PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG
TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN
DENSITAS
RENDAH
(LDPE) DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM
TESIS
Oleh:
FITRI RAMADHANI 117026021/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE)
DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Magister Sains dalam program studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana
Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh
FITRI RAMADHANI 117026021/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis : PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE) DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM
Nama Mahasiswa : Fitri Ramadhani Nomor Induk Mahasiswa : 117026021
Program Studi : Magister Ilmu Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Menyetujui Komisi Pembimbing
Prof. Dr.Eddy Marlianto ,MSc. Dr.Anwar Darma Sembiring ,M.S.
Ketua Anggota
Ketua Program Studi, Dekan,
PERNYATAAN ORSINALITAS
PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE)
DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM
TESIS
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerjasaya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, Juli 2013
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Fitri Ramadhani
NIM : 11 70 26 021
Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive RoyaltyFree Right) atas Tesis saya yang berjudul :
PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE)
DENGAN PENGISI BENTONITALAM
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat,mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpameminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dansebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, Juli 2013
Telah diuji pada
Tanggal : 25 Juli 2013
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr.Eddy Marlianto ,MSc. Anggota : 1. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
A. DATA PRIBADI
Nama : Fitri ramadhani
Tempat tanggal lahir : Kampung Durian, 1 Mei 1988 Jenis kelamin : Perempuan
Agama : Islam
Alamat : Jl. Rantau, desa Durian, kec rantau, Aceh Tamiang Telepon / HP : 0812 6339 6711
Email : v_imud37@yahoo.co.id
` Nama Orang tua : Suyono alm (ayah) / Amsir Latifah (Ibu)
B. Riwayat Pendidikan
1994-2000 : MIN Kp. Durian
2000-2003 : SMP Negeri 1 Kuala Simpang 2003-2006 : SMA Negeri 1 Kejuruan Muda
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas
segala limpahan rahmad dan karunia-Nya sehingga tesis yang berjudul “Pembuatan dan Karakteristik komposit yang terdiri dari campuran Polietilen densitas rendah (LDPE ) dengan pengisi bentonit alam” ini dapat diselesaikan.
Dengan diselesaikannya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu,
DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis
untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program Magister Studi Ilmu
Fisika di Universitas Sumatera Utara.
Dekan Fakultas Matematika Ilmu pengetahuan Alam, Dr. Sutarman, M.Sc,
yang telah memberikan kesempatan kepada penulis menjadi mahasiswa program
Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera
Utara.
Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika, Dr. Nasruddin MN, M.Eng,
Sc, dan Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr. Anwar Dharma
sembiring, M.S beserta staf edukatif dan administratif pada Program Studi
Magister Ilmu Fisika Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya
penulis ucapkan kepada :
1. Bapak Prof. Dr.Eddy Marlianto, MSc. selaku Pembimbing Utama, Bapak
Dr.Anwar Dharma Sembiring ,MS. selaku Anggota Komisi Pembimbing,
yang telah memberikan perhatian, dorongan, bimbingan dan arahan
dengan penuh kesabaran dan juga Bapak Dr. Nurdin Bukit, M.Si selaku
pembimbing lapangan yang telah memberikan waktu dan dengan penuh
2. Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng, Sc, Bapak Prof.Drs.Mohammad
Syukur, MS, dan Ibu Dr. Diana A. Barus, MS, selaku penguji yang telah
banyak memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan tesis ini.
3. Ayahanda Amsir, Ibunda Latifah dan Bapak, Ibu mertua, Nenek yang telah
memeberikan do’a-restu, motivasi serta dorongan moril maupun material
sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan, semoga penulis dapat
membuatnya bangga, amin.
4. Suami tercinta Fitra Rahmat dan adik-adik tersayang Humaira Asra,
M.Arif Alfarizi dan Anisa Putri, serta sepupu yang membantu dalam
penelitian Nurul Haryati, Elvira agustina, Munzir halim dan Haris
Setiawan yang telah memberikan dorongan moril yang sangat besar
sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan.
5. Sahabat-sahabat terbaik Evi, Endang, Winsyah, Ficky, Witri, Zoelkarnaen,
Edianto, Satria yang selalu memberikan dukungan dan semangat kepada
penulis selama dalam pendidikan dan waktu penulisan tesis ini.
Rekan-rekan seangkatan 2011 atas kekompakan dan kerjasamanya yang baik
selama perkuliahan maupun selama penelitian (satu untuk semua).
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu
penulis mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan
tesis ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu
pengetahuan untuk masa yang akan datang.
Hormat Penulis,
PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE)
DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan morfologi bentonit sebelum dan sesudah dikompositkan, menentukan sifat mekanik dan termal komposit LDPE dengan bahan pengisi bentonit alam setelah dilakukan pemurnian secara kimia. Metode penelitian dilakukan yaitu proses modifikasi bentonit alam dengan proses pengerusan menjadi ukuran 200 mest (µm) dimurnikan dengan HCl yang digunakan sebagai bahan pengisi. Adapun matrik yang digunakan adalah LDPE dan kompatibilizernya PE-g-MA dengan variasi bentonit alam (0,3,5,7, dan 10)% berat, kemudian dimasukkan kedalam internal mixer dengan suhu 140˚C selama 15 menit dengan kecepatan rotor 50 rpm karakteristik yang dilakukan untuk komposit yang dihasilkan untuk uji mekanik dengan universal tes mekanik (UTM) dan analisis termal TGA-DTA dengan alat stratam TAG 24. Dari hasil penelitian diperoleh dan pada uji mekanik sifat kekuatan tarik dan perpanjangan putus menurun dengan bertambahnya kandungan bentonit, akan tetapi modulus youngnya meningkat dengan bertambahnya bentonit alam. Dari hasil analisis termal diperoleh peningkatan suhu titik leleh dengan penambahan bentonit alam. Dari morfologi dihasilkan penyebaran bentonit tidak merata yang mengakibatkan uji tarik menurun.
PREPARATION AND CHARACTERISTICS OF COMPOSITE CONTAINING MIXED LOW DENSITY POLYETHYLENE (LDPE) WITH
NATURE BENTONITE CHARGER
ABSTRACT
This study aims to determine the morphology of composite bentonite before and after, to determine thermal and mechanical properties of LDPE composites with natural bentonite filler after chemical purification. The research method is that the process of natural bentonite modified with a size of 200 pengerusan process mest (lm) was purified by HCl is used as a filler material. The matrix used is kompatibilizernya LDPE and PE-g-MA with a variety of natural bentonite (0,3,5,7, and 10)% weight, and then inserted into the internal mixer with a temperature of 140 ˚ C for 15 min with a rotor speed of 50 rpm characteristics performed for resulting composites for mechanical tests with universal mechanical testing (UTM) and TGA-DTA thermal analysis with tools stratam TAG 24. The results were obtained and the mechanical properties of tensile strength test and elongation at break decreased with increasing bentonite content, but the Young modulus increased with increasing bentonite nature. Thermal analysis of the results obtained by an increase in temperature of the melting point with the addition of natural bentonite. Morphology resulting from the uneven spread of bentonite causing decreased tensile test.
DAFTAR ISI
2.2.3 Polietilen/Low Density Polyethylene (LDPE) 12
2.2.4 Karakteristik LDPE 14
2.3 Sifat Mekanik 14
2.4 Bentonit 16
2.4.1 Komposisi Bentonit Alam Pahae 18 2.4.2 Sifat Fisik dan Kimia Bentonit 20
2.5 Pengujian dan Karakterisasi 22
2.5.1 Uji Mekanik 22
2.5.2 Analisis SEM (Scanning Elektron Microscopy) 23
BAB III METODE PENELITIAN
3.3.1 Proses Pengolahan Bentonoit alam 26 3.3.2 Aktivasi Bentonit Alam Secara Kimia 27 3.3.3 Pembuatan komposit dalam Internal Mixer 27
3.4 Karakterisasi Sampel 29
3.4.1 Analisis Penggunaan SEM 29
3.4.2 Kekuatan Tarik, perpanjangan Putus,
dan Modulus Young 30
3.4.3 Sifat Termal 31
3.5 Diagram Alir 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil dan Analisis Uji Mekanik Komposit LDPE
dan bentonit Alam 33
4.1.1 Hasil dan Analisis Uji Tarik 33 4.1.2 Hasil dan Analisis pengujian
Perpanjangan Putus 35
4.1.3 Hasil dan Analisis Modulus young 36 4.2 Hasil dan Analisis Termal 38
4.2.1 Hasil dan Analisis DTA 38
4.2.2 Hasil dan Analisis TGA 39
4.3 Hasil dan Analisis Morfologi 41
4.3.1 Hasil dan Analisis Morfologi Bentonit Murni 41 4.3.2 Hasil dan Analisis Morfologi Bentonit
Pemurnian Kimia 42
4.3.3 Hasil dan Analisis Morfologi LDPE 43 4.3.4 Hasil dan Analisis Morfologi LDPE
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 45
5.2 Saran 46
DAFTAR TABEL
Hal
Tabel 2.1 Pertimbangan pemilihan komposit 6
Tabel 2.2 Karakteristik Polietilen 12
Tabel 2.3 Kekuatan Tarik, Tekan dan lentur bahan Polimer 13
Tabel 2.4 Karakteristik LDPE dan sifat fisika, kimia LDPE 14
Tabel 2.5 Sifat Fisika dan Mekanika LDPE 14
Tabel 2.6 Perbedaan Sifat Na-Bentonit dan Ca-Bentonit 18
Tabel 2.7 Komposisi bentonit alam pahae 18
Tabel 2.8 Karakterisasi bentonit 21
Tabel 2.9 Komposisi kimia 22
Tabel 3.1 Komposisi campuran dalam persen 28
Tabel 3.2 Komposisi campuran Gram 28
Tabel 3.3. Urutan Pencampuran Komposit dalam Internal Mixer 29
Tabel 4.1. Nilai kuat tarik komposit LDPE-Bentonit 33
Tabel 4.2 Nilai perpanjangan putus komposit LDPE-Bentonit 35
Tabel 4.3 Nilai modulus young komposit LDPE-Bentonit 36
Tabel 4.4 Hasil pengujian DTA komposit LDPE-Bentonit 38
DAFTAR GAMBAR
Hal
Gambar 2.1 Komposit Serat, Komposit Partikel, Dan Komposit
Laminat 8
Gambar 2.2 Kantong Plastik Yang Dibuat Dari Polietilena. 10
Gambar 2.3 Model 3D Dari Rantai Polietilena. 11
Gambar 2.4 (a) Monomer Polietilena Dengan Tampilan Lebih Sederhana,
(b). Rumus Monomer Dari Polietilena, n Menunjukkan
Bahwa Polimer Dari Etena. 11
Gambar 2.5 (a) Simbol LDPE, (b). Produk LDPE Dalam Kebutuhan
Rumah Tangga 13
Gambar 2.6. Bentonit Alam Pahae 17
Gambar 2.7. Struktur montmorillonit 20
Gambar 2.8 Spesimen uji tarik dan perilaku polimer
termoplastiksaat mengalami pembebanan di mesin
uji tarik. 23
Gambar 2.9 Dalam SEM berkas elektron berenergi tinggi mengenai
permukaan material. 24
Gambar 3.1. Memperlihatkan gambar SEM model Zeiss dan model joe 31
Gambar 3.2 Universal Testing Machanic model Laryee Universal
Testing Mechine Wdw-10. 30
Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian 32
Gambar 4.1 Hasil pengujian kekuatan tarik komposit LDPE-Bentonit 34
Gambar 4.2 Grafik hubungan perpanjangan putus terhadap
komposisi Bentonit 35
Gambar 4.3 Modulus Young Terhadap Komposisi Bentonit 37
Gambar 4.4 Nilai DTA komposit LDPE-Bentonit 39
Gambar 4.5 Nilai TGA komposit LDPE-Bentonit 40
Gambar 4.7 Morfologi bentonit hasil pemurnian secara kimia
pembesaran 1000 kali 42
Gambar 4.8 Morfologi LDPE murmi pembesaran 500 kali 42
Gambar 4.9 Morfologi komposit LDPE+Bentonit pembesaran 500 kali 43
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Hasil Uji Mekanik L-1
Lampiran B Hasil Uji Termal L-2
PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE)
DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan morfologi bentonit sebelum dan sesudah dikompositkan, menentukan sifat mekanik dan termal komposit LDPE dengan bahan pengisi bentonit alam setelah dilakukan pemurnian secara kimia. Metode penelitian dilakukan yaitu proses modifikasi bentonit alam dengan proses pengerusan menjadi ukuran 200 mest (µm) dimurnikan dengan HCl yang digunakan sebagai bahan pengisi. Adapun matrik yang digunakan adalah LDPE dan kompatibilizernya PE-g-MA dengan variasi bentonit alam (0,3,5,7, dan 10)% berat, kemudian dimasukkan kedalam internal mixer dengan suhu 140˚C selama 15 menit dengan kecepatan rotor 50 rpm karakteristik yang dilakukan untuk komposit yang dihasilkan untuk uji mekanik dengan universal tes mekanik (UTM) dan analisis termal TGA-DTA dengan alat stratam TAG 24. Dari hasil penelitian diperoleh dan pada uji mekanik sifat kekuatan tarik dan perpanjangan putus menurun dengan bertambahnya kandungan bentonit, akan tetapi modulus youngnya meningkat dengan bertambahnya bentonit alam. Dari hasil analisis termal diperoleh peningkatan suhu titik leleh dengan penambahan bentonit alam. Dari morfologi dihasilkan penyebaran bentonit tidak merata yang mengakibatkan uji tarik menurun.
PREPARATION AND CHARACTERISTICS OF COMPOSITE CONTAINING MIXED LOW DENSITY POLYETHYLENE (LDPE) WITH
NATURE BENTONITE CHARGER
ABSTRACT
This study aims to determine the morphology of composite bentonite before and after, to determine thermal and mechanical properties of LDPE composites with natural bentonite filler after chemical purification. The research method is that the process of natural bentonite modified with a size of 200 pengerusan process mest (lm) was purified by HCl is used as a filler material. The matrix used is kompatibilizernya LDPE and PE-g-MA with a variety of natural bentonite (0,3,5,7, and 10)% weight, and then inserted into the internal mixer with a temperature of 140 ˚ C for 15 min with a rotor speed of 50 rpm characteristics performed for resulting composites for mechanical tests with universal mechanical testing (UTM) and TGA-DTA thermal analysis with tools stratam TAG 24. The results were obtained and the mechanical properties of tensile strength test and elongation at break decreased with increasing bentonite content, but the Young modulus increased with increasing bentonite nature. Thermal analysis of the results obtained by an increase in temperature of the melting point with the addition of natural bentonite. Morphology resulting from the uneven spread of bentonite causing decreased tensile test.
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Polimer sudah banyak dipakai dalam kehidupan sehari-hari, dalam
kebutuhan rumah tangga, pakaian, kebutuhan industri, dan masih banyak lagi.
Industri polimer mengembangkan polimer sintetik. Polimer sintetik dibuat melalui
cara polimerisasi, macam-macam polimer sintetik yaitu PE (polietilena), PP
(polipropilena), PVC (Poli Vinil klorida), PC (Polikarbonat), PS (Poli Sulfonat),
ABS (Akrilonitil Butadiena Stirena), dan lain-lain (Narkanti,1996). Salah satu
polimer sintetik yang paling banyak digunakan adalah Polietilen (PE), biasanya
sebagai bahan dasar untuk pembuatan berbagai jenis peralatan rumah tangga,
kemasan makanan maupun minuman. Pemanfaatannya yang sangat luas
dimungkinkan karena polimer ini memiliki banyak sifat-sifat yang bermanfaat
antara lain daya tahan terhadap zat kimia dan benturan yang baik, mudah dibentuk
dan dicetak, ringan dan harganya murah (Peacock , 2000)
Penelitian yang menggunakan polimer sintetik polietilena (PE) telah
banyak dilakukan oleh para peneliti, diantaranya dengan memadukan dua material
yang berbeda sehingga dapat meningkatkan sifat mekanik dari material tersebut.
Jika suatu polimer dikompositkan dengan suatu silika, maka material ini akan
menunjukan peningkatan yang sangat dramatis pada sifat-sifat seperti mekanik
dan thermal melebihi sifat polimer murninya. (Rosyadi I.I,dkk,2010)
Indonesia memiliki sumber daya alam mineral yang tersebar di beberapa
propinsi dengan jumlah yang cukup besar. Salah satu mineral yang banyak
terdapat di Indonesia adalah lempung. Berdasarkan kandungan mineralnya, tanah
dibedakan menjadi montmorilonit, kaolinit, haloisit, klorit dan illit. Salah satu dari
sumber bentonit alam yang terdapat di Propinsi Sumatera Utara di daerah
Kecamatan Pahae Kabupaten Tapanuli Utara, Propinsi Sumatera Utara bentonit
atau clay adalah istilah yang digunakan untuk sejenis lempung yang Mengandung
Montmorillonite merupakan kelompok mineral filosilikat yang paling banyak menarik perhatian karena montmorillonit memiliki kemampuan untuk
mengembang serta kemampuan untuk diinterkalasi dengan senyawa organik
membentuk material komposit organik- anorganik. Montmorillonit juga memiliki
kapasitas penukar kation yang tinggi sehingga ruang antar lapis montmorillonit
mampu mengakomodasi kation dalam jumlah besar(Lubis, 2007).
Menurut labaik (2006) Bentonit adalah istilah pada lempung yang
mengandung monmorillonit dalam dunia perdagangan dan termasuk kelompok
dioktohedral. Bentonit atau montmorilonite sebagai meneral lempung yang terdiri
dari 85% montmorilonite dan mempunyai rumus kimia (AL2O3, 4SiO2 H2O), nama montmorilonit ini berasal dari lempung plastis yang ditemukan di
Montmorilonite, prancis pada tahun 1947. Struktur Montmorolonit adalah Mx(Al
4
xMgx)Si8O20(OH) Montmorilonit terdiri dari tiga unit lapian tetrahedral (mengandung ion slika) mengapit satu lapisan oktahedral (mengadung ion besi
dan magnesium). Struktur utama monmorilonite selalu bermuatan negatif
walaupun pada lapisan oktahedral ada kelebihan muatan positif yang akan di
kompensisasi oleh kekurangan muatan positif pada lapisan tetredral.
Bahan pengisi (filler) yang beasal dari bentonit dalam komposit atau polimer untuk perbaikan dan meningkatkan sifat-sifat fisik bahan, bahan pengisi
(filler) sering digunakan dalam pembuatan komposit seperti plastik namun penggunaan plastik memiliki beberapa masalah diantaranya, plastik sulit
terdegradasi ketika tidak digunakan lagi, karena itu perlu temukan alternatif bahan
yang akan digunakan sebagai Filler yaitu bentonit. Sifat fisik yang paling utama
dari bentonit adalah daya serap, derajat plasisasi, daya pembersih, daya
pengembang, derajat pengganti ion, warna, derajat kecerahan dan ukuran butiran
dari bentonit tersebut (Harjanto,2000)
Polimer dan bentonit merupakan material yang tidak kompatibel apabila
dipadukan, maka untuk memadukannya diperlukan compatibilizer, compatibilizer
polimer yang tidak kompatibel menjadi campuran yang stabil melalui ikatan
intermolekuler (Menta.dkk,2007)
Jumlah luas permukaan dapat ditinggkatkan dengan adanya permukaan
yang berpori pada permukaan bahan pengisi. Penelitian yang telah dilakukan oleh
beberapa peneliti yakni yang menggunakan bahan alam sebagai bahan pengisi
secara umum tidak kompatibel dengan bahan polimer ,hal ini disebabkan oleh
perbedaan kepolaran bahan-bahan tersebut di mana bahan polimer merupakan
bahan yang bersifat hidrofobik sedangkan bahan pengisi serat alam adalah bersifat hidrofilik. Oleh kerana itu beberapa langkah telah diambil dalam mengatasi masalah ini antaranya ialah dengan menggunakan zat kompatibiliser,
dan melakukan perlakuan terhadap bahan pengisi dengan bahan kimia yang
sesuai dan penggunaan. (Bukit, 2011)
Bedasarkan uraian di atas, penulis akan melanjutkan penelitian menggenai
penggunaan bentonit alam sebagai bahan pengisi dengan menggunakan bentonit,
pemurnian secara kimia dengan matrik LDPE dengan kompatibeliser PE-g-MA.
Dengan demikian judul penelitian ini adalah Pembuatan dan Karakteristik
komposit yang terdiri dari campuran Polietilen Low Density Polyethylene (LDPE )
dengan filler bentonit alam.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana morfologi Bentonit alam, Bentonit setelah dilakukan
pemurnian secara kimia dan komposit LDPE dengan Bentonit.
2. Bagaimana sifat mekanik komposit LDPE dengan pengisi bentonit setelah
dilakukan pemurnian secara kimia.
3. Bagaimana sifat termal (DTA dan TGA) komposit LDPE dengan pengisi
bentonit setelah dilakukan pemurnian secara kimia.
1.3 Batasan Masalah
Berdasarkan uraian yang telah dikemukakan pada latar belakang di atas,
1. LDPE yang digunakan merupakan produksi PT Tiatan Petrokimia
Indonesia,
2. Pengisi yang digunakan adalah bentonit alam setelah pemurnian secara
kimia yang berasal dari desa Pahae Kabupaten Tapanuli Utara.
3. Kompatibilizer yang digunakan adalah PE-g-MA.
4. Pengujian yang dilakukan adalah analisis mekanik (Kekuatan tarik,
Perpanjangan putus, Modulus Young), Analisis termal (DTA dan TGA) dan morfologi (SEM) .
5. Penelitian ini dilakukan untuk melihat pengaruh penembahan bentonit
terhadap sifat fisis dan mekanik LDPE.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk menentukan morfologi bentonit alam setelah dilakukan pemurnian
secara kimia.
2. Untuk menentukan sifat mekanik komposit LDPE dengan pengisi
bentonit alam setelah dilakukan pemurnian secara kimia.
3. Untuk menentukan sifat termal (DTA dan TGA) komposit LDPE dengan
pengisi bentonit alam setelah dilakukan pemurnian secara kimia.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang ingin diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai
berikut:
1. Peningkatan nilai ekonomis bentonit alam modifikasi sebagai pengisi
pada termoplastik
2. Memberikan informasi dasar tentang sifat termal (DTA dan TGA), sifat
mekanik (Kekuatan tarik, perpanjangan putus dan modulus young), komposit LDPE dengan pengisi bentonit alam aktivasi kimia yang dapat
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 KOMPOSIT POLIMER
Polimer merupakan bahan yang sangat bermanfaat dalam dunia teknik.
Polimer mudah dibuat dan penerapannya mencakup berbagai bidang industri,
seperti serat, karet, plastik, cat, perekat dan penambal. Polimer terdiri dari
beberapa bentuk yaitu cair-kental, karet-lunak, sampai padatan-keras. Meskipun
demikian, semua berstruktur dan bersifat (kima, mekanis, fisik) serupa.
Sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi dan kimia, dan murah, khususnya untuk
aplikasi-aplikasi pada temperatur rendah. Polimer adalah salah satu bahan
rekayasa bukan logam (non-metallic material) yang penting. Bahan polimer ada 2
jenis yaitu polimer biologis dan polimer bukan biologis. Bipolimer mendasari
segala bentuk kehidupan dan berbagai bahan pangan. Polimer bukan biologis,
termasuk yang sintetik, dibutuhkan untuk bahan industri sandang, papan,
transportasi, komunikasi, dan lain-lain.
Makin berkembangnya industri di bidang kimia polimer, tentu kita pernah
mendengar istilah komposit polimer. Komposit polimer adalah polimer yang
berfungsi sebagai matrik (Gibson,1994). Adapun definisi dari komposit adalah
bahan gabungan dua atau lebih yang terdiri dari komponen bahan utama (matriks)
dan bahan rangka (reinforcement) atau penguat. (Ginting,2006)
Matriks berfungsi sebagai pengikat dari isian (penguat), dan jika dikenai
beban ia akan terdeformasi dan mendistribusikan beban (tegangan) tadi keseluruh
unsur-unsur isian penguat,dan berfungsi sebagai unsur penguat struktur komposit.
Sedangkan material-material penguat pada umumnya merupakan unsur kekuatan
komposit. Selain itu, material juga tahan terhadap panas, reaksi kimia, tahanan,
atau konduktor listrik, dan sifat-sifat yang lain.(Sulaiman,1997) Dan bahan rangka
(penguat) yang sering digunakan adalah serat alam selulosa dan serat sintesis.
Adapun sifat maupun karakteristik dari komposit ditentukan oleh :
a. Material yang menjadi penyusun komposit
Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material
penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.
b. Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun
Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik
komposit.
c. Interaksi antar penyusun
Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit.
Pada umumnya komposit unggul mempunyai sifat-sifat yang tidak dimiliki
oleh kelompok material lain. Disamping itu, material komposit mempunyai
keistimewaan yaitu mudah dibentuk sesuai dengan keinginan. Pemilihan matriks
(material dasar) umumnya ditentukan oleh kondisi fisik dan mekanik, tempat
komposit tersebut akan digunakan.(Sulaiman,1997) Berikut adalah Tabel 2.1
pertimbangan pemilihan komposit
Tabel 2.1. Pertimbangan Pemilihan Komposit
Alasan Digunakan Material yang Dipilih Aplikasi Ringan, kaku, kuat Boron, semua karbon /
2.1.1 Bahan Komposit
Bahan komposit didefenisikan sebagai kombinasi dari dua atau lebih
unsur-unsur penyusun yang berbeda satu sama lain, baik dalam bentuk maupun
komposisinya. Manfaat utama dari penggunaan komposit adalah mendapatkan
kombinasi sifat kekuatan serta kekakuan tinggi dan berat jenis yang ringan.
Dengan memilih kombinasi material serat dan matriks yang tepat, kita dapat
membuat suatu material komposit dengan sifat yang sama untuk suatu struktur
tertentu dan tujuan tertentu (Hakim,2007).
Sifat mekanis bahan komposit sebagai berikut :
1. Kaku
Kaku adalah kemampuan dari satu bahan untuk menahan perubahan
bentuk jika dibebani dengan gaya tertentu didalam daerah elastik, (pada
pengujian tarik).
2. Tangguh
Tangguh adalah jika pemberian gaya atau yang menyebabkan bahan-bahan
tersebut sehingga menjadi patah, (pada pengujian tiga titik lentur).
3. Kokoh
Kondisi yang diperoleh akibat benturan atau pukulan serta proses kerja
yang mengubah struktur komposit sehingga menjadi keras, (pada
pengujian impak).
Secara garis besar ada tiga macam jenis komposit berdasarkan penguat
yang digunakan :
Komposit serat ( fiber composite)
Merupakan jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu
lapisan yang menggunakan penguat serat. Serat yang digunakan bisa
berupa serat gelas, serat karbon, serat aramid (poly aramide), dan
sebagainya. Serat ini bisa disusun secara acak maupun dengan orientasi
tertentu bahkan bias juga dalam bentuk yang lebih kompleks seperti
Komposit laminat (laminated composite)
Merupakan jenis komposit yang terdiri dari dua lapis atau lebih yang
digabung menjadisatu dan setiap lapisannya memiliki karakteristik sifat
tersendiri.
Komposit partikel (partikulated Composite)
Merupakan komposit yang menggunakan partikel atau serbuk sebagai
pengguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriknya.
Komposit Serat Komposit Partikel Komposit Laminat
Gambar 2.1. Komposit Serat, Komposit Partikel, Dan Komposit Laminat
2.2 POLIMER
Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari unit-unit yang
berulang sederhana (monomer). Perulangan unit-unit (monomer) dapat
membentuk susunan rantai linier, bercabang, dan jaringan. Polimer terbagi dalam
tiga kelompok umum yaitu polimer elastomer, polimer serat dan polimer plastik.
Polimer elastomer adalah polimer dengan sifat-sifat elastis seperti karet. Polimer
serat adalah polimer yang mirip benang seperti kapas, sutera atau nilon. Polimer
plastik adalah polimer yang berupa lembaran tipis.
Berdasarkan asal-mulanya polimer dapat dibagi dua, yaitu polimer alam
dan polimer sintetik. Polimer alam terbentuk di alam hasil metabolisme mahkluk
hidup, contohnya seperti pati, karet, selulosa, protein, dan sutera yang dihasilkan
oleh tanaman dan binatang. Keterbatasan tersedianya polimer alam untuk berbagai
keperluan, mendorong semakin banyak diproduksi polimer sintetik. Polimer
plastik (mudah dibentuk). Polimer plastik atau sintetik dapat dilelehkan dan
dibentuk menjadi bermacam-macam bentuk.
2.2.1 Sifat-sifat Bahan Polimer
Molekul polimer disusun dalam satu struktur rantai dalam struktur tiga
dimensi dengan ikatan kovalen, kebanyakan molekul rantai memberikan sifat
termoplastik dengan menaikan temperatur sehingga dapat mencair dan mengalir.
Bahan tersebut dinamakan polimer termoplastik. Sedangkan polimer yang struktur
tiga dimensi nya terkeraskan karena pemanasan tidak dapat mengalir lagi karena
pemanasan dinamakan polimer termoset. Sifat-sifat khas bahan polimer pada
umumnya sebagai berikut (Bukit, 2011).
1. Kemampuan cetak yang baik. Pada temperatur relatif rendah bahan dapat
dicetak dengan pernyuntikan, penekanan, ekstrusi dan seterusnya yang
menyebabkan ongkos lebih rendah dari pada logam dan keramik.
2. Produk yang ringan dan kuat dapat dibuat. Berat jenis polimer rendah
dibandingkan dengan logam dan keramik.
3. Banyak diantara polimer bersifat isolasi listrik yang baik. Polimer
mungkin juga dibuat konduktor dengan jalan mencampurkan dengan
serbuk logam, butiran karbon, dan sebagainya.
4. Baik sekali dalam ketahanan air dan ketahanan kimia. Pemilihan bahan
yang baik akan menghasilkan produk yang mempunyai sifat-sifat baik
sekali. (contoh : politetrafluoroetilen, dan sebagainya).
5. Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung
pada cara pembuatannya. Dengan mencampur zat pemlastis, pengisi, dan
sebagainya sifat-sifat dapat berubah dalam daerah yang luas.
6. Umumnya bahan polimer lebih murah.
7. Kurang tahan terhadap panas, hal ini berbeda dengan logam dan keramik.
8. Kekerasan permukaan yang sangat kurang. Bahan polimer yang keras ada
9. Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam pelarut tertentu
kecuali beberapa bahan khusus seperti politetrafluoroetilen. Jika tidak dapat larut, mudah retak karena kontak yang terus menerus dengan pelarut.
10. Mudah dimuati listrik secara elektro statis, kecuali beberapa bahan yang
khusus dibuat agar menjadi hantaran listrik, kurang higroskopik, dan dapat
dimuati listrik.
11. Beberapa ada yang tahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang
kecil.
2.2.2 POLIETILEN (PE)
Polietilena (PE) adalah termoplastik yang kuat dan dapat dibuat dari yang
lunak sampai yang kaku. Polietilena adalah polimer yang terdiri dari rantai
panjang monomer etilena di industri polimer, polietilena ditulis dengan singkatan
PE. Molekul etena C2H4 adalah CH2=CH2. Dua grup CH2 bersatu dengan ikatan
ganda. Polietilena dibentuk melalui proses polimerisasi dari etena,Polietilena bisa
diproduksi melalu proses polimerisasi radikal, polimerisasi adisi anionik,
polimerisasi ion koordinasi, atau polimerisasi adisi kationik. Setiap metode
menghasilkan tipe polietilena yang berbeda.
Gambar 2.2.Kantong Plastik Yang Dibuat Dari Polietilena.
Polietilena adalah bahan termoplastik yang transparan, berwarna putih
mempunyai titik leleh bervariasi antara 1100C-1370C. Umumnya polietilena
bersifat resisten terhadap zat kimia. Pada suhu kamar, polietilena tidak larut dalam
yaitu polietilen densitas rendah (low-density polyethilen/LDPE) dan polietilen
densitas tinggi (High density polyethilen/HDPE) (Azizah, 2004).
Gambar 2.3.Model 3D Dari Rantai Polietilena.
a. b.
Gambar 2.4.(a) Monomer Polietilena Dengan Tampilan Lebih Sederhana, (b). Rumus Monomer Dari Polietilena, n Menunjukkan Bahwa Polimer Dari
Etena.
PE menjadi istimewa karena sifat-sifatnya yang menarik seperti murah,
inert, sifat listriknya yang bagus, dan pemrosesannya mudah. Umumnya
pengklasifikasian PE didasarkan pada densitas dan viskositas pelelehan atau
Tabel 2.2. Karakteristik Polietilen
Sifat Fisik dan Mekanik LDPE Rantai Cabang HDPE
Berat jenis (g/cm3) 0,91-0,94 0,95-0,97
Tegangan impak >16 0,8-14
Konstanta dielektrik 2,28 2,32
Resitivitas (Ohm cm) 6 × 1015 6 × 105
(Rafli.R,2008 )
2.2.3 Polietilen / Low Density Polyethylene (LDPE)
Low Density Polyethylene (LDPE) juga dikenal sebagai plastik dan dapat
dijumpai pada tas plastik, botol, kotak penyimpanan, mainan, perangkat komputer
dan wadah yang dicetak. LDPE adalah plastik yang mudah dibentuk ketika panas,
yang terbuat dari minyak bumi, dan rumus molekulnya adalah (-CH2- CH2-)n.
Dia adalah resin yang keras, kuat dan tidak bereaksi terhadap zat kimia lainnya,
kemungkinan merupakan plastik yang paling tinggi mutunya.
LDPE dicirikan dengan densitas 0.910–0.940 g/cm3. LDPE memiliki
derajat tinggi terhadap percabangan rantai panjang dan pendek, yang berarti tidak
akan berubah menjadi struktur kristal. Ini juga mengindikasikan bahwa LDPE
memiliki kekuatan antar molekul yang rendah. Ini mengakibatkan LDPE memiliki
kekuatan tensil yang rendah. LDPE diproduksi dengan polimerisasi radikal bebas.
LDPE bisa tembus cahaya ataupun pekat, dan sangat kuat, sangat lentur, kedap air
dan tidak dapat dihancurkan seperti plastik lain yang lebih keras. Di bawah ini
a b
Gambar 2.5.(a) Simbol LDPE, (b). Produk LDPE Dalam Kebutuhan Rumah Tangga
Tertera logo daur ulang dengan angka 4 di tengahnya, serta tulisan LDPE,
yaitu plastik tipe cokelat (termoplastik/dibuat dari minyak bumi). Biasanya LDPE
dipergunakan untuk tempat makanan, plastik kemasan, dan botol-botol yang
lembek. Sifat mekanis jenis plastik LDPE adalah kuat, agak tembus cahaya,
fleksibel dan permukaan agak berlemak. Pada suhu di bawah 60oC sangat resisten
terhadap senyawa kimia, daya proteksi terhadap uap air tergolong baik, akan
tetapi kurang baik bagi gas-gas yang lain seperti oksigen. Plastik ini dapat didaur
ulang, baik untuk barang-barang yang memerlukan fleksibilitas tetapi kuat, dan
memiliki resistensi yang baik terhadap reaksi kimia. Barang berbahan LDPE ini
sulit dihancurkan, tetapi tetap baik untuk tempat makanan karena sulit bereaksi
secara kimiawi dengan makanan yang dikemas dengan bahan ini.
Besar kekuatan tarik, kekuatan tekan dan kekuatan lentur bahan polimer
dapat dilihat dari Tabel 2.3 berikut ini.
Tabel 2.3. Kekuatan Tarik, Tekan dan Lentur Bahan Polimer
2.2.4 Karakteristik LDPE
Pada polietilen jenis low density terdapat sedikit cabang pada rantai antara
molekulnya yang menyebabkan plastik ini memiliki densitas yang rendah, Berikut
Tabel 2.4, dan 2.5 tentang karakteristik LDPE dan sifat fisika, kimia, mekanika
LDPE.
Tabel 2.4. Karakteristik LDPE dan sifat fisika, kimia LDPE
Parameter Keterangan
Nama Kimia Low Density Polyethylen
Trade Name LDPE
Sinonim Polyethylen
Rumus Molekul (C2H4)n
Fisik Padat
Melting Point 105-1150C / 212-2750F
Spesific Gravity (at 200C)
(water = 1) 0,91-0,93
(Sitepu,I.W, 2009)
Tabel 2.5. Sifat Fisika Dan Mekanika LDPE Sifat fisika dan mekanik LDPE rantai Lurus
Titik leleh 105-1150C
Derajat kristalinitas 85-95 %
Berat jenis 0,95-0,96
Titik lunak 1240C
Kekuatan tarik 245 kgf/cm2
Perpanjangan 100 %
(Sitepu,I.W, 2009)
2.3 SIFAT MEKANIK
Secara garis besar material mempunyai sifat-sifat yang mencirikannya,
pemilihan bahan dalam suatu perancangan. Sifat mekanik dapat diartikan sebagai
respon atau perilaku material terhadap pembebanan yang diberikan, dapat berupa
gaya, torsi atau gabungan keduanya. Untuk mendapatkan sifat mekanik material,
biasanya dilakukan pengujian mekanik. Pengujian mekanik pada dasarnya bersifat
merusak (destructive test), dari pengujian tersebut akan dihasilkan kurva atau data
yang mencirikan keadaan dari material tersebut.
Setiap material yang diuji dibuat dalam bentuk sampel kecil atau
spesimen. Spesimen pengujian dapat mewakili seluruh material apabila berasal
dari jenis, komposisi dan perlakuan yang sama. Pengujian yang tepat hanya
didapatkan pada material uji yang memenuhi aspek ketepatan pengukuran,
kemampuan mesin, kualitas atau jumlah cacat pada material dan ketelitian dalam
membuat spesimen. Sifat mekanik tersebut meliputi antara lain: kekuatan tarik,
ketangguhan, kelenturan, keuletan, kekerasan, ketahanan aus, kekuatan impak,
kekuatan mulur, kekeuatan leleh dan sebagainya. Pengujian sifat mekanik bahan
polimer sangat penting karena penggunaan bahan polimer sebagai bahan industri
sangat bergantung pada sifat mekanisnya. Sifat mekanik polimer merupakan salah
satu sifat yang sering digunakan untuk karakterisasi suatu bahan polimer
(Siagian,K.A,2009)
Sifar-sifat mekanik material yang perlu diperhatikan: tegangan yaitu gaya
diserap oleh material selama berdeformasi persatuan luas, regangan yaitu besar
deformasi persatuan luas, modulus elastisitas yang menunjukkan ukuran kekuatan
material, kekuatan yaitu besarnya tegangan untuk mendeformasi material atau
kemampuan material untuk menahan deformasi, kekuatan luluh yaitu besarnya
tegangan yang dibutuhkan untuk mendeformasi plastis, kekuatan tarik adalah
kekuatan maksimum yang berdasarkan pada ukuran mula, keuletan yaitu besar
deformasi plastis sampai terjadi patah, ketangguhan yaitu besar energi yang
diperlukan sampai terjadi perpatahan, kekerasan yaitu kemampuan material
menahan deformasi plastis lokal akibat penetrasi pada permukaan.
Sifat-sifat mekanik pada polimer dapat dinyatakan dalam beberapa
Pengukuran sifat mekanik meliputi yield strength (kekuatan luluh),tensile strength
(kekuatan tarik) dan elongation at break (perpanjangan putus) (Deswita.dkk,2007)
2.4 BENTONIT
Bentonit adalah clay yang sebagian besar terdiri dari montmorillonit
dengan mineral-mineral seperti kwarsa, kalsit, dolomit, feldspars, dan mineral
lainnya. Montmorillonit merupakan bagian dari kelompok smectit dengan
komposisi kimia secara umum (Mg,Ca)O.Al2O3.5SiO2.nH2O. Nama monmorilonit itu sendiri berasal dari Perancis pada tahun 1847 untuk penamaan
sejenis lempung yang terdapat di Monmorilon Prancis yang dipublikasikan pada
tahun (1853 – 1856) Mineral monmorillonit terdiri dari partikel yang sangat kecil
sehingga hanya dapat diketahui melalui studi mengunakan XRD (X-Ray
Difraction).
Lampung merupakan komponen salah satu komponen tanah yang tersusun
atas senyawa alumina slikat dengan ukuran partikel yang lebih kecil dari 2nm,
struktur dasar merupakan filoslikat atau lapisan slikat yang terdiri dari lembaran
tetrahedral silisiun-oksigan dan lembaran oktahedral aluminium-oksigen
hidroksida (Lestari.S, 2002).
Bentonit alam merupakan alumina slikat terhidrasi dengan unsur utama
yang terdiri dari kation alkali dan alkali tanah dari senyawa yang dikandung nya
Bentonit berarti Tanah liat yang mengadung senyawa hidrat alumino slikat dengan
unsur – unsur utama alkali tanah dan mempunyai sifat penukaran ion serta
kemampuan absopsi yang tinggi. Sehingga mineral bentonit terdiri dari beberapa
jenis mineral, berstuktur tiga dimensi dan mempunyai pori yang dapat diisi oleh
molekul air (Supeno.M, 2007).
Bentonit mempunyai potensi untuk di kembangkan pemanfaatnya menjadi
bahan unggulan yang bernilai komunitas tinggi, baik dalam bidang industri
(Farmasi, Kosmetik, Katalis, cat) agrobisnis maupun lingkungan selain dari
penggunaannya di bidang pertanian, perternakan, perikanan, proses penjernihan
air, penyerap logam – logam berat dan diterjen, berikut adalah Gambar bentonit
Gambar 2.6.Bentonit Alam Pahae
Berdasarkan kandungan alumino silikat hidrat yang terdapat dalam
bentonit, maka bentonit tersebut dapat dibagi menjadi dua golongan :
a. Activated clay, merupakan lempung yang mempunyai daya pemucatan
yang rendah.
b. Fuller’s earth, merupakan lempung yang secara alami mempunyai sifat
daya serap terhadap zat warna pada minyak, lemak, dan pelumas
Berdasarkan tipenya, bentonit dibagi menjadi dua, yaitu :
1. Na-bentonit
Na bentonit memiliki daya mengembang hingga delapan kali apabila
dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air. Dalam
keadaan kering berwarna putih atau kream, pada keadaan basah dan terkena sinar
matahari akan berwarna mengkilap. Suspensi koloidal mempunyai pH: 8,5-9,8.
2. Ca-bentonit
Tipe bentonit ini kurang mengembang apabila dicelupkan ke dalam air,
tetapi secara alami setelah diaktifkan mempunyai sifat menghisap yang baik.
Suspensi koloidal mempunyai pH: 4-7. Dalam keadaan kering berwarna abu-abu,
biru, kuning, merah, coklat.
Na-bentonit dimanfaatkan sebagai bahan perekat, pengisi, lampur bor,
sesuai sifatnya mampu membentuk suspensi koloidal setelah bercampur dengan
air. Sedangkan Ca-bentonit banyak dipakai sebagai bahan penyerap. -Bentonit
Tabel.2.6. Perbedaan Sifat Na-Bentonit Dan Ca-Bentonit No Sifat fisik Na-Bentonit Ca-Bentonit 1 Daya mengembang Sangat baik Tidak baik
2 Kekuatan dalam keadaan basa Sedang Tinggi
3 Perkembangan daya ikat Sedang Cepat
4 Kekuatan takan tinggi Sedang
5 daya tekan terhadap penusutan Tinggi Rendah
6 Daya mengalirkan pasir Sedang Sangat baik
7 Warna dalam keadaan kering Putih atau Kerem
2.4.1. Komposisi Bentonit Alam Pahae
Bentonit merupakan suatu kelompok mineral yang di hasilkan dari proses
hidrotermal pada batuan baku basa, mineral ini biasanya dijumpai mengisi
celah-celah ataupun rekatan dari batuan tersebut, selain itu bentonit juga merupakan
endapan dari aktivitas vulkanik yang banyak mengadung unsur slikat.
Adapun Komposisi bentonit alam pahae adalah sebagai berikut:
Tabel 2.7. Komposisi bentonit Alam pahae
Komposis Kimia - CaO, MgO, Al2O3, Fe2O3, Sio2, K2O,
TiO
- SiO2 = 60,18%
- Al2O3 = 14,25 %
Sifat fisik - Warna hijau kebiru-biruan, putih, dan coklat
- Kekerasan 1-2
Kegunaan - Bahan banggunan dan ornament
- Semen pozzolan, dan bahan agregat ringgan
- Bahan pengembang dan pengisi pasta gigi
- Bahan pencernih air
- Campuran makanan ternak
Keterdapatan Kecamatan Pahae, Tapanuli Utara
Cadangan +/- 6000.000 Ton
Sumber: (Distampropus, 2004)
Struktur montmorillonite terdiri dari 3 layer (lapisan T-O-T) yang terdiri
dari 1 lapisan Alumina (AlO6) bentuk pada bagian tengah diapit oleh 2 lapisan
silika (SiO4) berbentuk tetrahedral. Diantara lapisan T-O-T atau lapisan
interlayer terdapat kation monovalent maupun bivalent, seperti Na, Ca2dan
Mg2
dan memiliki jarak (d-spacing) sekitar 1,2-1,5 nm (salim,2012).
Lepisan-lapisandalam bentonit ini teralogmerasi (menggumpal) karna adanya gaya tarik
menarik antar partikel. Dengan teknik tertentu seperti surface treatment gaya tersebut dapat dikurangi sehingga jarak antar layar dalam struktur monmorilonit
akan bertambah besar (>15).(syuhada dkk,2009).
Dengan rumus kimia bentonit adalah (Mg, Ca) xAl2 O
3. ySiO2. n H2O dengan nilai n sekitar 8, x,y adalah nilai perbandingan antara Al2O3. dan SiO2, dan ( Mg, Ca ) adalah M,. Fragmen sisa bentonit umumnya terdiri dari campuran
kristoballit, feldspar, kalsit, gipsum, kaolinit, plagioklas.
Setiap struktur kristal bentonit mempunyai tiga lapisan yaitu lapisan
oktahedral dari alumunium dan oksigen yang terletak antara dua lapisan
tetrahedral dari silikon dan oksigen. Penyusun terbesar bentonit adalah silikat
dengan oksida utama SiO2 (silika) dan Al2O3 (aluminat) yang terikat pada molekul air. Penggabungan pada satu lapisan tetrahedral silika dengan satu
Gambar 2.7. Struktur montmorillonit
Adanya atom-atom yang terikat pada masing-masing lapisan struktur
montmorillonit memungkinkan air atau molekul lain masuk di antara unit lapisan.
Akibatnya kisi akan membesar pada arah vertikal. Selain itu karena adanya
pergantian atom Si oleh Al menyebabkan terjadinya penyebaran muatan negatif
pada permukaan bentonit.
2.4.2 Sifat Fisik dan Kimia Bentonit
Dalam keadaan kering bentonit mempunyai sifat fisik berupa partikel
butiran yang halus berbentuk rekahan-rekahan atau serpihan yang khas seperti
tekstur pecah kaca (concoidal fracture), kilap lilin, lunak, plastis, berwarna kuning
muda hingga abu-abu, bila lapuk berwarna coklat kekuningan, kuning merah atau
coklat, bila diraba terasa licin, dan bila dimasukan ke dalam air akan menghisap
air.
a. Sifat fisik bentonit
Sifat fisik bentonit yang sangat penting adalah sebagai Kapastitas Tukar
Ion (KTK), daya luas permukaan, reologi sifat mengikat dan melapas serta
palstisitas
1. Kapasitas Tukar Ion
Sifat ini untuk menentukan jumlah kadar air yang terserap dalam
bentonit (dalam hal ini mineral monmorollonit) dalam keseimbangan
monmollonit serta adanya unsur (ion atau kation) yang mudah terbuka dan
menarik air, kation atau ion Na mempunyai daya serap air yang lebih baik
dari ion lainya seperti: Mg,Ca, K dan H dengan demikian maka bentonit
yang dimasukkan dalam air akan mengembang dan akan membentuk
larutan koloid, bila air tersebut di keluarkan dari larutan koloid tersebut
maka akan terbentuk suatu massa, liat, keras dan tidak tembus air serta
bersifat lembut atau tahan terhadap reaksi kimia, sifat ini di terapkan
dalam pengeboran dan tekik sipil
2. Luas permukaan
Yang dimaksud dengan luas permukaan adalah jumlah kristal atau
butir-butir bentonit dinyatakan dalam m/gram, sifat ini sangat penting
karena semakin besar jumlah luas permukaan, makin banyak zat kimia
yang dapat terbawa ( melekat ) atau makin sempurna pori-pori yang dapat
tersisa sifat ini dimanfaatkan dalam industri kimia misalnya sebagai
katalis, pembawa racun dan jamur serta digunakan sebagai bahan pengisi
dan pengembangannya di dalam industri kertas, cat dan lain sebagainya.
3. Daya serap
Sifat ini di sebabkan oleh ketidak seimbangan muatan listrik dalam ion
serta adanya pertukaran ion, dalam mineral lampung daya serap terjadi
pada ujung dan permukaan kristal serta ruang diantara kation butir
lampung, bentonit mempunyai sifat mengadsorbsi karena ukuran partikel
koloidnya sangat kecil mempunyai kapasitas pertukatan ion yang angat
tinggi.
Tabel 2.8 Karakterisasi Bentonit
Karakterisasi Nilai
Massa jenis 2,2 – 2,8 gram/ L
Massa molekul relatif 549,07 gram/ L
Titik leleh 1330– 1430 C
b. Sifat- sifat kimia
Bentonit mineral yang memiliki gugus aluminoslikat unsur-unsur kimia
yang terkandung di dalam bentonit diperlihatkan pada Tabel 2.9
Tabel 2.9 Komposisi kimia
Senyawa Na- Bentonit (% ) Ca-Bentonit (% )
SiO2 61,3-61,4 62,12
Al2O3 19,8 17,33
Fe2O3 3,9 5,30
CaO 0,6 3,68
MgO 1,3 3,30
Na2O 2,2 0,50
K2O 0,4 0,55
H2O 7,2 7,22
2.5 PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI
Dari hasil pembuatan sampel komposit yang terdiri dari campuran
polietilen/ low density polyethelene (LDPE) dengan pengisi bentonit alam, dilakukan beberapa karakterisasi : yakni sifat mekanik (kekuatan tarik ,
perpanjangan putus, dan Modulus Young), analisis termal dengan TGA dan DTA
, dan analisis morfologi.
2.5.1 Uji Mekanik.
Perilaku mekanika maupun sifat-sifat mekanik polimer termoplastik
sebagai respon terhadap pembebanan secara umum dapat dijelaskan dengan
mempelajari hubungan antara struktur rantai molekulnya dan fenomena yang
teramati. sifat mekanik meliputi kekuatan tarik , perpanjangan putus, Modulus
tergantung pada waktu (time-dependent) , ada dua mekanisme yang terjadi pada
daerah elastis, yaitu:
1. Distorsi keseluruhan bagian yang mengalami deformasi
2. Regangan dan distorsi ikatan-ikatan kovalennya. (Bukit, 2011).
Gambar 2.8 Spesimen Uji Tarik dan Perilaku Polimer TermoplastikSaat Mengalami Pembebanan di Mesin Uji Tarik.
Pengujian tarik (tensile test) adalah pengujian mekanik secara statis
dengan cara sampel ditarik dengan pembebanan pada kedua ujungnya di mana
gaya tarik yang diberikan sebesar P (Newton). Tujuannya untuk mengetahui
sifat-sifat mekanik tarik (kekuatan tarik) dari komposit yang diuji. Tegangan
perpatahan adalah perbandingan gaya perpatahan mula-mula. Modulus Young
adalah ukuran suatu bahan yang diartikan ketahanan material tersebut terhadap
deformasi elastik. Makin besar modulusnya maka semakin kecil regangan elastik
yang dihasilkan akibat pemberian tegangan .
2.5.2 Analisis SEM (Scanning Elektron Microscopy)
SEM merupakan pencitraan material dengan mengunakan prinsip
mikroskopi. SEM dipakai untuk mengetahui struktur mikro suatu material
meliputi tekstur, morfologi, komposisi dan informasi kristalografi permukaan
partikel. Morfologi yang diamati oleh SEM berupa bentuk, ukuran dan susunan
Gambar 2.9 Dalam SEM berkas elektron berenergi tinggi mengenai permukaan material.
Untuk material bukan logam seperti isolator ,agar profil permukaan dapat
diamati dengan jelas dengan SEM maka permukaan material tersebut harus
dilapisi dengan logam. Film tipis logam dibuat pada permukaan material tersebut
sehingga dapat memantulkan berkas elektron. Metode pelapisan yang umumnya
dilakukan adalah evaporasi dan sputtering. Logam pelapis yang umumnya
digunakan adalah emas. (Frida, 2011).
2.5.3 Analisa Sifat Termal
Pada bahan polimer analisis termal digunakan untuk penentuan kontrol
kualitas suatu bahan. Analisa teramal secara umum didefinisikan sebagai
sekumpulan teknik yang mengukur sifat fisis suatu bahan dan atau hasil-hasil
reaksi yang diukur sebagai fungsi temperatur (Frida, 2011). Tanpa adanya
pengetahuan data-data termal, pemrosesan suatu bahan akan sangat sulit
dilakukan. Sifat termal suatu bahan menggambarkan kelakuan dari bahan tersebut
jika dikenakan perlakuan termal (dipanaskan / didinginkan). Dengan demikian
pengetahuan tentang sifat termal suatu bahan menjadi sangat penting dalam
kaitannya dengan pemrosesan bahan menjadi barang jadi maupun sebagai control.
Differential Thermal Analysis (DTA)
DTA adalah tehnik yang mencatat perbedaan antara suhu sampel dan
senyawa pembanding, baik terhadap suhu saat kedua specimen dikenali kondisi
suhu yang sama dalam sebuah lingkungan yang dipanaskan atau didinginkan pada
Analisis Termal Gravimetri (TGA)
Analisis Termal Gravimetri merupakan metoda analisis yang
menunjukkan sejumlah urutan dari lingkungan termal, kehilangan berat dari bahan
disetiap tahap, dan suhu awal perosotan (Hamid ,2008). Analisa termogravimetri
(TGA) dilakukan untuk menentukan kandungan pengisi dan kestabilan termal dari
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Fisika Dasar UNIMED untuk
pengolahan Bentonit alam dan di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI)
Bandung untuk pembuatan, pencetakan, dan pengujian sampel. Penelitian ini
dilaksanakan pada bulan Februari – Juni 2013.
3.2 Alat Dan Bahan 3.2.1 Alat Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Erlenmeyer, gelas ukur,
spatula, neraca analitik, laboplastomill model 30RI50 Volume chember 60 cc, alat
cetakan, tekan panas dan tekan dingin , ayakan 200 mesh (74 µm), mesin uji tarik
(UTM) model Laryee Universal Testing Mechine Wdw-10, analisa termal
(TGA-DTA) Setaram TAG 24, Scaning electron Mikroscop (SEM ) model Zeiss dan Joel, pemotong Dumb Bell dengan standar JIS K6781.
3.2.2 Bahan Penelitian
Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah
1. LDPE dari PT Tiatan Petrokimia Indonesia,
2. Bentonit alam modifikasi sebagai bahan pengisi,
3. PE-g-MA sebagai kompatibeliser.
3.3 Prosedur Penelitian
3.3. 1 Proses Pengolahan Bentonoit alam
Bentonit yang digunakan pada penelitian ini adalah Bentonit yang berasal
dari Tapanuli Utara tepatnya di Pahae dimana Bentonit alam tersebut masih dalam
3.3. 2 Aktivasi Bentonit alam Secara Kimia
Proses pengolahan bentonit dengan aktivasi secara kimia dilakukan
melalui prosedur sebagai berikut :
1. Bentonit alam yang masih dalam bentuk bongkahan terlebih dahulu di
hancurkan, kemudian digerus atau diremukan dengan menggunakan gilingan.
2. Bentonit yang telah digiling diuji menggunakan SEM.
3. Bentonit yang sudah digerus tersebut diayak dengan menggunakan ayakan
200 mesh (74 µm)
4. Bentonit alam yang berukuran 200 mesh (74 µm) dicampur dengan larutan
HCl dengan kadar 2 M dengan perbandingan 1:10 dalam waktu 2 jam dengan
magnetik stirer.
5. Setelah itu larutan HCL dengan bentonit alam dipisahkan dengan kertas
saring, kemudian dicuci dengan air aquades dan kembali dipisahkan antara
bentonit alam dengan aquades, sampai diperoleh pH netral.
6. Kemudian hasil bentonit yang telah disaring dimasukkan kedalam oven
selama 5 jam pada suhu 1400C.
7. Hasil Bentonit dianalisa dengan SEM.
3.3. 3 Pembuatan Komposit dalam Internal Mixer
Proses pembuatan mikrokomposit dilakukan melalui prosedur sebagai
berikut:
1. Masukan LDPE, PE-g-MA dan Bentonit aktivasi secara kimia kedalam
internal mixer jenis Labo Plastomill volume chamber 60 cc sesuai dengan
Tabel 3.1 Komposisi Campuran Dalam Persen
Tabel 3.2 Komposisi Campuran Dalam Gram Sampel LDPE
2. Campurkan secara berturut-turut LDPE, PE-g-MA dan Bentonit aktivasi
secara kimia tersebut pada suhu blending 140°C dan kecepatan rotor 50 rpm
selama 15 menit dengan urutan pencampuran seperti yang ditunjukkan pada
Tabel 3.3.
Tabel 3.3. Urutan Pencampuran Komposit dalam Internal Mixer Waktu
3. Hasil sampel dari internal mixer dimasukkan kedalam alat cetakan dengan
yang berbentuk empat persegi dengan ketebalan plat 1mm.
4. Kemudian dilakukan pencetakan sampel dengan cetak tekan panas yang
dilaksanakan selama 15 menit yang terdiri dari waktu pemanasan cetakan 5
menit, waktu pemanasan bahan 5 menit dan waktu tekan 5 menit. Adapun
tekanan yang digunakan 37 ton dengan suhu pencetakan 1800 C,
5. Selanjutnya dilakukan tekanan dingin selama 5 menit dengan tekanan yang
sama sebesar 37 ton.
6. Hasil cetakan dalam bentuk lembaran dipotong menjadi sampel uji dengan
mengunakan mesin potong sampel dumbell, untuk sampel uji tarik dibuat
dengan standar JIS K 6781,
7. Dilakukan karakterisasi terhadap masing-masing sampel yang telah dirancang
sebelumnya.
3.4 Karakterisasi Sampel
3.4. 1 Analisis menggunakan SEM (Scanning Elektron Microscopy)
Bentonit sebelum dan sesudah diaktivasi kimia, LDPE dan komposit
dianalisa dengan SEM. Scanning Electron Microscope menggunakan metode Secondary Electron Image (SEI). SEM digunakan untuk mengkarakterisasi morfologi permukaan. Alat buatan zeiss ini menghasilkan foto polaroid dan
mampu memfoto dengan perbesaran dari 35 x sampai 10000x. Sampel yang difoto
sebaiknya berukuran kecil, tidak lebih dari 5 mm x 5 mm untuk luas permukaan
Gambar 3.1 memperlihatkan gambar SEM model Zeiss dan Model Joel
3.4. 2 Kekuatan Tarik, Perpanjangan Putus dan Modulus Young.
Sampel dengan ketebalan 1mm dipotong berbentuk dumbell dengan alat
pemotong Dai wallace dengan JIS K 6781 sebanyak tiga sampel diambil dari
setiap variasi komposisi yang diuji dan diambil nilai rata-ratanya , selanjutnya uji
tarik dilakukan dengan menggunakan mesin ,(Universal Testing Machanic) model
Laryee Universal Testing Mechine Wdw-10. uji tarik (tensile Strength),
perpanjangan putus (elongation at break) dengan kecepatan penarikan sebesar 50
mm/menit dilakukan pada suhu kamar, sifat- sifat uji tarik dan perpanjangan putus
didapat dari pembacaan pada skala yang diperoleh dari mesin uji dengan print out
Gambar 3.2 Universal Testing Machanic model Laryee Universal Testing Mechine Wdw-10.
3.4.3 Analisa Sifat Termal
Pada bahan polimer analisis termal digunakan untuk penentuan kontrol
kualitas suatu bahan. Tanpa adanya pengetahuan data-data termal, pemrosesan
suatu bahan akan sangat sulit dilakukan. Analisis termal yang di gunakan adalah
DTA dan TGA Setaram TAG 24. DTA (Differential Thermal Analysis) adalah
tehnik yang mencatat perbedaan antara suhu sampel dan senyawa pembanding,
baik terhadap suhu saat kedua specimen dikenali kondisi suhu yang sama dalam
sebuah lingkungan yang dipanaskan atau didinginkan pada laju terkendali.
Analisa termogravimetri (TGA) dilakukan untuk menentukan kandungan pengisi
3.5 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian
Aktivasi secara kimia
Internal Mixer laboplastomil dengan kecepatan rotor 50 rpm pada suhu 1400C
LDPE PE-g-MA
Pencetakan sampel Sampel
Karakterisasi
Sifat Mekanik :
Kekuatan tarik
Perpanjangan putus
Analisis Termal (DTA/TGA)
Analisis Data
Hasil
pengrusan 200 mesh
SEM
Bongkahan Bentonit Alam
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil dan Analisis Uji Mekanik Komposit LDPE dan Bentonit Alam Pengujian sifat mekanik yang dilakukan pada komposit LDPE dengan
bentonit alam meliputi pengujian kekuatan tarik, perpanjangan putus dan modulus
young. Untuk memperoleh data yang akurat, maka pengujian dilakukan sebanyak lima kali pengulangan untuk setiap sampel penelitian.
4.1.1 Hasil dan Analisis Uji Tarik
Pengujian kuat tarik dilakukan untuk mengetahui kekuatan sampel
terhadap gaya tarik yang akan diberikan. Pengujian kuat tarik mengacu kepada
prosedur yang telah ditetapkan pada metodologi penelitian. Pengujian telah
dilakukan terhadap semua jenis sampel menggunakan alat penguji Universal Testing Machanic (UTM) model Laryee Universal Testing Mechine Wdw-10,Hasil pengujian besarnya kuat tarik sampel dapat dilihat pada pada Tabel
berikut:
Tabel 4.1. Nilai Kuat Tarik Komposit LDPE-Bentonit
10.837
Gambar 4.1. Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Komposit LDPE-Bentonit
Dari Gambar 4.1 menunjukkan bahwa penambahan bentonit sebagai bahan
pengisi pada LDPE berpengaruh terhadap nilai kekuatan tarik LDPE. Terlihat
Bahwa nilai kekuatan tarik LDPE murni memberikan kekuatan tarik lebih tinggi
dari pada LDPE dengan bahan pengisi bentonit. Nilai kekuatan tarik terbesar
adalah pada komposisi bentonit 0% yaitu LDPE tanpa bahan pengisi dengan
kekuatan tarik sebesar 10,837 MPa. Sedangkan nilai kekuatan tarik terendah
terjadi pada komposisi bentonit 10% dengan kekuatan tarik sebesar 8,5749 MPa.
Penurunan nilai kuat tarik ini kemungkinan disebabkan oleh gaya tarik
antar molekul komposit jauh lebih lemah dengan penambahan bentonit. Karena
permukaan bentonit yang bersifat hidrofilik sehingga tidak berinteraksi efektif dengan LDPE maka penambahan bentonit sebagai bahan pengisi pada LDPE
menurunkan nilai kekuatan tarik. Hasil yang sama juga dilakukan Susilawati ,dkk
(2011) polietilen kerapatan rendah (LDPE) yang ditambahkan dengan bahan
pengisi, didapatkan hasil bahwa semakin besar konsentrasi bahan pengisi (ubi
kayu) yang ditambahkan maka kekuatan tarik dan kemuluran akan semakin
257.29
4.1.2 Hasil dan Analisis Pengujian Perpanjangan Putus
Pengujian perpanjangan putus dilakukan untuk mengetahui kekuatan
sampel terhadap perpanjangan putus. Pengujian perpajangan putus mengacu
kepada prosedur yang telah ditetapkan pada metodologi penelitian. Pengujian
telah dilakukan terhadap semua jenis sampel menggunakan alat penguji Universal
Testing Machanic (UTM) model Laryee Universal Testing Mechine Wdw-10, Hasil pengujian besarnya perpanjangan putus sampel dapat dilihat pada pada
Tabel berikut:
Tabel 4.2. Tabel Nilai perpanjangan putus Komposit LDPE-Bentonit
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Perpanjangan Putus terhadap Komposisi Bentonit
Dari Gambar 4.2 terlihat dengan bertambahnya kandungan bentonit
menyebabkan perpanjangan putus menurun. Nilai perpanjangan putus terbesar
pada komposit LDPE tanpa bahan pengisi bentonit dengan perpanjangan putus
sebesar 257,29 mm hal ini disebabkan karena komposit yang tidak menggunakan
bahan pengisi bentonit sehingga komposit yang dihasilkan kaku atau keras, dan
menjadikan komposit mudah untuk direnggangkan.
Nilai perpanjangan putus terkecil pada komposit LDPE dengan bahan
pengisi bentonit 10% dengan perpanjangan putus sebesar 28,36 mm hal ini
disebabkan dengan penambahan bentonit menurunkan sifat kaku atau keras.
Sehingga campuran yang dihasilkan nilai perpanjangan putus yang rendah. Hasil
yang sama diperoleh oleh Hamid (2008) semakin tinggi kandungan pengisi (TK)
didalam komposit LDPE maka perpanjangan putus berkurang dan menurut Raj
(1990) penambahan pengisi akan menimbulkan pengaruh sifat perpanjangan
komposit.
4.1.3 Hasil dan Analisis Modulus Young
Dari rangkaian pengujian yang dilakukan, diperoleh nilai modulus young seperti tabel berikut:
Tabel 4.3. Nilai Modulus young komposit LDPE-Bentonit
