Sulhadi*1, Nur Hasanah1, Meir iani Ismu Savitr i1, dan Mahar dika Pr asetya Aji1 1Jurusan Fisika Fakultas MIPA, Universitas Negeri Semarang
Jalan Raya Sekaran Gunungpati, Semarang *Email : sulhadipati@yahoo.com
Abstr ak
Komposit berpori berbahan dasar limbah kaca telah dihasilkan dengan proses pemanasan. Komposit berpori dibuat dengan mencampurkan serbuk limbah kaca dan perekat. Pori dibentuk dengan mengatur parameter proses temperatur pemanasan yaitu 550C, 600C, 650C, 700C, 750C, 800C dan 850C selama 2 jam. Disamping itu, waktu pemanasan divariasi selama 1 jam, 1.5 jam, 2 jam, 2.5 jam, 3 jam dan 3.5 jam pada temperatur pemanasan 750C. Perubahan struktur komposit berpori akibat proses pemanasan diamati dari sifat mekaniknya yaitu kuat tekan (compressive strength). Hasil pengukuran kuat tekan teramati bahwa kuat tekan komposit berpori dari limbah kaca meningkat dengan kenaikan temperatur pemanasan dan mencapai kuat tekan optimum = 5.21 MPa pada temperatur pemanasan 700C untuk komposisi serbuk limbah kaca dan perekat 80:20 persen berat dan temperatur pemanasan 650C untuk komposisi serbuk limbah kaca dan perekat 75:25 persen berat memiliki kuat optimum = 2.93 MPa. Kenaikan temperatur yang lebih tinggi menyebabkan kuat tekan komposit berpori cenderung menurun. Hasil ini bersesuaian dengan kuat tekan komposit berpori dengan variasi waktu pemanasan dimana kuat teka n menurun dengan semakin meningkatnya waktu pemanasan. Tempertur pemanasan yang semakin tinggi dan waktu pemanasan yang semakin lama menyebabkab bulir-bulir dari serbuk kaca meleleh dan membentuk kaca kembali sehingga kuat tekannya menurun. Perubahan kuat tekan akibat perubahan struktur komposit berpori dari limbah kaca dapat menjadi pinjakan untuk mendaur ulang dan memanfaatkan limbah kaca menjadi produk yang bernilai guna. Kata kunci : limbah, kaca, komposit.
PENDAHULUAN
Kaca-kaca bekas tergolong dalam jenis limbah anorganik yang belum memiliki teknologi untuk mendaur ulangnya. Proses daur ulang bertujuan untuk mengembalikan limbah kaca ke alam secara aman atau mengolahnya kembali menjadi produk yang berdaya guna. Kaca-kaca bekas yang sudah tidak terpakai lagi merupakan limbah yang tidak akan terurai secara alamiah oleh pengurai organik sehingga proses daur ulangnya dapat dilakukan dengan mengolah kembali produk keramik modern ini menjadi produk yang bernilai guna.
Potensi daur ulang limbah kaca telah dikaji oleh Aji et al (2012) yang mengolah limbah kaca menjadi produk komposit yang memiliki kuat yang cukup tinggi yaitu 36 MPa. Disamping itu, komposit dari limbah kaca ini memiliki pori dengan porositas pada kisaran 1% hingga 5%. Kehadiran pori pada komposit dari limbah kaca memberikan potensi pada penggunaan komposit berpori dari limbah kaca dengan fungsional baru sebagai filter. Kaca memiliki daya absorbsi rendah sehingga proses filtrasi hanya bergantung pada ukuran pori pada komposit. Hal ini yang menjadi landasan penting untuk memanfaatkan limbah kaca untuk komposit berpori (Sulhadi et al, 2014).
Kaca berpori telah dikembangkan dalam beragam aplikasi penting seperti bahan insulator, membran pemisah, filter dan beberapa perangkat optoelektrolik (Majid et al, 2012; Park, 2008; Vogel et al, 2000). Sulhadi et al (2014) telah mengembangkan komposit berpori dari limbah kaca untuk filter air. Pori dalam komposit terbentuk dengan mengatur parameter tempertur dan waktu pemanasan. Perubahan struktur komposit akibat pemanasan teramati dari porositas dan permeabilitas dimana dua parameter ini memiliki kesesuaian hasil. Semakin tinggi temperatur dan
meningkatnya waktu pemanasan menyebabkan porositas dan permeabilitas komposit menurun.
Disamping parameter porositas dan permeabilitas, sifat mekanik dari medium berpori yang digunakan untuk filter sangat penting untuk dikaji karena dalam proses filtrasi diperlukan medium berpori yang memiliki kuat tekan yang baik. Proses filtrasi memerlukan beda tekanan untuk dapat mengalirkan fluida melalui medium berpori. Komposit berpori dengan kuat tekanan yang baik menjadi syarat pengembangan komposit sebagai filter. Dengan demikian, kuat tekan komposit berpori dari limbah kaca menjadi fokus penting untuk dikaji.
.
METODE
Limbah kaca yang diperoleh dari lingkungan dicuci untuk memisahkan partikel-partikel pengotor seperti debu. Pada tahap selanjutnya, limbah kaca digiling dengan perangkat ball milling dan grinder hingga dihasilkan serbuk-serbuk kaca. Serbuk kaca disaring untuk memperoleh serbuk dengan ukuran yang homogeny. Serbuk inilah yang menjadi bahan dasar pembuatan komposit. Serbuk kaca dipadukan polimer jenis poli(vinil) asetat PVAc sebagai perekat. Polimer PVAc dipilih karena temperatur lelehnya yang sangat rendah. Paduan serbuk kaca dan perekat PVAc dicetak dengan perangkat hydraulic press dengan tekanan 5 metrik.ton. Proses selanjutnya adalah pemanasan komposit limbah kaca yang telah dicetak. Pada tahap ini temperatur pemanasan divariasikan pada rentang 550C, 600C, 650C, 700C, 750C, 800C dan 850C. Disamping itu, waktu pemanasan divariasi selama 1 jam, 1.5 jam, 2 jam, 2.5 jam, 3 jam dan 3.5 jam pada temperatur pemanasan 750C. Porositas sampel diestimasi dengan pendeketan sederhana berupa selisih
densitas. Sedangkan uji sifat mekanik berupa uji kuat tekan dilakukan dengan perangkat compression machine di Laboratorim Teknik Sipil UNNES.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perubahan struktur komposit dari limbah kaca akibat proses pemanasan teramati dari perubahan kerapatan (densitas) dengan variasi temperatur pemanasan, seperti ditunjukan pada Tabel 1. Densitas teramati meningkat dengan kenaikan temeratur hingga mencapai kondisi optimum dan cenderung turun pada temperatur yang lebih tinggi.
TABEL 1. Distribusi Nilai Densitas dengan Variasi Temperatur Temperatur (C) Densitas (g/cm3) Komposisi 80:20 Komposisi 75:25 550 0.99 1.12 600 1.45 1.20 650 1.45 1.42 700 1.95 1.37 750 0.90 1.22 800 0.39 0.49 850 0.28 0.44
Perubahan densitas komposit akibat pemanasan sangat dipengaruhi proses melelehnya (melting process) serbuk kaca pada komposit. Kenaikan temperatur menyebabkan serbuk-serbuk kaca semakin mudah meleleh dan membentuk satu kesatuan diantara bulir- bulir kaca. Proses ini yang menyebabkan densitas komposit meningkat dengan kenaikan temperatur pemanasan. Namun pada temperatur 750C untuk komposisi 80:20 dan temperatur 700C untuk komposisi 75:25, densitas komposit cenderung menurun. Kondisi ini disebabkan terbentuknya rongga pada komposit, seperti ditunjukan pada Tabel 2. Dengan kenaikan temperatur, rongga yang terbentuk semakin besar sehingga densitas komposit teramati cenderung menurun. Terbentuknya rongga diduga akibat tekanan saat proses cetak komposit dilakukan dengan parameter tekanan yang cukup rendah, yaitu ~1 ton. Hal ini yang menyebabkan daya ikat diantara bulir-bulir kaca cukup rendah sehingga panas yang menyebabkan bulir-bulir kaca meleleh dan uap panas yang dihasilkan terperangkap dan membentuk rongga pada komposit.
TABEL 2. Komposit berpori dari limbah kaca Temperatur (C) Densitas (g/cm3) Komposisi 80:20 Komposisi 75:25 550 600 650 700 750 800 850
Distribusi kuat tekan komposit untuk komposisi 80:20 dan 75:25 ditunjukan pada Gambar 1. Hasil pengukuran kuat tekan komposit bersesuaian dengan hasil pengukuran densitas komposit dimana kuat tekan meningkat dengan kenaikan temperatur hingga mencapai kondisi optimum dan kemudian kuat tekan cenderung menurun dengan temperatur pemanasan yang lebih tinggi. Perubahan struktur komposit akibat proses pemanasan mempengaruhi sifat mekanik komposit. Perbedaan komposisi komposit menyebabkan kuat tekan optimum yang berbeda. Untuk komposisi 80:20, kuat tekan optimum pada temperatur pemanasan 700C. Sedangkan untuk komposisi 75:25, kuat tekan optimum pada temperatur pemanasan 650C. Perbedaan hasil ini dapat dipahami dengan mudah berdasarkan jumlah fraksi serbuk kaca dalam komposit. Dengan jumlah fraksi serbuk kaca yang lebih banyak, proses pemanasan pada komposisi 80:20 memerlukan temperatur yang lebih tinggi untuk mencapai kondisi dimana bulir-bulir kaca meleleh dan membentuk komposit dengan kuat tekan yang optimum.
500 600 700 800 900 0 1 2 3 4 5 6 K u a t T e k a n (MPa ) Temperatur (oC) Komposisi 80:20 Komposisi 75:25
Gambar 1.Kuat tekan komposit dengan variasi temperatur pemanasan.
Disamping temperatur, waktu pemanasan menjadi salah satu parameter yang penting dalam proses pembentukan pori dalam komposit. Distribusi kuat tekan komposit yang dihasilkan dengan proses pemanasan pada temperatur T=750C dan selang waktu pemanasan 1 jam, 1.5 jam, 2 jam, 2.5 jam dan 3 jam ditunjukan pada Gambar 2. Kuat tekan komposit menurun dengan meningkatnya waktu pemanasan. Hasil ini mengindikasikan bahwa dengan meningkatnya waktu pemanasan, bulir-bulir serbuk kaca semakin meleleh hingga cenderung membentuk kaca kembali dan menyebabkan kuat tekannya menurun. Namun, densitas komposit relatif tetap. Hal ini dikarenakan komposit ini dicetak dengan hydraulic press dengan tekanan yang lebih tinggi yaitu 5 metrik ton. Kondisi berbeda dari yang telah diperoleh sebelumnya sehingga komposit yang dihasilkan memiliki kuat tekan yang lebih tinggi, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.
1 2 3 4 8 16 24 Waktu (jam) K u a t T e k a n (MPa ) 0 1 2 D e n s ita s ( g /c m 3 )
Gambar 2.Kuat tekan dan densitas komposit dengan variasi waktu pemanasan.
Hasil pengukuran kuat tekan komposit bersesuian dengan hasil pengukuran porositas dimana porositas menurun seiring dengan meningkatnya waktu pemanasan, seperti ditunjukan pada Gambar 3. Jumlah pori menurun akibat proses pemanasan dikarenakan bulir- bulir kaca telah meleleh sehingga bulir membentuk satu kesatuan dan membentuk kaca kembali. Data pengamatan porositas yang beragam ini menunjukan bahwa rekayasa pori telah berhasil dilakukan dengan memvariasi waktu
pemanasan. Hasil ini menjadi salah satu kontribusi penting yang diperoleh untuk dasar mendaur ulang limbah kaca. 1 2 3 4 1.0 1.5 2.0 2.5 Po ro s ita s (% ) Waktu (jam)
Gambar 3.Porositas komposit dengan variasi waktu pemanasan.
KESIMPULAN
Proses pemanasan pada komposit berpori dari limbah kaca menyebabkan perubahan kuat tekan komposit. Variasi temperatur dan waktu pemanasan menyebabkan perubahan struktur komposit yaitu perubahan densitas dan porositas. Proses pemanasan dengan temperatur yang lebih tinggi dan waktu yang lebih lama menyebabkan kuat tekan komposit semakin menurun.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Diknas Provinsi Jawa Tengah yang telah mendukung penelitian ini dalam Program Fasilitasi Perguruan Tinggi Penelitian Terapan Tahun 2014.
DAFTAR PUSTAKA
M.P. Aji (2012), Komparasi Kuat Tekan Komposit Berbahan Dasar Serbuk Limbah Kaca dengan Perekat Polimer Polyurethane Dan Polyvinyl Acetate, Jurnal MIPA, Vol 35, Issue 2, 140- 144.
Sulhadi, M.I. Savitri, M.A.N. Said, I. Muklisin, R.Wicaksono dan M.P. Aji (2014), Fabrication of Mesoporous Composite from Waste Glass and Its Use as a Water Filter, AIP Conference Proceedings, Vol.1586, 139-142.
S. Majid, K.F. Sultani dan H. Mohammed (2012), Preparation of Alkali Lead Glass and Glass – Ceramic Compositions as Electrical Insulators, Research Journal of Chemical Sciences, Vol. 2, Issue 2, 28-34.
J. Park (2008), Development of A Glass-Ceramic For Biomedical Applications, Disertasi Middle East Technical University.
J. Vogel dan C. Russel C. (2000), Open-Pore Glasses and Glass-Ceramics by Sintering of Modified Pyrogenic Silicic Acids, Ceramics – Silikáty, Vol. 44, Issue 1, 9-13.