AKTIVASI BENTONIT ALAM SEBAGAI BAHAN PENGISI PADA KOMPOSIT POLIETILEN/HIGH DENSITY POLYETHYLINE (HDPE)
UNTUK BAHAN TEKNIK
TESIS
Oleh : EVI JULIANI 117026027/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
AKTIVASI BENTONIT ALAM SEBAGAI BAHAN PENGISI
PADA KOMPOSIT POLIETILEN/HIGH DENSITY
POLYETHYLINE (HDPE) UNTUK BAHAN TEKNIK
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam program studi Magister Ilmu Fisika dan Program Pascasarjanan
Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh EVI JULIANI 117026027/FIS
PROGRAM PASCASARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis :AKTIVASI BENTONIT ALAM SEBAGAI BAHAN PENGISI PADA KOMPOSIT POLIETILEN/HIGH DENSITY POLYETHYLINE (HDPE) UNTUK BAHAN TEKNIK
Nama Mahasiswa : EVI JULIANI Nomor Induk : 117026027
Program Studi : MAGISTER ILMU FISIKA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Menyetujui
Komisi Pembimbing
Ketua Anggota
Prof. Dr. Eddy Marlianto, MSc. Dr. Anwar Darma Sembiring, M.S.
Ketua Program Studi, Dekan,
Dr. Nashruddin MN,M.Eng.Sc.
PERNYATAAN ORISINALITAS
AKTIVASI BENTONIT ALAM SEBAGAI BAHAN PENGISI
PADA KOMPOSIT POLIETILEN/HIGH DENSITY
POLYETHYLINE (HDPE) UNTUK BAHAN TEKNIK
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 : Evi Juliani NIM : 11 70 26 027 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 :
AKTIVASI BENTONIT ALAM SEBAGAI BAHAN PENGISI
PADA KOMPOSIT POLIETILEN/HIGH DENSITY
POLYETHYLINE (HDPE) UNTUK BAHAN TEKNIK
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
NIM 117026027 EVI JULIANI
Telah diuji pada
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof. Dr.Eddy Marlianto ,MSc. Anggota : 1. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
A. DATA PRIBADI
Nama : EVI JULIANI Tempat tanggal lahir : Medan, 16 Juli 1978 Jenis kelamin : Perempuan
Agama : Islam
Alamat : Jl. Karikatur, No 46, Komplek Wartawan, Medan Telepon / HP : 081376844395
Email : evijulianihsb@ymail.com ` Nama Orang tua : Syaruddin Hsb alm (ayah)
Hj. Rostiani Simatupang, S.Pd (Ibu)
B. Riwayat Pendidikan
1985-1991 : SD Negeri 3 Padang Sidempuan 1991-1994 : SMP Negeri 3 Padang Sidempuan 1994-1997 : SMA Negeri 1 Padang Sidempuan 1997-2002 : S1 FPMIPA UNIMED Medan 2011-2013 : Pasca Sarjana Fisika USU Medan
C. Pengalaman Kerja sebagai guru:
2002-sekarang : SMA Nurul Islam Indonesia Medan
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang
Maha Esa atas segala limpahan dan karunia-Nya sehingga tesis yang berjudul
Aktivasi Bentonit Alam Sebagai Bahan Pengisi Pada Komposit Polietilen/High
Density Polyethylene (HDPE) Untuk Bahan Teknik ini dapat diselesaikan.
Dengan diselesaikannya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan
terimakasih sebesar-besarnya kepada:
Pemerintah Provinsi Sumatera Utara, Kepala Dinas Tk.1 dan Tk.2 yang
telah memberikan bantuan dana sehingga penulis dapat melaksanakan Program
Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera
Utara.
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.
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Sumatera Utara, Dr. Sutarman, M.Sc atas kesempatan yang diberikan kepada
penulis menjadi mahasiswa Program Magiter pada Program Pascasarjana Fakultas
MIPA Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc, dan
Sekretaris Program Studi Magister Fisika Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS atas
kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana
Fakultas MIPA 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 dan Bapak
Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S, selaku Anggota Komisi Pembimbing
yang telah memberikan perhatian, dorongan, bimbingan dan arahan dengan
penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis sehingga selesainya
2. Bapak Prof.Drs.Mohammad Syukur,MS,Ibu Dr.Diana A.Barus,MSc dan
Bapak Dr. Nasruddin MN,M.Eng.Sc selaku penguji yang telah banyak
memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan tesis ini.
3. Kedua orang tua penulis (ayah : (Almarhum) Syaruddin Hasibuan, Ibu : Hj.
Rostiani Simatupang, SP.d) dan Mertua penulis ( I. Hj.Nurbayani Harahap)
yang telah memberikan doa restu serat dorongan moril maupun material
sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan.
4. Suami terkasih Muchsin Lubis, SE yang telah memberikan dukungan dan
semangat kepada penulis selama dalam pendidikan dan waktu penulisan tesis
ini.
5. Adinda Ade linda hanum,Muhammad gani,ST yang selalu mendoakan dan
memberikan semangat kepada penulis.
6. Rekan-rekan seangkatan 2011 atas kekompakan dan kerjasamanya yang baik
selama perkuliahan maupun selama penelitian.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu
penulis mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan
tesis ini. Akhinya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu
pengetahuan untuk masa yang akan datang.
Hormat Penulis,
PEMANFAATAN SERAT DAUN NENAS (PINEAPPLE-LEAF FIBRES) DENGAN CAMPURAN PCC (PORTLAND
UNTUK PEMBUATAN PAPAN PROFIL GIPSUM COMPOSITE CEMENT)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian mengenai pemanfaatan serat daun nenas (pineapple-leaf fibres) untuk pembuatan profil gipsum dengan campuran PCC (portland composite cement). Profil gipsum dibuat dengan menambahkan serat daun nenas ke dalam campuran gipsum dan PCC yang telah dilarutkan ke dalam air. Variasi yang dilakukan adalah antara serat daun nenas dan gipsum. Pembanding yang digunakan yaitu standar SNI 03-2105 (papan partikel) dan gipsum merek Jaya Board yang komersial. Variasi paling optimum gipsum, serat daun nenas, dan PCC yaitu (89:1:10). Untuk karakteristik sifat fisik diperoleh Densitas maksimum 1,25gr/cm3 dan penyerapan air maksimum 42,56% (87,5:2,5:10), namun hasil ini tidak jauh berbeda dibandingkan dengan densitas 1gr/cm3 dan penyerapan air maks 50% dari SNI 03-2105 (papan partikel). Untuk Karakterisasi sifat panas diperoleh suhu ke arah endothermiknya sebesar 140oC dan nilai maksimum arah eksothermiknya sebesar 420o dan menunjukkan bahwa campuran hanya terjadi ikatan secara fisis. Untuk karakterisasi sifat mekanik dihasilkan MOE) dengan nilai maksimum (16,08 MPa) dan uji impak dengan nilai maksimum (8.900J/m2) nilainya diatas standart profil gipsum Jaya Board, sedangkan Uji tarik dengan nilai maksimum 0,100MPa, (89,5 :0,5 :10), dan uji Tekan diperoleh nilai maksimum (10,31 MPa).
THE UTILIZATION OF PINEAPPLE-LEAF FIBRES IN THE MANUFACTURE OF GYPSUM BOARD
PROFILES WITH THE MIXTURE OF PCC (PORTLANDCOMPOSITE
CEMENT)
ABSTRACT
The research of the utilization of pineapple-leaf fibres in the manufacture of gypsum board profiles with the mixture of PCC (Portlandcomposite cement) has been done. Gypsum profiles are made by mixing pineapple-leaf fibres into the stem powder of gypsum and PCC (Portlandcomposite cement) which has been dissolved into the water. The variation needed is between the pineapple-leaf fibres and the gypsum. The comparison used is SNI standard 03-2150 (particle board) and Commercial Jaya Board Gypsum. The optimum variation of gypsum, pineapple-leaf fibres, and PCC is (89:1:10). For the physical characteristic, it was obtained that the maximum density is 1,25 gr/cm3 and the maximum water absorption is 42,56 % (87,5:2,5:10). In fact, the result is not much different with the comparison by the density of 1 gr/cm3 and the maximum water absorption of 50 % SNI 03-2105 (particle board). The characteristic of thermal properties obtained to endothermic temperature of 140ºC and exothermic temperature) of 420ºC and showed a mixture occurred only in a physical bond. The characteristic of mechanical properties with the resulting value of 16,08 MPa MOE,8,900J/m2 impact showed better results than the value of 0,100 MPa (89,5:0,5:10) tensile strength, 10,312 MPa compressive strength.
DAFTAR ISI
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Komposit Polimer ... 5
2.2. Polietilen ... 6
2.2.1 Polietilen High Density Polyethylene ... 7
2.2.2 Karakteristik HDPE ... 9
3.2. Alat dan Bahan ... 19
3.2.1. Alat Penelitian ... 19
3.2.2 Bahan Penelitian ... 19
3.3 Prosedur Penelitian ... 19
3.3.1 Proses Pengolahan Bentanoit Alam ... 19
3.3.2 Aktivasi Bentanoit Alam Secara Kimia ... 20
3.3.3 Pembuatan Mikrokomposit Dalam Internal Mixer ... 20
3.4 Pengujian ... 23
3.4.1 Analisa Sifat Termal ... 24
3.4.2 kekuatan Tarik Dan Perpanjangan Putus ... 24
3.5.1 Analisis Bentanoit Alam Hasil Aktivasi Fisika ... 26
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian ... 28
4.1.1 Hasil Morfologi Bentanoit Alam Secara Kalsinasi ... 28
4.2 Pembahasan Hasil Penelitian ... 30
4.2.1 Analisis Mekanik ... 30
4.2.2 Pebgujian Sifat Mekanik Komposit HDPE Dengan Filter Bentanoit Alam Kalsinasi ... 31
4.2.3 Analisis Termal ... 33
4.2.4 Analisis Termal (TGA / DTA ) Komposit HDPE Dengan Piler Bentanoit Alam Kalsinasi ... 34
BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan ... 38
5.2 Saran ... 38
DAFTAR TABEL
Pertimbangan Pemilihan Komposisi
Karakteristik Polietilen
Kekuatan Tarik, Tekan Dan Lentur
Bahan Polimer
Karakteristik HDPE Dan Sifat Fisika,
Kimia HDPE
Sifat Fisika Dan Mekanika HDPE
Pengelompokan Bahan Pengisi
Perbedaan Sifat Na-Bentonit Dan
Ca-Bentonit
Komposisi Bentonit Alam Pahae
Karakterisasi Bentonit
Komposisi Kimia
Komposisi Campuran
Komposisi Campuran
Urutan Pencampuran Komposit Dalam
Internal Mixer
Uji Mekanik Sampel
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman
Gambar 2.1 Simbol HDPE 8
Gambar 2.2 Bentonit Alam Pahae 13
Gambar 2.3 Struktur Bentonit 16
Gambar 3.1 Sampel Hasil Internal Mixr 22
Gambar 3.2 Alat Cetakan 22
Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian 25
Gambar 4.1 Morfologi Bentonit Alam 28
Gambar 4.2 Morfologi Bentonit Alam Hasil Secara
Kalsinasi 6000
29
C
Gambar 4.3 Morfologi HDPE 30
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Kekuatan Tarik Terhadap
KomposisiBentonit
31
Gambar 4.5 Perpanjangan Putus Terhadap Komposisi
Bentonit
32
Gambar 4.6 Modus Young Terhadap Komposisi Bentonit 33
Gambar 4.7 Grafik DTA Sampel Titik Leleh 35
Gambar 4.8 Grafik DTA Sampel Titik Dekomposisis 35
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran
Judul Halaman
1 Gambar Internal Mixer Laboplastomil Model
30 R150
L - 1
2 Alat Tekan Dingin Dan Alat Tekan Panas L - 1
3 Sampel HasilTekan Panas Dan Tekan Dingin L - 2
4 Alat Pemotong Sampel L - 2
5 Hasil Pemotongan Sampel Dengan Alat
Pemotongan JIS K6781
L – 2
6 Alat Uji Mekanik L - 3
7 Hasil Uji Mekanik Mikro Komposit HDPE
Alam
Hasil Uji Mekanik Komposit HDPE Alam
Hasil Uji Mekanik Komposit HDPE Alam
Hasil Uji Mekanik Komposit HDPE Alam
Hasil Termal Mikro Komposit HDPE Alam
Hasil Termal Mikro Komposit HDPE Alam
L – 7
L – 8
L – 9
L – 10
PEMANFAATAN SERAT DAUN NENAS (PINEAPPLE-LEAF FIBRES) DENGAN CAMPURAN PCC (PORTLAND
UNTUK PEMBUATAN PAPAN PROFIL GIPSUM COMPOSITE CEMENT)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian mengenai pemanfaatan serat daun nenas (pineapple-leaf fibres) untuk pembuatan profil gipsum dengan campuran PCC (portland composite cement). Profil gipsum dibuat dengan menambahkan serat daun nenas ke dalam campuran gipsum dan PCC yang telah dilarutkan ke dalam air. Variasi yang dilakukan adalah antara serat daun nenas dan gipsum. Pembanding yang digunakan yaitu standar SNI 03-2105 (papan partikel) dan gipsum merek Jaya Board yang komersial. Variasi paling optimum gipsum, serat daun nenas, dan PCC yaitu (89:1:10). Untuk karakteristik sifat fisik diperoleh Densitas maksimum 1,25gr/cm3 dan penyerapan air maksimum 42,56% (87,5:2,5:10), namun hasil ini tidak jauh berbeda dibandingkan dengan densitas 1gr/cm3 dan penyerapan air maks 50% dari SNI 03-2105 (papan partikel). Untuk Karakterisasi sifat panas diperoleh suhu ke arah endothermiknya sebesar 140oC dan nilai maksimum arah eksothermiknya sebesar 420o dan menunjukkan bahwa campuran hanya terjadi ikatan secara fisis. Untuk karakterisasi sifat mekanik dihasilkan MOE) dengan nilai maksimum (16,08 MPa) dan uji impak dengan nilai maksimum (8.900J/m2) nilainya diatas standart profil gipsum Jaya Board, sedangkan Uji tarik dengan nilai maksimum 0,100MPa, (89,5 :0,5 :10), dan uji Tekan diperoleh nilai maksimum (10,31 MPa).
THE UTILIZATION OF PINEAPPLE-LEAF FIBRES IN THE MANUFACTURE OF GYPSUM BOARD
PROFILES WITH THE MIXTURE OF PCC (PORTLANDCOMPOSITE
CEMENT)
ABSTRACT
The research of the utilization of pineapple-leaf fibres in the manufacture of gypsum board profiles with the mixture of PCC (Portlandcomposite cement) has been done. Gypsum profiles are made by mixing pineapple-leaf fibres into the stem powder of gypsum and PCC (Portlandcomposite cement) which has been dissolved into the water. The variation needed is between the pineapple-leaf fibres and the gypsum. The comparison used is SNI standard 03-2150 (particle board) and Commercial Jaya Board Gypsum. The optimum variation of gypsum, pineapple-leaf fibres, and PCC is (89:1:10). For the physical characteristic, it was obtained that the maximum density is 1,25 gr/cm3 and the maximum water absorption is 42,56 % (87,5:2,5:10). In fact, the result is not much different with the comparison by the density of 1 gr/cm3 and the maximum water absorption of 50 % SNI 03-2105 (particle board). The characteristic of thermal properties obtained to endothermic temperature of 140ºC and exothermic temperature) of 420ºC and showed a mixture occurred only in a physical bond. The characteristic of mechanical properties with the resulting value of 16,08 MPa MOE,8,900J/m2 impact showed better results than the value of 0,100 MPa (89,5:0,5:10) tensile strength, 10,312 MPa compressive strength.
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Perkembangan teknologi dapat dilakukan dengan rekayasa material, salah
satunya pada pembuatan komposit. Pembuatan polimer komposit dilakukan
dengan memadukan dua material yang berbeda sehingga dapat meningkatkan sifat
mekanik dari material tersebut. Montmorillonite atau bentonit merupakan mineral
aluminosilikat (Al-silikat) yang banyak digunakan sebagai bahan baku untuk
pembuatan berbagai produk di berbagai industri, salah satunya sebagai katalis,
penyangga katalis (catalyst support), dan juga sebagai reinforcement. Ketebalan
setiap lapisan montmorillonite sekitar 0,96 nm, tiap dimensi permukaan pada
umumnya 300-600 nm, sedangkan d-spacing 1,2 – 1,5 nm (Utracki dan Kama,
2002).
Bentonit merupakan sumber daya alam yang berlimpah di indonesia
tersebar di berbagai daerah baik di pulau Jawa, Sumatera, dan Sulawesi. 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
Mineral montmorillonite. Bentonit sebagai meniral lempung yang terdiri dari
85% montmorilonite dan mempunyai rumus kimia (AL2O3 .4SiO2 H2O),
Nama montmorilonite ini berasal dari lempung plastik yang di temukan di
Montmorilonite, prancis pada tahun 1947. Struktur Montmoroloni adalah Mx(Al
− 4
xMgx)Si8O20(OH)Montmorilonite 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
Bahan pengisih (Filler) yang beasal dari bentonit dalam nanokomposit
atau polimer untuk perbaikan dan meningkatkan sifat-sifat fisik bahan, bahan
penggunaan plastik memiliki beberapa masalah diantaranya, plastik sulit
terdegradasi ketika tidak digunakan lagi, karena itu perlu temukan alternatife
bahan yang akan digunakan sebagai Filler yaitu bentonit
Untuk meningkatkan suatu sifat yang di inginkan dalam polimer
termoplastik, seperti : Kekuatan (strength), kekakuan (stiffness) dan juga
ketahanan terhadap api (fire retardent), polimer sering ditambakan dengan bahan-
bahan pengisi (Filler). Bahan yang sering ditambakan ke dalam polimer adalah
bahan yang mampu menyatu secara homogen kedalam matriksnya dan yang
paling sering ditambahkan adalah talc, mika, kapur, bentonit dan lain-lain,
berhubungan dengan sifat homogen diatas, polimer yang berasal dari bahan
organik dengan pengisinya (filler) yang berasal dari bahan anorganik tidak
mampu menjadi homogen , disebabkan oleh pembedanya energi permukaan dari
kedua bahan tersebut, untuk menyelesaikan masalah diatas, maka filler dapat
memodifikasi dengan bahan organik seperti alky ammonium (Jin,H 2003).
Filler yang umum berasal mineral tanah liat seperti montmollironite
merupakan komponen utama dari bentonit Secara umum penambahan bentonit ke
dalam polimer sangat tergantung dari kekuatan interaksi antara filler dengan
polimer dan akan menghasilkan salah satu dari tiga sifat nanokomposit, seperti:
intercalated, nanokomposit, flokulated nanocomposite, dan axfloliated
nonocomposit. Sifat fisik yang paling utama dari bentonit adalah daya serap,
derajat plasisasi, daya pembersih, daya pengembng, derajat pengganti ion, warna,
derajat kecerahan dan ukuran butiran dari bentonit tersebut (Harjanto,2000).
Penelitan sebelumnya secara fundamental yang melibatkan bentonit sebagai bahan
pengisi (filler), secara umum mereka menghasilkan suatu metode baru dalam hal
pencampuran polimer seperti yang telah dilakukan: Poliester, (Rihayat,
teuku,2006), Modifikasi Bentonit (Syuhada,dkk. 2009).
Agar sifat bahan pengisi kompatibel dengan matrix polimer, ukuran
partikel suatu bahan pengisi sangat berpengaruh, dimana ukuran partikel suatu
bahan pengisih yang kecil dapat meningkatkan derajat penguatan polimer
dibangding dengan ukuran yang lebih besar (Lebance, 2002), demikian juga
polimer (Khorls dan Beaucage,2002), jumlah luas permukaan dapat ditingkatkan
dengan adanya permukaan yang berpori pada permukaan bahan pengisi.
Penelitian yang telah dilakukan oleh beberapa peneliti yakni (Ismail et al., 2001)
yang menggunakan bahan alam sebagai bahan pengisi secara umum tidak
kompatibel dengan bahan polimer, hal ini disebabkan oleh perbedaan kepolaran
bahan-bahan tersebut dimana 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, N (2011).
Pencampuran dari bahan polimer yang sudah ada adalah laju yang paling
cepat serta ekonomis membuat barang baru serta meningkatan sifat-sifat lebih
baik serta fleksibilitas dibandingkan pengembangan polimer baru. Bagaimanapun,
sebagian besar campuran dan komposit adalah ketidakcocokan campuran oleh
karena entalpi pencampuran positif dan entropi pencampuran sangat kecil, yang
memimpin ke arah lemah fisik dan sifat mekanis yang berasal dari interaksi
kurang baik di antara segmen molekularnya (Tang, H. 2000).
Bedasarkan uraian di atas, penulis akan melanjutkan penelitian menggenai
penggunaan bentonit alam sebagai bahan pengisi dengan menggunakan bentonit,
dikalsinasi dengan suhu 600 C selama 2 jam dengan matrik HDPE dengan
kompatibeliser PE-g-MA. Dengan demikian judul penelitian ini adalah Aktivasi
Bentonit Alam Sebagai Bahan Pengisi Pada Komposit HDPE Untuk Bahan
Teknik.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang masalah yang telah diuraikan, maka rumusan masalah
dalam penelitian ini adalah
1. Bagaimana komposisi, morfologi Bentonit alam setelah diaktivasi fisika.
2. Bagaimana sifat mekanik komposit HDPE dengan filler bentonit yang
3. Bagaimana termal (DTA) komposit HDPE dengan filler bentonit yang
diaktivasi secara fisika.
1.3 Batasan Masalah
Untuk membatasi ruang lingkup yang jelas berdasarkan uraian yang telah
dikemukakan pada latar belakang di atas, maka penulis membatasi permasalahan
sebagai berikut :
1. Filler yang digunakan adalah Bentonit Alam aktivasi fisika.
2. Kompatibilizer yang digunakan adalah PE-g-MA.
3. Pengujian yang dilakukan adalah analisis mekanik Kekuatan tarik,
perpanjangan putus (Elongation at break), analisis termal (DTA) Dan
morfologi SEM.
1.4Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah
1. Untuk mengetahui komposisi, morfologi bentonit alam setelah diaktivasi
fisika.
2. Untuk mengetahui sifat mekanik komposit HDPE dengan filler bentonit
alam yang diaktivasi secara fisika.
3. Untuk mengetahui termal (DTA) komposit HDPE dengan filler bentonit
alam yang diaktivasi secara fisika.
1.5Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah
1. Peningkatan nilai ekonomis bentonit alam modifikasi sebagai filler pada
termoplastik
2. Memberikan informasi dasar tentang sifat termal (DTA), sifat mekanik
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 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 tadi, 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. (Ginting, 2006)
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. (A.W. Urquhart,1991)
Pada umumnya komposit unggul mempunyai sifat-sifat yang tidak dimiliki
oleh kelompok material lain. Disamping itu, material komposit mempunyai
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 /
grafit, dan beberapa jenis
aramid
Peralatan militer
Tidak mempunyai nilai
ekspansi termal
Karbon / grafit yang
mempunyai nilai
modulus yang sangat
tinggi
Untuk peralatan luar
angkasa, contohnya
sensor optik pada satelit
Tahan terhadap
perubahan lingkungan
Fiber glass, vinyl ester,
bisphenol A
Untuk tangki dan sistem
perpipaan, tahan korosi
dalam industri kimia
(Sumber: Harper, 2002._Handbook of Plastics, Elastomers and Composites)
2.2 Polietilen (PE)
Polietilena adalah bahan termoplastik yang transparan, berwarna putih
mempunyai titik leleh bervariasi antara 1100C-1370
PE (polietilen) adalah plastik yang sering digunakan untuk kepentingan
komersial dan plastik ini sudah ada sejak tahun 1930. PE menjadi istimewa karena
sifat-sifatnya yang menarik seperti murah, inert, sifat listriknya yang bagus, dan
pemrosesannya mudah.
C. Umumnya polietilena
bersifat resisten terhadap zat kimia. Pada suhu kamar, polietilena tidak larut dalam
pelarut organik dan anorganik. (Bilmeyer, 1994)
Umumnya pengklasifikasian PE didasarkan pada densitas dan viskositas
pelelehan atau indeks pelelehan. Ini menghasilkan high density polyethylene
(HDPE), low density polyethylene (HDPE), linear low density polyethylene
Tabel 2.2. Karakteristik Polietilen
Sifat Fisik dan Mekanik HDPE 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
2.2.1 Polietilen High Density Polyethylene (HDPE)
HDPE adalah polimer termoplastik linear yang dibuat dari monomer etilen
dengan proses katalitik. HDPE dengan sedikit cabang menghasilkan struktur yang
lebih rapat/terjejal dengan densitas yang lebih tinggi dan mempunyai ketahanan
kimia yang lebih tinggi daripada HDPE. HDPE juga lebih kuat dan lebih tahan
terhadap temperatur yang lebih tinggi. Banyak yang memilih HDPE dalam
penelitian karena mempunyai kelebihan dibandingkan dengan HDPE. Parameter
kinetik oksidasi pada 170 °C dalam oksigen, yang dihitung dari data luminisensi
kimia, menunjukkan bahwa urutan kestabilan polietilen adalah HDPE > LHDPE >
HDPE >> i-PE.
Kebanyakan aplikasi HDPE dipadukan dengan zat aditif yang diperlukan
untuk memperbaiki sifat-sifat HDPE. Bahan aditif tersebut berupa zat-zat dengan
berat molekul rendah yang dapat berfungsi sebagai filler, pewarna, antioksidan,
penyerap sinar ultraviolet, anti lekat dan lain-lain. (Ni’mah,dkk., 2009)
Pada polietilen jenis low density terdapat sedikit cabang pada rantai antara
molekulnya yang menyebabkan plastik ini memiliki densitas yang rendah,
dibanding jenis low density, hal ini dikarenakan pemilhan jenis katalis dalam
produksinya (katalis Ziegler-Natta) dan kondisi reaksi.
Dengan demikian, high density memiliki sifat bahan yang lebih kuat, keras, buram
dan lebih tahan terhadap temperatur tinggi(120oC). Ikatan hidrogen antar molekul
juga berperan dalam menentukan titik leleh plastik. Membutuhkan 1,75 kg
minyak bumi (sebagai energi dan bahan baku) untuk membuat 1 kg HDPE. HDPE
dapat didaur ulang, dan memiliki nomor 2 pada simbol daur ulang. Dapat dilihat
pada gambar 2.1. Simbol HDPE
Gambar 2.1. Simbol HDPE
HDPE (high density polyethylene) mempuyai densitas 950 kg/m3
Besar kekuatan tarik, kekuatan tekan dan kekuatan lentur bahan polimer
dapat dilihat dari tabel 2.3 berikut ini.
yang
biasa dan sering dipakai untuk jerigen minyak pelumas, botol susu yang berwarna
putih susu, kursi lipat, dan lain-lain. Hasil tarik plastik HDPE memiliki sifat keras,
bahan mempuyai urutan kekuatan tarik ke dua setelah kekuatan tarik plastik PET,
dibandingkan dengan Bahan PE dan HDPE, plastik HDPE lebih kuat tetapi
ditinjau dari hasil pengukuran regangannya plastik HDPE sangat kecil, hal ini
menunjukkan elastisitas HDPE sangat rendah atau cenderung getas (britle).
Tabel 2.3. Kekuatan Tarik, Tekan dan Lentur Bahan Polimer
Tinggi
(HDPE)
2.2.2 Karakteristik HDPE
Pada polietilen jenis low density terdapat sedikit cabang pada rantai antara
molekulnya yang menyebabkan plastik ini memiliki densitas yang rendah,
sedangkan high density mempunyai jumlah rantai cabang yang lebih sedikit
dibanding jenis low density. Berikut Tabel 2.4, dan 2.5 tentang karakteristik
HDPE dan sifat fisika, kimia, mekanika HDPE.
Tabel 2.4. Karakteristik HDPE dan sifat fisika, kimia HDPE Parameter Keterangan
Nama Kimia High Density Polyethylen
Trade Name HDPE
Sinonim Polyethylen
Rumus Molekul (C2H4)
Fisik
n
Padat
Melting Point 100-1350C / 212-2750F
Spesific Gravity (at 200
(water = 1)
C)
0,94-0,958
Tabel 2.5. Sifat Fisika Dan Mekanika HDPE Sifat fisika dan mekanik HDPE rantai Lurus
Titik leleh 125-1300C
Derajat kristalinitas 85-95 %
Berat jenis 0,95-0,96
2.3 Bahan Pengisi
Bahan Pengisi adalah suatu aditif padat yang ditambahkan ke dalam
matrik polimer untuk meningkatkan sifat-sifat bahan, pengisi fungsional
menghasilkan peningkatan spesifik dalam sifat mekanik dan sifat fisis. Perlakuan
dari bahan pengisi memungkin menjadi pendukung beberapa mekanisme beberapa
pengisi membentuk ikatan kimia dengan materik sebagai penguat; sebagai contoh,
karbon hitam menghasilkan ikatan silang didalam elastomers dengan memakai
reaksi radikal (Ketan, 2002). Berikut adalah pengelompokan bahan pengisi pada
Tabel 2.6.
Tabel 2.6. Pengelompokan Bahan Pengisi
Tipe Organik Anorganik
Berserat Tepung kayu, kapas,
selulosa kayu murni
Asbestos, serat kaca
Tidak berserat Karbon hitam, grafit,
serbuk gabus
Silika, kalsium karbonat,
kalsium silikat, mika, barium
sulfat, tanah liat
(Siagian, K.A., 2009)
Beberapa penelitian telah menunjukan bahan pengisi mempunyai peranan
penting dalam memodifikasi sifat-sifat dari berbagai bahan polimer sebagai
contoh, dengan cara menambahkan pengisi akan meningkatkan sifat mekanik,
elektrik, termal, optik dan sifat-sifat pemrosesan dari polimer, sementara dapat
juga mengurangi biaya produksi . Peningkatan sifat –sifat tergantung pada banyak
faktor-faktor termasuk aspek rasio dari bahan pengisi, derajat disprsi dan orientasi
dalam matriks, dan adhesi pada interface matriks - bahan pengisi (Cho dan Paul,
2000, Premphet dan Horanont, 1999). Partikel-partikel inorganik untuk bahan
pengisi polimer telah digunakan secara luas oleh karena pada umumnya lebih
murah dalam pembiayaan. Bahan pengisi yang sering digunakan adalah, fiber
glass, mika, talk, SiO₂ dan CaCO₃ biasanya membentuk mikro komposit dengan
peningkatan sifat-sifat
Berbagai jenis pengisi digunakan dalam polimer alam dan polimer sintetik
pengisi bertujuan mengurangkan biaya, mewarnai, menguatkan, atau
mengukuhkan bahan polimer. Secara umumnya, keupayaan penguatan sesuatu
pengisi dipengaruhi oleh tiga ciri yang utama yaitu ukuran partikel dan luas
permukaan, bentuk dan struktur permukaan serta aktivitas dan sifat-sifat kimia
permukaan. Pengisi penguat pada umumnya mempunyai ukuran partikel yang
kecil, permukaan yang aktif secara kimia, permukaan yang memiliki pori dan
bentuk yang tidak seragam dapat meningkatkan adhesi).
Peningkatan sifat fisik bahan polimer dikaitkan dengan ukuran partikel
pengisi. Contohnya, tegangan dan modulus polimer berpengisi bergantung kepada
ukuran partikel. Ukuran partikel pengisi yang kecil meningkatkan darajat
penguatan polimer berbanding dengan ukuran partikel yang besar. Ukuran partikel
mempunyai hubungan secara langsung dengan luas permukaan persatuan massa
bahan pengisi. Oleh itu, ukuran partikel yang kecil menyediakan luas permukaan
yang besar bagi interaksi di antara polimer matrik dan bahan pengisi, seterusnya
meningkatkan penguatan bahan polimer.secara umum, semakin kecil ukuran
partikel semakin tinggi interaksi antara bahan pengisi dan matrik polimer. Kohls
& Beaucage (2002) melaporkan jumlah luas permukaan dapat ditingkatkan
dengan adanya permukaan yang berpori pada permukaan pengisi. Dimungkinkan
bahwa polimer dapat menembus masuk ke dalam permukaan yang berpori ketika
proses pencampuran. Selain dari luas permukaan, kehomogen sebaran partikel
dalam matriks polimer juga penting bagi menentukan kekuatan interaksi di antara
pengisi dan matriks polimer.
Partikel yang terserak secara homogen meningkatkan interaksi melalui
penjerapan polimer di atas permukaan bahan pengisi. Sebaliknya, partikel yang
tidak tersebar secara homogen memungkin menghasilkan aglomerat atau
penggumpalan di dalam matriks polimer. Wujud aglomerat atau penggumpalan
akan megurangi luas permukaan seterusnya melemahkan interaksi di antara
pengisi dan matriks dan mengakibatkan penurunan sifat fisik bahan polimer.
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).
Lempung 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 ari lembaran tetrahedral
silisiun- oksigan dan lembaran oktahedral aluminium - oksigen hidroksida.
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 alumiino 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.
Bentonit mempunyai potensi untuk di kembangkan pemanfaatannya
menjadi bahan unggulan yang bernilai komunitas tinggi, baik dalam bidang
industri (Farmasi, Kosmetik, Katalis, dan cat) agrobisnis maupun lingkungan
selain dari penggunaannya di bidang pertanian, perternakan, perikanan, proses
pencernihan air, penyerap logam – logam berat dan diterjen, gambar bentonit alam
Gambar 2.2 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 disajikan dalam Tabel 2.7:
Tabel 2.7. 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 tekan tinggi Sedang
6 Daya mengalirkan pasir Sedang Sangat baik
7 Warna dalam keadaan kering Putih atau Kerem Abu-abu,
biru,kuning,merah
atau coklat
8 Perbandingan Na dan Ca Tinggi Rendah
9 pH supensi koloidal 8,5 – 9,8 4 -7
2.5 Komposisi bentonit alam pahae
Bentonit merupakan suatu kelompok mineral yang dihasilkan dari proses
hidrotermal pada batuan baku basa, mineral ini biasanya dinjumpai mengisih
celah-celah ataupun rekatan dari batuan tersebut, selain itu bentonit juga
merupakan endapan dari aktivitas vulkanik yang banyak mengadung unsur slikat.
Adapun Komposis bentonit alam pahae adalah sebagai berikut:
Tabel 2.8. 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
- Endapan Berlapis
Kegunaan - Bahan banggunan dan ornament
- Semen pozzolan, dan bahan agregat ringgan
- Bahan pengembang dan pengisih pasta gigi
- Bahan pencernih air
Keterdapatan Kecamatan Pahae, tapanuli utara
Cadangan +/- 6000.000 Ton
Sumber: (Distampropus, 2004)
2.5.1 Struktur Bentonit
Bentonit mengandung mineral montmorillonite atau dikenal dengan
mineral phyllosilicate 2:1 artinya silikat yang berbentuk lembaran yang
strukturnya terdiri dari lapisan oktahedral yang disusun oleh Al(O,OH).
Sedangkan kedua sisi lapisan oktahedral ini diapit oleh 2 (dua) lapisan tetrahedral
yang disusun oleh Si(O,OH). Dengan adanya substitusi unsur dengan bilangan
oksidasi lebih rendah, seperti; Si4+
digantikan dengan Al3+
(dalam lapisan
tetrahedral) atau Al3+
digantikan dengan Mg2+
atau Fe2+
(dalamlapisan
oktahedral) maka strukturnya bermuatan negatif secara permanen. Untuk
mengimbangi muatan negatif ini, bahan ini mengikat kation-kation lain seperti
kation monovalensi (Na+,K+,H+) dan kation divalensi(Ca2+
dan Mg2+ ).
Kation-kation ini terikat secara longgar dan dapat dipertukarkan dengan
kation-kation lain.
Kemampuan pertukaran ion dari bentonit ini bergantung pada jenis dan
kuantitas dari kation-kation pengimbang ini, faktor lain seperti bentuk kisi kristal
dapat juga mempengaruhi meskipun nilainya rendah (Alemder, 2005). Dengan
rumus kimia bentonit adalah (Mg, Ca) xAl2O
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 lapisan
Gambar 2.3 Struktur Bentonit
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.
2.5.2 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 benonit
Sifat fisik bentonit yang sangat penting adalah sebagai Kapasitas Tukar
Ion (KTK), daya luas permukaan, Reologi sifat mengikat dan melapas serta
palstisitas
a) Kapasitas Tukar Ion
Sifat ini buntuk menentukan jumlah kadar air yang terseraf dalam bentonit
(dalam hal ini mineral monmorollonit) dalam keseimbangan reaksi kimia, ini
terjadi karena struktur kisi-kisi kristal mineral monmollonit serta adanya unsur
(ion atau kation) yang mudah terbuka dan menarik air, kation atau ion Na
dan H dengan demikian maka bentonit yang dimasukkan dalam air akan
menggembang 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 ii di terapkan dalam pemboran dan teknik sipil
b) Luas permukaan
Yang dimaksud dengan luas permukaan adalah jumlah jumlah kristal atau
butir-burir 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 sebagakatals, pembawa racun
dan jamur serta digunakan sebagai bahan pengisi dan pengembangannya di
dalam industri kertas, cat dan lain sebagainya.
c) Daya serap
Sifat ini di sebabkan oleh ketidak seimbangan muatan listrik dalam ion
serta adanya pertukaran ion, dalam mineral lempung daya seraf terjadi pada ujung
dan permukaan kristal serta ruang diantara kation butir lampung, bentonitt
mempunyai sifat mengadsorbsi karena ukuran partikel koloidnya sangat kecil
mempunyai kapasitas pertukatan ion yang angat tinggi.
Daya seraf bentonit ini dapat dibangkitkan dengan penambahan larutan
atau denga istilah yang sering kita pakai dengan cara aktifitas, bentonit digunakan
sebagai bahan penyeraf dalam dua keadaan yaitu dalam keadaan basa (supensi)
dan keadaan kering (bubuk).
Tabel 2.9 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 2.10
Tabel 2.10 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
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Lokasi Penelitian
Proses penelitian dilaksanakan di Laboratorium Fisika FMIPA USU,
Medan untuk pengolahan Bentonit alam dan di Lembaga Ilmu Pengetahuan
Indonesia (LIPI), Bandung untuk pembuatan, pencetakan, dan pengujian sampel.
3.2. Alat dan Bahan 3.2.1 Alat Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah Erlenmeyer, gelas ukur,
spatula, neraca analitik, labo plastomill model 30RI50 Volume chember 60 cc,
alat cetakan, tekan panas dan tekan dingin, ayakan 200 mesh, Furnice, mesin uji
tarik, analisa termal DTA, Scaning electron MikroTAop (SEM) model Zeiss dan
Jeol.
3.2.2 Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan adalah bentonit alam modifikasi sebagai bahan
pengisi (filler), HDPE dari PT Tiatan Petrokimia Indonesia, kompatileliser
PE-g-MA.
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 Pahae dimana Bentonit alam tersebut masih dalam
bentuk bongkahan.
3.3.2 Aktivasi Bentonit Alam Secara Fisika
1. Bentonit alam yang masih dalam bentuk bongkahan terlebih dahulu di
hancurkan, kemudian digerus atau diremukan dengan menggunakan
gilingan.
2. Bentonit yang sudah digerus tersebut diayak dengan menggunakan ayakan
200 mesh (74 ��)
3. Bentonit alam dalam ukuran (74 ��) dikalsinasi pada suhu 600 0
4. Bentonit siap digunakan sebagai filler PE ada komposit HDPE
C selama
2 jam .
3.3.3 Pembuatan Mikrokomposit Dalam Internal Mixer Tabel 3.1 Komposisi Campuran
Sampel HDPE
(%)
PE- g -MA (%)
Bentonit aktivasi
Secara Fisika
Tabel 3.2 Komposisi Campuran
Sampel HDPE
(gr)
PE- g -MA (gr)
Bentonit aktivasi
Setelah itu, bahan-bahan tersebut dicampur di dalam Internal Mixer jenis
Labo Plastomill volume chamber 60 cc dengan persentase pengisian 70% atau
setara dengan 50 gram. Suhu blending 180°C dan kecepatan rotor 50 rpm selama
15 menit.
Tabel 3.3 Urutan Pencampuran Komposit dalam Internal Mixer Waktu
Total: 15 Selesai Selesai Selesai Selesai Selesai Selesai
Komposisi bahan seperti pada Tabel 3.3 dicampur di dalam Internal
Mixer Technical cooperation bythe government of Japan jenis Labo Plastomill
model 30 R150 volume chamber 60 cc.
Gambar 3.1 Sampel Hasil Internal Mixer
Hasil sampel dari internal mixer yang ditunjukan Gambar 3.1, dimasukkan ke
dalam alat cetakan yang berbentuk empat persegi dengan ketebalan plat 1 mm
bahan ditimbang dengan neraca sesuai dengan volume dari plat cetakan 121 cm3
dalam hal ini massa yang dibutuhkan untuk satu plat sekitar 12,5 gr.
Gambar 3.2 Alat Cetakan
Kemudian dilakukan pencetakan dengan cetak tekan panas (hot press)
Gonno Ramdia 152 mm Ramstroke 150 mm yang dilakukan selama 15 menit
yang terdiri dari waktu pemanasan cetakan 5 menit waktu pemanasan bahan 5
menit dan waktu tekan 5 menit dengan 50 kgf/ cm2 dengan suhu pencetakan
1800C, dilanjutkan dengan tekanan dingin selama 5 menit dengan 50 kgf/ cm2
pada suhu 200
C. Hasil cetakan dalam bentuk lembaran, dibuat sampel uji dengan
mengunakan mesin potong sampel dumbell, untuk sampel uji tarik dibuat dengan
standar JIS K 6781.
3.4 Pengujian
3.4.1 Partikel Bentonit Alam Analisa Sifat Termal
Analisa termal dapat mengetahui temperatur transisi gelas, temperatur
kristalisasi, temperatur leleh, dan temperatur degradasi maupun dekomposisi, serta
pengurangan berat akibat dekomposisi maupun degradasi bahan polimer tersebut.
Sampel dengan ketebalan 1 mm 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),uji sobek
perpanjangan putus (elongation at break) dengan kecepatan penarikan sebesar 50
mm/menit dilakukan pada suhu kamar, sifat-sifat uji tarik, modulus dan
perpanjangan putus didapat dari pembacaan pada skala yang diperoleh dari mesin
Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian Bongkahan Bentonit
alam pengrusan
200 mesh
SEM Aktivasi secara
fisika pada suhu 600 C selama 2 jam
PE-g-MA Internal Mixer laboplastomil dengan
kecepatan rotor 50 rpm pada suhu 1400C Sifat Mekanik :
Kekuatan tarik Perpanjangan Putus (Elongation at break)
Modulus Young
Analisis Data
3.5 Teknik Analisis Data
3.5.1 Analisis Bentonit Alam Hasil Aktivasi Fisika
1. Morfologi bentonit alam yang telah diaktivasi secara fisika dengan alat SEM
3.5.2 Analisis Data Komposit Polietilen Dengan Kompatibeliser PE-g-MA Pengujian Sifat Mekanik
1. Grafik kekuatan tarik maksimum komposisi komposit HDPE) dengan filler
Bentonit alam aktivasi fisika.
2. Grafik hubungan perpanjangan putus (elongation at break) terhadap
komposisi komposit polietilen dengan filler bentonit alamn fisika
3. Grafik hubungan antara modulus elastisitas terhadap komposisi komposit
polietilendengan filler bentonit alam aktivasi fisika.
Karakterisasi morfologi dengan SEM (Scanning Electron Microscopy)
Analisis morfologi permukaan dan kandungan unsur yang terkandung
didalam sampel Bentonit alam, digunakan Scanning Electron Microscopy (SEM).
Sumber cahaya yang digunakan bukan cahaya tampak melainkan pancaran
elektron. Pada sampel yang tidak konduktif maka permukaan perlu dilapisi emas
atau grafit. Lensa kondensor digunakan untuk mengontrol ukuran dan sudut
sebaran elektron pada sampel. Elektron yang diteruskan akan melewati lensa
objektif, intermediate, dan proyektor sehingga akan menghasilkan gambar sampel
yang telah diperbesar oleh layar sampel.
Bagian terpenting dan SEM adalah kolom eIektron, yang memiliki komponen
piranti sebagai berikut :
• Pembangkit elektron (electron gun) dengan filamen sebagai pengemisi
elektron (sumber iluminasi).
• Sistem lensa elektromagnetik yang dapat diberi muatan untuk
memfokuskan berkas elektron yang dihasilkan filamen.
• Sistem perambah (Scan) untuk menggerakan berkas elektron terfokus
pada permukaan sample.
• Detektor yang rnerubah informasi interaksi antara berkas elektron
dengan permukaan sample menjadi sinyal listrik.
• Konektor ke pompa vakum.
Prosedur Pelaksanaan
• Setelah alat SEM menyala, memasukkan sample ke dalam alat
tersebut. Banyaknya sample yang dapat dianalisa maksimum adalah
tiga sample.
• Menunggu sampai alat menunjukkan Ready
• Sambil melihat monitor, mengatur lensa sehingga sample dapat
terfokus.
• Untuk memperbesar dan memper jelas gambar sample dapat dilakukan
dengan memutar magnifier dan brightnes
• Mencetak gambar sample yang diharapkan dengan bantuan personal
komputer
Untuk analisis kualitatif dan kuantitatif sample dapat dilakukan dengan
bantuan komputer, sehingga dapat diketahui jenis unsur, dan persentase unsur
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
4.1.1 Hasil Analisa Bentonit Alam Secara Kalsinasi 4.1.1.1 Hasil Morfologi Bentonit Alam Secara Kalsinasi
Gambar 4.1 menunjukkan morfologi dari bentonit alam yang digunakan.
Gambar 4.3 Morfologi HDPE
Hasil uji morfologi dari bentonit alam secara kalsinasi pada suhu 6000C
dengan pembesaran 2,07K x rata-rata ukuran partikel sekitar 2-5µm. Gambar 4.2
menunjukkan spektrum dari bentonit alam yang digunakan.
4.2 Pembahasan Hasil Penelitian
4.2.1 Analisis Bentonit Alam Hasil Secara Kalsinasi Dari hasil morfologi dengan SEM diperoleh:
Hasil uji morfologi bentonit alam secara kalsinasi pada menyatakan bahwa
hasil bentonit secara kalsinasi, unsur yang memiliki peak terbesar adalah Oksigen
dengan jumlah 47,62% Wt, kemudian diikuti oleh unsur Carbon di posisi kedua
dengan 25,24%.
4.2.2 Analisis Mekanik
Tabel 4.2 Uji Mekanik Sampel
sampel Kekuatan tarik (MPa)
Pengujian sifat mekanik meliputi kekuatan tarik, perpanjangan putus, dan
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Kekuatan Tarik terhadap Komposisi Bentonit Dari gambar 4.4 terlihat dengan bertambahnya kandungan bentonit
menyebabkan kekuatan tarik menurun. Hasil uji perpanjangan putus terhadap
komposisi bentonit diperlihatkan pada gambar 4.5.
Gambar 4.5 Perpanjangan Putus Terhadap Komposisi Bentonit
Dari Gambar 4.5 terlihat dengan bertambahnya kandungan bentonit alam
perpanjangan putus menurun. Pada gambar 4.6 dengan bertambahnya kandungan
bentonit alam Modulus Young meningkat.
Gambar 4.6 Modulus Young Terhadap Komposisi Bentonit
Dalam hal ini ukuran partikel suatu bahan pengisi yang kecil dapat
meningkatkan derajat penguatan polimer dibandingkan dengan ukuran yang lebih
besar (Lebance, 2002).
4.2.3 Analisis Termal
Analisis thermal diferensial merupakan salah satu cara untuk menentukan
perubahan termal suatu bahan sebagai fungsi temperature. Hasil analisa termal
dengan penambahan bentonit alam yang dikalsinasi 6000
Tabel 4.3 DTA Sampel
C selama 2 jam
menunjukan peningkatan titik leleh.
Gambar 4.7 DTA Sampel Titik Leleh
Gambar 4.8 DTA Sampel Titik Dekomposisi
Secara umum titik lelehnya meningkat dengan penambahan bentonit alam
yang dikalsinasi 6000C selama 2 jam. Titik Leleh yang tertinggi terjadi pada
komposisi 1,5gr dengan suhu 150,5o
Tabel 4.4 TGA Sampel C.
Bentonit Alam Massa di Titik Leleh (mg)
Massa di Dekompsisi (mg)
HDPE Murni 0,240 -9,850
HDPE+PE-g-MA 0,130 -13,925
1,5 0,180 -12,440 2,5 0,030 -16,880 3,5 0,810 -13,460
5 0,000 -6,495
Secara umum massa di titik Lelehnya meningkat dengan penambahan
bentonit alam yang diuraikan dengan larutan HCl. Massa di titik Leleh yang
tertinggi terjadi pada komposisi 3,5gr dengan massa 0,810 mg.
Gambar 4.9 TGA Sampel
0,240 0,130 0,180 0,030 0,810 0,000
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Dari hasil morfologi dengan SEM diperoleh bentonit hasil Secara kalsinosi,
unsur yang memiliki peak terbesar adalah Oksigen dengan jumlah 47,62%
Wt.
2. Dengan penambahan bentonit alam terhadap HDPE kekuatan tarik dan
perpanjangan putus menjadi menurun, sedangkan untuk modulus Young
meningkat.
3. Berdasarkan DTA titik Leleh tertinggi pada komposisi 1,5gr, sedangkan TGA
pada komposisi 3,5gr.
5.2 Saran
1. Agar dilakukan penelitian lanjutan mengenai bentonit dengan menggunakan
berbagai jenis plastic, komposisi campuran yang berbeda.
2. Diharapkan agar peneliti selanjutnya dalam pembuatan komposit dilakukan
dengan proses terkontrol. Proses tersebut antara lain: penimbangan,
DAFTAR PUSTAKA
Bilmeyer, W.F., (1994), Textbook of Polymer TAience, 3rd ed, New York : Jhon Wiley.
Bukit, N, (2011), Pengolahan Zeolit Alam sebagai bahan pengisi nano komposit polipropilena dan karet alam SIR-20 dengan kompatibeliser anhidrida mateat-grafted-polipropilena, Disertasi USU, Medan
Charrier, J.M., (1989) Polymeric Materials and Processing : Plastics, Elastomers and Composites, Hanser, New York.
DisTam Propsu, (2004), Kombinasi Bentonid/zeolit Alam pahae: pertambangan Propsu.
Gibson, F, Ronald (1994). Principle of Composite Material Mechanics, McGraw-Hill Inc,New York 27-29
Ginting, (2006), Pembuatan Komposit dari Karung Plastik Bekas dan Polietilena dengan Pelembut Heksan, Jurnal Teknologi Proses, Juli 2006:138-141
Harjanto, S, (2000), lempung dolomit dan maknesit, publikasi khusus direktorat sumber daya mineral.
Harper, C.A., (2002), Hand book of Plastics, Elastomer and Composites, 4th ed., McGraw-Hill, New York
Ismail, H,Salmah, Nasir M.(2001) .”Dynamic vulcanization of rubber wood – filled polypropylene/natural rubber blends “,polymer testing. 819-823
Jin, H (2003) Syntesis off polybutylene terephatele Nanocomposit By insitut Interlayer Polymerization Characterization of its Fibe, Polimer Bulitin.
Ketan, K. Maniar (2002), “A Literature Survey On Nanocomposites”, University of Massachusetts Lowell: Master of TAience Thesis.
Ketan, K. Maniar (2002), Kajian bentonit di kabupaten tasikmalaya, jurnal kajian terhadap bentonid oyaeblance.
Kohls,J.L, and Beaucage,(2002) , Rational Desing of Reinforced Rubber , Cur
OP.Solid St Mat TAi ,6:183-194.
Martianingsih, N. Dan Lukman A., 2010. Analisis Sifat Kimia, Fisik, Dan Termal Gelatin Dari Ekstraksi Kulit Ikan Pari (Himantura Gerrardi) Melalui Variasi Jenis Larutan Asam. Prosiding Skripsi Semester Gasal 2009/2010. Jurusan Kimia FMIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya
Ni’mah, Y.L., Atmaja, L., dan Juwono, H., (2009), Synthesis and Characterization of HDPE Plastic Film for Herbicide Container Using Fly Ash Class F as Filler, Indo.J. Chem 9(3) : 348-354.
Ragunathan Santiagoo, Hanafi Ismail and Kamarudin Hussin,(2010),” The Effect of Polypropylene Maleic Anhydride (PE MAH) on Properties of Polypropylene (PE)/Recycled Acrylonitrile Butadiene Rubber (NBRr)/ Rice Husk Powder (RHP) Composites”Pertanika J. TAi. & Technol. 18 (2): 427– 432.
Rihayat, Teuku, (2006), Analisis Sifat Mekanik Poliester/Bentonid Nanocomposit, Tehnik Kimia Politehnik Negeri Lhokseumawe, Aceh.
Siagian, K.A., (2009), Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena (PE) Sebagai Matriks Komposit Dengan Bahan Penguat Serat Kaca, Skripsi, FMIPA, USU, Medan
Sitepu, I.W., (2009), Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat Grafting Maleat Anhidrat Pada High Density Polyethylene (HDPE) Dengan Inisiator Benzoil Peroksida, Skripsi, FMIPA, USU, Medan.
Sperling, L.H,(2006), “ Intruduction to physical polymer TAince”, edition 4, John Wile.
Sulaiman, A., (1997), Apresiasi Teknologi Material, Disampaikan pada Kursus Reguler SESKOADy & Sons, inc.publication New Jersey
Syuhada, Wijaya, Rachmad, Jayatin, dan Rohman Saeful, (2009), Modifikasi Bentonid bentonid (clay) menjadi Organoclay dengan Penambahan Sufaktan : ISSN 1979-0880
Tang H. (2000). “Novel Polyolefin Elastomer-Based Blends and Their APElications”, University of Florida. Doctor of Philosophy Dissertation.
Internal Mixer Laboplastomil Model 30 R150
(a) (b)
Sampel Hasil Tekan Panas (Hot Press) dan Alat Tekan Dingin (Cold Press)
Alat Pemotong Sampel
Hasil Termal Mikro Komposit HDPE Alam
Termogram Campuran HDPE+PE-g-MA
Termogram Campuran HDPE+PE-g-MA Dengan Bentonit 2,5% Wt
