
Rabek, J. F., (1996), Experimental  Methods of   Polymer Chemistry , John Wiley dan Sons Inc, New York
Reiner, Hess, Clariant GmbH, Gersthofen (2003), Plastics Additives dan Additive concentrates Markets dan products , Reiner.Hess@clariant.com
Review Technical Information Plastics RT-01, (2004), Mineral Additives for the Plastics Industry , Omya International AG, Switzerldan
Roser,  L.  S.,  (1993), Fundamental  Principles  of  Polymer  Material, 2 nd Edition,  A  Wiley Interscience Publication, New York
Rui  Yang,  Ying  Liu,  Jian  Yu,  dan  Kunhua  Wang,  (2006),  “Thermal  oxidation  products  and kinetics  of  polyethlene  composites”, Polymer  Degaradation  and  Stability, Vol.  91,  hal. 1651-1657.
Samsudin,  Sani  Amril,  (2006),  “Chemical  resistance  evaluation  of  polystyrene/Polypropylene Blends  Effect  of  Blend  Compositions  and  SEBS  Content”, Malaysian  Polymer  Journal , Vol. 1, No.1 , hal. 11-24
Strong,  Brent.A,  (2000),  Plastics  Materials  and Processi ng”, Edisi Kedua, Prentice Hall, Upper Saddle River, New` Jersey, Columbus, Ohio
Valadez,  A,  (2004),  “Mineral  filler  influence  on  the  photo-oxidation  mechanism  degradation  of high  density  polyethylene.  Part  II  :  natural  exposure  test ”,  Polymer  Degradation  and Stability, Vol. 83, hal.139-148.
West, Anthony R., (1992), Solid State Chemistry dan Its Applications , Department of Chemistry, University of Abardeen, John Wiley & Sons, Chichester, New York
Xanthos, M., ( 1996), “Plastics Processing”, Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Edisi keempat, John Wiley & Sons, Inc., New York.