PENGARUH LIMBAH ABU PEMBAKARAN
BIOMASSA KELAPA SAWIT TERHADAP
SIFAT-SIFAT FISIKA DAN MEKANIK
HIGH IMPACT POLYSTYRENE (HIPS)
SKRIPSI
Oleh
FADHILLA ASYRI
090405052
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PENGARUH LIMBAH ABU PEMBAKARAN
BIOMASSA KELAPA SAWIT TERHADAP
SIFAT-SIFAT FISIKA DAN MEKANIK
HIGH IMPACT POLYSTYRENE (HIPS)
SKRIPSI
Oleh
FADHILLA ASYRI
090405052
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH LIMBAH ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT TERHADAP SIFAT-SIFAT FISIKA DAN MEKANIK HIGH
IMPACT POLYSTYRENE (HIPS)
yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.
Medan, 27 Mei 2015
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan
Skripsi dengan judul “Pengaruh Limbah Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit Terhadap Sifat-Sifat Fisika dan Mekanik High Impact Polystyrene (HIPS)”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pemanfaatan limbah abu pembakaran biomassa kelapa sawit agar lebih bernilai ekonomis dan menuju industri yang zero waste.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:
1. Ibu Ir. Kartini Noor Hafni, selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini. 2. Ibu Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc, selaku Dosen Penguji I yang telah
memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
3. Ibu Dr. Maulida, ST, M.Sc selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
4. Bapak Ir. A Haris Simamora yang telah banyak memberikan bimbingan dan bantuan selama penulis melaksanakan penelitian.
5. Satriaji Sudigdo, ST yang telah banyak membantu dan mendampingi penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
6. Ibu Suwarti dan Bapak Safardi yang terus mendukung dan memotivasi penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
9. Abang-kakak dan adik-adik stambuk yang telah memberikan semangat dan bantuan kepada penulis.
10.Seluruh Dosen/Staf Pengajar Departemen Teknik Kimia yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.
11.Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia USU.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, 27 Mei 2015 Penulis
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada:
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Fadhilla Asyri NIM: 090405052
Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 27 Desember 1991 Nama orang tua: Dra. Hj. Ita Rohani
Alamat orang tua:
Jl. Mapilindo No.6 A Kelurahan Tegal Rejo Kecamatan Medan Perjuangan, Medan.
Asal Sekolah
SD Negeri 060871, tahun 1997-2003
SMP Negeri 35 Medan, tahun 2003-2006
SMA Negeri 18 Medan, tahun 2006-2009 Pengalaman Organisasi/ Kerja:
1. Covalen Study Group (CSG) periode 2011-2012 sebagai Anggota Bidang Kreativitas dan Minat.
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) terhadap sifat-sifat fisika dan mekanik komposit high impact polystyrene (HIPS) yang dihasilkan. Metodologi penelitian meliputi, penyiapan bahan baku, pencampuran menggunakan ekstruder, pencetakan spesimen komposit, dan pengujian. Variabel yang digunakan adalah perbandingan berat HIPS dengan POFA berukuran 140 mesh sebesar 95/5; 92,5/7,5; 90/10. Pengujian yang dilakukan terhadap komposit adalah Fourier Transform Infrared Spectroscope (FTIR), kadar abu, specific gravity, kekuatan tarik (tensile strength), pemanjangan pada saat putus (elongation at break), kekuatan bentur (impact strength), kekerasan (hardness), dan Scanning Electron Microscopy (SEM). Dari hasil karakterisasi FTIR diketahui tidak adanya reaksi kimia yang terjadi antara matriks dan bahan pengisi. Hasil pengujian sifat-sifat fisika dan mekanik komposit menunjukkan bahwa bertambahnya komposisi pengisi dalam komposit HIPS berpengisi abu yang telah ditreatment hingga rasio komposisi 90/10, mengakibatkan specific gravitynya cenderung mengalami peningkatan hingga 1,1170, kekuatan tarik tidak mengalami perubahan yang signifikan yaitu sebesar 28,4 MPa, sifat pemanjangan pada saat putus (elongation at break) mengalami penurunan menjadi 2,7%, kekuatan bentur cenderung menurun menjadi 3,183 KJ/m2, dan sifat kekerasan (hardness rockwell) cenderung mengalami peningkatan menjadi 110,5, serta pada uji SEM terlihat perubahan struktur pada POFA yang telah ditreatment dan terjadi interkalasi antara matriks dan POFA.
ABSTRACT
This study aims was to determine the effect of palm oil fuel ash (POFA) compostion as filler on the physical and mechanical properties of high impact polystyrene (HIPS) composites. The research methodology included preparation of raw materials, mixing using extruder, molding composite specimens, and testing. The variables used were weight ratio of HIPS with 140 mesh POFA at 95/5; 92.5/7.5; 90/10. The composites were tested by Fourier Transform Infrared (FTIR), ash content, specific gravity, tensile strength, elongation at break, impact strength, hardness test, and Scanning Electron Microscopy (SEM). The results of FTIR characterization shows the absence of chemical reactions that occur between the matrix and filler. Results of physical and mechanical properties of the composites shows that increase of the filler composition in HIPS-POFA composites until the ratio of 90/10, increase the specific gravity to 1.1170, tensile strength did not change significantly to 28.4 MPa, elongation at break decreased to 2.7%, impact strength decreased to 3.183 KJ/m2, and the hardness increased to 110.5, and Scanning Electron Microscopy (SEM) test show the transformation of POFA structure on treated POFA and intercalation between the matrix and POFA.
DAFTAR ISI
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI PENGESAHAN
PRAKATA DEDIKASI
RIWAYAT HIDUP
ii iii iv vi vii ABSTRAK
ABSTRACT
viii ix
DAFTAR ISI x
DAFTAR GAMBAR xiii
DAFTAR TABEL xv
DAFTAR LAMPIRAN xvi
DAFTAR SINGKATAN xviii
DAFTAR SIMBOL xix
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 LATAR BELAKANG 1
1.2 PERUMUSAN MASALAH 3
1.3 TUJUAN PERCOBAAN 3
1.4 MANFAAT PERCOBAAN 3
1.5 RUANG LINGKUP PERCOBAAN 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT 5
2.2 HIGH IMPACT POLYSTYRENE (HIPS) 7
2.2.1 Dasar Reaksi Polimerisasi High Imact Polystyrene 9 2.2.2 Macam-macam Proses Produksi High Impact Polystyrene 9
2.3 KOMPOSIT 10
2.3.1 Bahan Pendispersi 12
2.3.2 Perlakuan Alkali Terhadap Abu Pembakaran Biomassa Kelapa
Sawit 13
2.4 ANALISA BIAYA 14
3.1 LOKASI PENELITIAN 16
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 16
3.2.1 Bahan 16
3.2.2 Peralatan 16
3.3 PROSEDUR PERCOBAAN 17
3.3.1 Perlakuan Awal 17
3.3.2 Treatment Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit 17 3.3.3 Pembentukan Komposit Polimer HIPS dan Abu Pembakaran
Biomassa Kelapa Sawit 17
3.3.4 Flowchat Percobaan 18
3.3.5 Pengujian Komposit 19
3.3.5.1 Fourier Transform Infrared Spectroscope (FTIR) 19
3.3.5.2 Kadar Abu 19
3.3.5.3 Spesific Gravity 19
3.3.5.4 Tensile Strength (Kekuatan Tarik) ISO 527 19
3.3.5.5 Kekuatan Bentur ISO 179 20
3.3.5.6 Hardness Rockwell ISO 2039 21 3.3.5.7 Scanning Electron Microscopy (SEM) 21
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 22
4.1 KARAKTERISTIK FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA RED)
ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT 22
4.2 KARAKTERISTIK FOURIER TRANSFORM INFRA RED (FTIR) HIGH IMPACT POLYSTYRENE (HIPS) DAN KOMPOSIT HIGH IMPACT POLYSTYRENE BERPENGISI ABU PEMBAKARAN
BIOMASSA KELAPA SAWIT 24
4.3 ANALISA SIFAT MEKANIK KOMPOSIT HIPS BERPENGISI ABU
PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT TREATMENT 25
4.3.1 Kadar Abu Komposit HIPS 25
4.3.2 Specific Gravity Komposit HIPS 26
4.3.6 Kekerasan (Hardness Rockwell) Komposit HIPS 30 4.3.7 Scanning Electron Microscopy (SEM) 31
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 34
5.1 KESIMPULAN 34
5.2 SARAN 35
DAFTAR PUSTAKA 36
LAMPIRAN A DATA PENELITIAN 40
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 42
LAMPIRAN C DOUMENTASI PENELITIAN 44
LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pohon Industri Pemanfaatan Limbah Padat Kelapa Sawit 6 Gambar 2.2 Reaksi Polimerisasi High Impact Polystyrene (HIPS) 9 Gambar 3.1 Flowchart Pembentukan Komposit Polimer HIPS dan POFA 18
Gambar 3.2 Sketsa Spesimen Uji Tarik 20
Gambar 3.3 Ilustrasi Pengujian Bentur Metode Charpy 21 Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit (a)
Nontreatment (Murni), (b) Treatment 22 Gambar 4.2 Karakteristik FTIR HIPS dan Komposit HIPS Berpengisi Abu
Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit Nontreatment dan Treatment 24 Gambar 4.3 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Specific Gravity
Komposit HIPS-POFA 26
Gambar 4.4 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan
Tarik Komposit 27
Gambar 4.5 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Sifat Pemanjangan (Elongation Break) Pada Saat Putus Komposit 28 Gambar 4.6 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Bentur
(Impact Strength) Komposit 29
Gambar 4.7 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekerasan
(Hardness) Komposit 30
Gambar 4.8 Hasil SEM POFA Dengan Perbesaran 20.000 kali (a) POFA
Nontreatment (b) POFA Treatment 31
Gambar 4.9 Hasil SEM Komposit HIPS-POFA (a) Ratio 95/5 (b) Ratio
90/10 Dengan Perbesaran 10000 kali 32 Gambar LC.1 Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit 44
Gambar LC.2 HIPS Styron 438 44
Gambar LC.3 Komposit HIPS-Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit 44
Gambar LC.4 Mesin Ekstruder 45
Gambar LC.5 Mesin Injection Molding 45
Gambar LC.7 Mesin Uji Tarik 46
Gambar LC.8 Mesin Uji Bentur 46
Gambar LC.9 Furnace 46
Gambar LC.10 Desikator 47
Gambar LC.11 Tumbler 47
Gambar LC.12 Oven 47
Gambar LC.13 Sieve Shaker 48
Gambar LC.14 Hardness Tester 48
Gambar LC.15 Electronic Densimeter 49
Gambar LC.16 Ballmill 49
Gambar LD.1 Data Uji Tarik HIPS 50
Gambar LD.2 Data Uji Tarik Komposit HIPS-POFA 95/5 51 Gambar LD.3 Data Uji Tarik Komposit HIPS-POFA 92,5/7,5 52 Gambar LD.4 Data Uji Tarik Komposit HIPS-POFA 90/10 53 Gambar LD.5 Data Uji Bentur HIPS (a) HIPS murni (b) Komposit
HIPS-POFA 95/5 (c) Komposit HIPS-HIPS-POFA 92,5/7,5 (d) Komposit
HIPS-POFA 90/10 54
Gambar LD.6 Hasil FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit Murni 55 Gambar LD.7 Hasil FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit
Treatment 55
Gambar LD.8 Hasil FTIR HIPS 56
Gambar LD.9 Hasil FTIR Komposit HIPS-POFA 56 Gambar LD.10 Hasil SEM POFA (a) POFA Nontreatment Dengan
Perbesaran 20.000 kali (b) POFA Treatment Dengan
Perbesaran 20.000 kali (c) Komposit HIPS-POFA Ratio 95/5 Dengan Perbesaran 10000 kali (d) Komposit HIPS-POFA Ratio
DAFTAR TABEL
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A DATA PENELITIAN 40
LA.1 Data Hasil Kadar Abu Komposit HIPS 40 LA.2 Data Hasil Specific Gravity Komposit HIPS 40 LA.3 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit HIPS 40 LA.4 Data Hasil Pemanjangan pada Saat Putus
Komposit HIPS
41
LA.5 Data Hasil Kekuatan Bentur Komposit HIPS 41 LA.6 Data Hasil Kekerasan (Hardness) Komposit HIPS 41
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 42
LB.1 Perhitungan Komposisi Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit Dan Zinc Stearat
42
LB.2 Perhitungan Kadar Abu Komposit 43
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN 44
LC.1 Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit 44
LC.2 Resin HIPS Styron 438 44
LC.3 Komposit HIPS-Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit
44
LC.4 Mesin Ekstruder 45
LC.5 Mesin Injection Molding 45
LC.6 Spesimen Uji 45
LC.7 Mesin Uji Tarik 46
LC.8 Mesin Uji Bentur 46
LC.9 Furnace 46
LC.10 Desikator 47
LC.11 Tumbler 47
LC.12 Oven 47
LC.13 Sieve Shaker 48
LC.14 Hardness Tester 48
LC.16 Ballmill 49 LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN
INSTRUMEN
50
LD.1 Data Uji Tarik HIPS 50
LD.2 Data Uji Tarik Komposit HIPS-POFA 95/5 51 LD.3 Data Uji Tarik Komposit HIPS-POFA 92,5/7,5 52 LD.4 Data Uji Tarik Komposit HIPS-POFA 90/10 53
LD.5 Data Uji Bentur 54
LD.6 Hasil FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit Murni (POFA)
55
LD.7 Hasil FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit (POFA) Treatment
55
LD.8 Hasil FTIR HIPS 56
DAFTAR SINGKATAN
CPO Crude Palm Oil
FTIR Fourier Transfrom Infra-Red GPP General Purpose Polystyrene HIPS High Impact Polystyrene
ISO International Standard Organization NaOH Natrium Hidroksida
Phr Per Hundred Resin POFA Palm Oil Fuel Ash
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
τt Kekuatan Tarik Pa
Fmaks Beban maksimum Kgf
Ao Luas penampang mula-mula m2
ɛ Perpanjangan Mm
l Panjang Mm
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) terhadap sifat-sifat fisika dan mekanik komposit high impact polystyrene (HIPS) yang dihasilkan. Metodologi penelitian meliputi, penyiapan bahan baku, pencampuran menggunakan ekstruder, pencetakan spesimen komposit, dan pengujian. Variabel yang digunakan adalah perbandingan berat HIPS dengan POFA berukuran 140 mesh sebesar 95/5; 92,5/7,5; 90/10. Pengujian yang dilakukan terhadap komposit adalah Fourier Transform Infrared Spectroscope (FTIR), kadar abu, specific gravity, kekuatan tarik (tensile strength), pemanjangan pada saat putus (elongation at break), kekuatan bentur (impact strength), kekerasan (hardness), dan Scanning Electron Microscopy (SEM). Dari hasil karakterisasi FTIR diketahui tidak adanya reaksi kimia yang terjadi antara matriks dan bahan pengisi. Hasil pengujian sifat-sifat fisika dan mekanik komposit menunjukkan bahwa bertambahnya komposisi pengisi dalam komposit HIPS berpengisi abu yang telah ditreatment hingga rasio komposisi 90/10, mengakibatkan specific gravitynya cenderung mengalami peningkatan hingga 1,1170, kekuatan tarik tidak mengalami perubahan yang signifikan yaitu sebesar 28,4 MPa, sifat pemanjangan pada saat putus (elongation at break) mengalami penurunan menjadi 2,7%, kekuatan bentur cenderung menurun menjadi 3,183 KJ/m2, dan sifat kekerasan (hardness rockwell) cenderung mengalami peningkatan menjadi 110,5, serta pada uji SEM terlihat perubahan struktur pada POFA yang telah ditreatment dan terjadi interkalasi antara matriks dan POFA.
ABSTRACT
This study aims was to determine the effect of palm oil fuel ash (POFA) compostion as filler on the physical and mechanical properties of high impact polystyrene (HIPS) composites. The research methodology included preparation of raw materials, mixing using extruder, molding composite specimens, and testing. The variables used were weight ratio of HIPS with 140 mesh POFA at 95/5; 92.5/7.5; 90/10. The composites were tested by Fourier Transform Infrared (FTIR), ash content, specific gravity, tensile strength, elongation at break, impact strength, hardness test, and Scanning Electron Microscopy (SEM). The results of FTIR characterization shows the absence of chemical reactions that occur between the matrix and filler. Results of physical and mechanical properties of the composites shows that increase of the filler composition in HIPS-POFA composites until the ratio of 90/10, increase the specific gravity to 1.1170, tensile strength did not change significantly to 28.4 MPa, elongation at break decreased to 2.7%, impact strength decreased to 3.183 KJ/m2, and the hardness increased to 110.5, and Scanning Electron Microscopy (SEM) test show the transformation of POFA structure on treated POFA and intercalation between the matrix and POFA.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Kelapa sawit merupakan salah satu komoditi yang mengalami pertumbuhan sangat pesat. Indonesia memiliki potensi besar untuk memanfaatkan produk samping sawit sebagi sumber energi terbarukan. Biomassa telah sekian lama digunakan manusia sebagai sumber bahan bakar jauh sebelum bahan bakar primer seperti batubara dan minyak bumi secara luas digunakan oleh manusia. Cangkang sawit adalah limbah padat hasil pengelolaan kelapa sawit dapat menjadi salah satu potensi biomassa yang dapat menghasilkan energi. Indonesia sebagai penghasil kelapa sawit terbesar setelah Malaysia menghasilkan 8,2 juta ton pertahun limbah padat berupa serabut, cangkang dan tandan kosong yang setara dengan energi yang dapat dihasilkan sebesar 67 GJ/Tahun [1].
Abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) merupakan salah satu biomassa sektor pertanian dalam jumlah berlimpah, yang mana dapat diperoleh tanpa biaya maupun berbiaya rendah, dapat diperbaharui dan mempunyai performa yang bagus pada kondisi panas yang tinggi [2]. Sebelumnya POFA hanya dibuang ke tanah kosong disekeliling pabrik minyak kelapa sawit, dan menyebabkan masalah lingkungan dan resiko kesehatan. Oleh karena itu ditemukan solusi dalam beberapa studi untuk menggunakan POFA sebagai filler material [3]. Pemanfaatan abu pembakaran biomassa kelapa sawit sebagai pengisi dalam pembuatan komposit polimer mempunyai nilai yang signifikan untuk memotong konsumsi dari matriks dan bahan pengikat dari material komposit [2].
Adapun kandungan utama abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) seperti tampak pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Kandungan Senyawa Kimia pada POFA [3]
Kandungan Kimia POFA (%)
Silicon dioxide (SiO2) 66,91
Aluminium oxide (Al2O3) 6,44
Feric Oxide (Fe2O3) 5,72
Magnesium Oxide (MgO) 3,13 Sodium oxide (Na2O) 0,19
Potassium oxide (K2O) 5,20
Sulfur oxide (SO3) 0,33
Phosphorus oxide (P2O2) 3,73
LOI 23
Berbagai penelitian telah dilakukan dalam pemanfaatan POFA, dan hasil studi menyatakan POFA dapat digunakan sebagai filler material [3].
Penelitian-penelitian yang terkait dalam pemanfaatan abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) diantaranya yaitu:
1. M.S.Ibrahim, Sapuan, dan Faieza (2012) melakukan analisa sifat mekanik dan termal dari komposit unsaturated polyester (UP) berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit. Dari penelitian diperoleh, dengan kekuatan tarik komposit menurun, keelastisannya berkurang sehingga komposit menjadi semakin kaku, dan kestabilan komposit terhadap panas meningkat [2].
2. Bahruddin, Lillis, Yanuar, dan Rahmat (2012) memanfaatkan limbah abu pembakaran biomassa kelapa sawit sebagai filler substitusi untuk material karet alam termoset. Dari penelitian diperoleh sifat elongation at break dan modulus elastis lebih rendah daripada karet alam namun sudah memenuhi standar SNI [4].
3. Mohd Radzi Ali, Shamsul, Nur Hidayah, dan Ruzaidi (2011) melakukan pembuatan dan analisa sifat mekanik dari komposit abu pembakaran biomassa kelapa sawit dengan campuran resin fenol. Dari penelitian diperoleh hasil kekuatan bentur komposit meningkat seiring dengan meningkatnya komposisi abu [5].
4. Danil Tarmizi, Kartini Noor Hafni, dan A. Haris Simamora (2014) melakukan analisa sifat mekanik komposit polipropilena berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit. Dari hasil penelitian diperoleh terjadi penurunan terhadap sifat-sifat mekanik komposit dan peningkatan sifat flame retardansinya [6].
warna yang tidak terbatas. Selain sifat fisis diatas, polistirena juga mempunyai sifat mekanik, elektris dan sifat optik yang baik. Namun, polistirena ini mempunyai beberapa kelemahan, yaitu rapuh dan melunak di bawah suhu 100 oC. Karena itu, untuk menutupi kelemahan ini, diproduksi High Impact Poliystyrene (HIPS) yang mempunyai daya tahan yang lebih baik dibandingkan dengan polistirena kristal [7].
Oleh karena penambahan abu pembakaran biomassa kelapa sawit ke dalam komposit dapat mengubah sifat fisik komposit tersebut, maka peneliti merasa perlu melakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh penambahan abu pembakaran biomassa kelapa sawit ke dalam HIPS terhadap sifat-sifat fisik komposit yang dihasilkan.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Adapun perumusan masalah dalan penelitian ini adalah bagaimana pengaruh abu pembakaran biomassa kelapa sawit terhadap sifat-sifat fisika dan mekanik dari komposit High Impact Polystyrene (HIPS) dengan memvariasikan komposisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit sebagai pengisi dan HIPS sebagai matriks.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh perbandingan komposisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit terhadap sifat-sifat fisika dan mekanik komposit HIPS-POFA yang dihasilkan.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Salah satu alternatif untuk mengurangi pencemaran lingkungan yang diakibatkan limbah abu pembakaran biomassa kelapa sawit yang dihasilkan pabrik kelapa sawit.
3. Memberikan informasi tambahan bagi dunia industri tentang pemanfaatan abu pembakaran biomassa kelapa sawit.
4. Memberikan informasi terutama dalam bidang penelitian komposit tentang bagaimana sifat fisika dari komposit yang dihasilkan antara HIPS sebagai matriks dengan abu pembakaran biomassa kelapa sawit sebagai filler.
1.5 RUANG LINGKUP
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan, Laboratorium Polimer Departemen Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara, Medan, dan Laboratorium sebuah perusahaan compounder di Bekasi. Bahan baku utama yang digunakan adalah resin plastik HIPS sebagai matriks dan abu pembakaran biomassa kelapa sawit yang diperoleh dari industri kelapa sawit lokal sebagai pengisi. Adapun variabel yang digunakan adalah abu pembakaran biomassa kelapa sawit berukuran 140 mesh dan komposisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit yaitu 5; 7,5; dan 10% terhadap berat HIPS. Pencampuran dilakukan di dalam ekstruder pada suhu 200oC. Pengujian yang dilakukan pada komposit HIPS tersebut adalah:
1. Kadar Abu 2. Specific gravity
3. Fourier Transform Infrared Spectroscope (FTIR)
4. Uji tarik (tensile test) dan elongation at break dengan ISO 527 5. Kekuatan bentur (Charpy test) dengan ISO 179
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT
Pada pembuatan minyak kelapa sawit, setelah dilakukan ekstraksi minyak dari tandan buah segar, cukup banyak limbah padatan yang terbentuk dari cangkang, serat, dan tandan kosong (lebih dari 70% dari buah kelapa sawit segar) dikeluarkan dari pabrik. Limbah ini digunakan kembali di industri yang sama sebagai bahan bakar boiler untuk menghasilkan steam sebagai pembangkitkan tenaga listrik dan menjalankan operasi internal, dan akan menyisakan abu sisa sebesar 5 %, yang dikenal dengan abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA). Namun, karena kekurangan nutrisi yang dibutuhkan sebagai pupuk, POFA dibuang ke tanah kosong disekeliling pabrik minyak kelapa sawit, dan menyebabkan masalah lingkungan dan resiko kesehatan. Berbagai penelitian telah dilakukan dalam pemanfaatan abu pembakaran biomassa kelapa sawit, dan hasil studi menyatakan abu pembakaran biomassa kelapa sawit dapat digunakan sebagai filler material [3].
Limbah padat tandan kosong merupakan limbah padat yang jumlahnya cukup besar yaitu sekitar 6 juta ton yang tercatat pada tahun 2004, namun pemanfaatannya masih terbatas. Limbah tersebut selama ini dibakar dan sebagian ditebarkan di lapangan [8].
Gambar 2.1 Pohon Industri Pemanfaatan Limbah Kelapa Sawit [8]
Bahan abu kelapa sawit merupakan salah satu limbah padat yang dihasilkan pada proses pembakaran cangkang sawit dalam unit boiler di pabrik kelapa sawit. Bahan ini banyak mengandung unsur silika. Pemanfaatan abu pembakaran biomassa kelapa sawit sebagai filler sangat potensial mengingat ketersediaannya yang cukup besar dan berkesinambungan. Penambahan filler material yang banyak mengandung kadar silika yang tinggi dapat meningkatkan sifat mekanik produk [4].
Kandungan utama abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) adalah Silicon Dioxide (SiO2), Aluminum Oxide (Al2O3),
Magnesium Oxide (MgO), Ferric Oxide (Fe2O3), Calcium Oxide (CaO),
Potassium Oxide (K2O). Silicon Dioxide (SiO2) merupakan senyawa yang paling
banyak terdapat pada POFA, yaitu sekitar 40-70 %, Aluminum Oxide (Al2O3)
sekitar 5-15 %, Calcium Oxide (CaO) sekitar 5-10 %, Ferric Oxide (Fe2O3)
sekitar 5-10 % dan Magnesium Oxide (MgO) 3-10 %. Calcium Oxide (CaO) merupakan senyawa pada clinker dalam semen portland, dimana senyawa ini berfungsi memperkuat kekuatan dari semen yang akan digunakan dalam konstruksi. Semen yang bereaksi dengan air akan membetuk calcium hydroxide (Ca(OH)2) dan calcium silicate hydrates (C-S-H). Tinggi nya kandungan Silicon
(Si) pada POFA yang merupakan senyawa yang bersifat pozzolan, yang apabila ditambahkan pada semen dan bereaksi dengan (Ca(OH)2) akan membentuk
dimana semakin banyak C-S-H yang dihasilkan akan menambah ketahan thermal dan mekanik dari konstruksi dibandingkan dengan semen portland biasa [3].
Abu pembakaran biomassa kelapa sawit mengandung sejumlah besar bahan-bahan yang tidak terbakar, silika, dan alumunium. Pada umumnya, pada abu pembakaran biomassa kelapa sawit terdapat kandungan karbon yang tidak terbakar yang tertinggal pada temperatur pembakaran yang relatif rendah. Karbon yang tidak terbakar adalah faktor penting yang harus dipertimbangkan. Partikel karbon yang tidak terbakar mengakibatkan peningkatan kebutuhan air [3].
2.2 HIGH IMPACT POLYSTYRENE (HIPS)
Polystyrene adalah monomer, sebuah hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Pada suhu ruangan, polistirena biasanya bersifat padat, dan mencair pada suhu yang lebih tinggi. Polistirena pertamakali dibuat pada 1839 oleh Eduard Simon, seorang apoteker Jerman. Ketika mengisolasi zat tersebut dari resin alami, dia tidak menyadari apa yang dia telah temukan. Seorang kimiawan organik Jerman lainnya, Hermann Staudinger, menyadari bahwa penemuan Simon terdiri dari rantai panjang molekul stirena, yang adalah sebuah polimer plastik. Polistirena padat murni adalah sebuah plastik tak berwarna, keras dengan fleksibilitas yang terbatas yang dapat dibentuk menjadi berbagai macam produk dengan detil yang bagus. Penambahan karet pada saat polimerisasi dapat meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan kejut. Polistirena jenis inidikenal dengan nama High Impact Polystyrene (HIPS) [9].
Produk polistirena yang pertama kali diproduksi untuk dikomersialkan ada lah homopolimer stirena yang juga dikenal sebagai polistirena kristal. Polistirena kristal ini juga dikenal sebagai General Purpose Polystyrene (GPPS), yang lebih tahan panas daripada produk polimer thermoplastik lainnya. Perkembangan lebih lanjut dari polistirena ini adalah Expanable Polystyrene (EP). Produk polistirena yang tak kalah pentingnya adalah polistirena dengan modifikasi karet atau High Impact Polystyrene (HIPS). HIPS ini bersifat tidak tembus cahaya, lebih keras dan lebih mudah dalam pembuatannya dibandingkan dengan produk polimer thermoplastik lainnya [7].
HIPS dicirikan dengan kekuatan impact yang tinggi dibandingkan dengan polistiene yang tidak dimodifikasi, dikarenakan pengaruh dari struktur mikrofasa polimer yang dimodifikasi [10]. Adapun kelebihan dan kekurangan HIPS dapat dilihat dari tabel 2.1.
Tabel 2.1 Kelebihan dan Kekurangan HIPS [11]
Kelebihan Kekurangan
Lebih kuat daripada polistirena kristal (GPPS).
Transparansi berkurang bila dibandingkan dengan polistiren. Memiliki sifat elektrik yang baik. Ketahanan kimia rendah, terutama
untuk pelarut organik.
Harga murah. Rentan terhadap degradasi sinar UV. Mudah dalam pemrosesan. Sangat mudah terbakar.
Memenuhi persyaratan Food and Drug Administration (FDA).
HIPS adalah salah satu bahan termoplastik yang paling serbaguna. Banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, HIPS dapat dibentuk, dibuat dan dicetak. Dengan formulasi khusus dan karet yang dimodifikasi, HIPS memberikan tekstur permukaan yang luar biasa dan karakteristik adhesi tinta sangat baik yang diperlukan untuk berbagai metode cetak [12].
Kegunaan dari HIPS ini cukup luas, antara lain untuk isolasi atau bahan pelapis pada kawat/kabel, peralatan rumah tangga dari plastik, botol, furniture, mainan anak-anak, bagian dari refrigerasi, radio, televisi, AC, bahan pembuat kontainer, tempat baterai dan sebagainya [7].
2.2.1 Dasar Reaksi Polimerisasi High Imact Polystyrene
[image:31.595.129.520.206.417.2]High Impact Polystyrene (HIPS) terbentuk dengan suatu reaksi polimerisasi adisi terhadap molekul stirena sebagai monomer dengan melibatkan partikel cis 1-4 polibutadiena, melalui suatu mekanisme yang disebut grafting. Grafting adalah mekanisme dimana rantai polistirena terikat secara kimia terhadap rangka polibutadiena [7]. Adapun reaksi pembentukan HIPS dapat dilihat dari gambar 2.2.
Gambar 2.2 Reaksi Polimerisasi High Impact Polystyrene (HIPS) [7]
2.2.2 Macam-macam Proses Produksi High Impact Polystyrene
Secara umum, High Impact Polystyrene dapat diproduksi dengan tiga macam proses, yaitu :
1. Polimerisasi bulk (larutan)
Dalam industri umunya, polimerisasi bulk (larutan) disebut polimerisasi massa. Sebagian besar polistirena yang diproduksi sekarang ini menggunakan proses ini. Pada proses ini menggunakan sejumlah solvent yang biasanya adalah monomer stirena itu sendiri dan Etil Benzena.
2. Polimerisasi Suspensi
dipolimerisasi lagi sampai selesai dengan menggunakan inisiator dan pemanasan bertahap. Fase air digunakan sebagai heat sink dan media perpindahan panas terhadap jaket yang dikontrol suhunya.
3. Polimerisasi Emulsi
Polimerisasi emulsi biasanya digunakan pada proses kopolimerisasi stirena dengan monomer atau polimer lain. Proses ini merupakan metode komersial yang jarang digunakan untuk memproduksi polistirena kristal atau HIPS. Proses ini mempunyai persamaan dengan proses polimerisasi suspense kecuali bahwa butiran monomer yang digunakan dalam polimerisasi emulsi ini dalam ukuran mikroskopis. Air digunakan sebagai carrier dengan agen pengemulsi untuk memberikan partikel yang sangat kecil dan aktalis untuk mempercepat kecepatan reaksi [7].
2.3 KOMPOSIT
Komposit merupakan material teknik yang tersusun atas dua atau lebih bahan yang memiliki fasa yang berbeda menjadi suatu material baru dengan sifat yang berbeda dan lebih baik dari keduanya. Definisi lain menyatakan bahwa komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih berdasarkan sifat masing-masing bahan penyusun untuk menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan masing-masing material penyusun [13].
Berikut ini adalah tujuan dari dibentuknya komposit, yaitu sebagai berikut:
• Memperbaiki sifat mekanik dan/atau sifat spesifik tertentu • Mempermudah design yang sulit pada manufaktur
• Keleluasaan dalam bentuk/design yang dapat menghemat biaya
• Menjadikan bahan lebih ringan [14].
Komposit pada umumnya terdiri dari 2 fasa: 1. Matriks
Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut :
Mentransfer tegangan ke serat.
Melindungi serat.
Memisahkan serat.
Melepas ikatan.
Tetap stabil setelah proses manufaktur. 2. Reinforcement atau Filler
Salah satu bagian utama dari komposit adalah reinforcement (penguat) yang berfungsi sebagai penanggung beban utama pada komposit.
Adanya dua penyusun komposit atau lebih menimbulkan beberapa daerah dan istilah penyebutannya; Matrik (penyusun dengan fraksi volume terbesar), Penguat (Penahan beban utama), Interphase (pelekat antar dua penyusun), interface (permukaan fase yang berbatasan dengan fase lain).
Secara strukturmikro material komposit tidak merubah material pembentuknya (dalam orde kristalin) tetapi secara keseluruhan material komposit berbeda dengan material pembentuknya karena terjadi ikatan antar permukaan antara matriks dan filler. Syarat terbentuknya komposit: adanya ikatan permukaan antara matriks dan filler. Ikatan antar permukaan ini terjadi karena adanya gaya adhesi dan kohesi. Dalam material komposit gaya adhesi-kohesi terjadi melalui 3 cara utama:
Interlocking antar permukaan: ikatan yang terjadi karena kekasaran bentuk permukaan partikel.
Gaya elektrostatis : ikatan yang terjadi karena adanya gaya tarik-menarik antara atom yang bermuatan (ion).
Gaya van der walls: ikatan yang terjadi karena adanya pengutupan antar partikel.
Kualitas ikatan antara matriks dan filler dipengaruhi oleh beberapa variabel antara lain:
Ukuran partikel
Rapat jenis bahan yang digunakan
Fraksi volume material
Komposisi material
Bentuk partikel
Penekanan (kompaksi)
Pemanasan (sintering)
Sifat maupun karakteristik dari komposit ditentukan oleh:
• Material yang menjadi penyusun komposit
Karakteristik komposit ditentukan berdasarkan karakteristik material penyusun menurut rule of mixture sehingga akan berbanding secara proporsional.
• Bentuk dan penyusunan struktural dari penyusun
Bentuk dan cara penyusunan komposit akan mempengaruhi karakteristik komposit.
• Interaksi antar penyusun
Bila terjadi interaksi antar penyusun akan meningkatkan sifat dari komposit [14].
Secara umum, dikenal tiga kelompok komposit:
1. Komposit jenis serat, yaitu komposit yang diperkuat serat, adapun serat yang lazim digunakan antara lain serat alami dan serat sintetis.
2. Komposit jenis lamina, yaitu komposit yang diperkuat lembaran, misalnya kertas, kain, atau papan vanire yang direkatkan.
3. Komposit jenis partikel, yaitu komposit yang diperkuat dengan butiran, misalnya pasir, kerikil, dan filler lain dalam matrik.
Untuk komposit polimer yang diperkuat serat seharusnya ditambah bahan ketiga yang disebut coupling agent yang berfungsi untuk meningkatkan ikatan antara serat dengan matrik [15].
2.3.1 Bahan Pendispersi
Penambahan bahan pendispersi berfungsi sebagai pelunak atau pemlastis matriks polimer juga dapat menurunkan temperatur proses. Pelunak atau pemlastis merupakan bahan yang ditambahkan kedalam bahan polimer sehingga molekul pemlastis akan berada diatara rantai polimer yang mempengaruhi mobilitas rantai dan menaikkan plastisitas bahan [16].
belakang, atau mempunyai sifat ampifatik, karena mengandung gugus karboksilat ionik yang hidrofilik (suka air) pada satu ujung dan rantai hidrokarbon hidrofobik (benci air). Pada mekanisme pelunakan, bahan pendispersi merupakan pelunak atau pelarut yang mampu membawa matriks polimer untuk memasuki pori-pori serbuk pengisi, sehingga akan memperluas permukaan kontak antara matriks dengan serbuk pengisi [16].
2.3.2 Perlakuan Alkali Terhadap Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit
Perlakuan alkali adalah salah satu teknik modifikasi kimia yang banyak digunakan pada material alam yang biasa dipakai sebagai penguat pada matriks termoplastik dan termoset. Modifikasi dengan perlakuan alkali akan memutus ikatan hidrogen dan cara demikian akan membuat permukaan serat menjadi lebih kasar. Modifikasi kimia dengan perlakuan alkali dilakukan untuk meningkatkan adhesi antara permukaan partikel dengan matriks polimer yang diharapkan akan berpotensi menghasilkan ikatan yang baik.Adanya perlakuan alkali pada material akan menghilangkan sejumlah lignin, lilin dan minyak serta zat pengotor pada permukaan material, sehingga terjadi depolimerisasi pada material [6]. Perlakuan alkali terhadap abu pembakaran biomassa kelapa sawit bertujuan untuk membersihkan permukaan abu dan pori-porinya, sehingga interaksi antara matriks dapat berlangsung dengan baik dan juga terbentuknya ikatan hidrat pada abu.
2.4 ANALISA BIAYA
Penelitian ini menghasilkan komposit HIPS berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) dengan sifat-sifat mekanik yang sangat baik. Hingga ratio komposisi antaraHIPS dan POFA sebesar 90/10.
Pada penelitian ini diperoleh kesimpulan bahwa abu pembakaran biomassa kelapa sawit berpotensial digunakan sebagai pengisi pada HIPS dan mempunyai nilai yang cukup signifikan untuk memotong konsumsi dari matriks. Sehingga dirasa perlu untuk melakukan analisa biaya dari produk komposit yang dihasilkan. Dalam penelitian ini, dilakukan suatu analisa biaya terhadap pembuatan produk komposit HIPS berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit. Adapun biaya untuk pembuatan komposit HIPS-POFA adalah sebagai berikut: Harga HIPS = USD 1,697 / kg
Harga POFA = Rp. 0 (Masih dianggap limbah)
Bila POFA dibandingkan dengan harga fly ash batu bara maka harganya= Rp. 350/kg
Nilai 1 USD = Rp. 13.010 (Kurs Jual BI tanggal (13-4-2015) Extrution fee = USD 0,1 / kg
I. Pembuatan POFA terhidrasi (10 kg)
Pembelian POFA 10 kg = 10 kg × Rp.350/kg = Rp. 3500
Pembuatan 4 Ltr NaOH 1 M
160 Gr NaOH = 0,16 kg × Rp.22.000/kg = Rp. 3.520
Air PAM 4 Ltr = 4 L × Rp.5,5/L = Rp. 22
Biaya listrik ( 2 jam x 18,5 KW) = 37 KWH × Rp. 900 /KWH = Rp. 33.300 (Ball Mill)
Biaya Oven (2 jam x 2 KW) = 4 KWH × Rp. 900/KWH = Rp. 3.600
Total Biaya = Rp. 43.942 / 10 kg = Rp. 4.394,2 / kg
= p. 4.394,2
II. Pembuatan Komposit HIPS : POFA = 90 : 10 (25 kg) HIPS 90 % = 0,9 × 25 kg = 22,5 kg
POFA terhidrasi 10% = 0,1 × 25 kg = 2,5 kg Zn-St (0,15 phr) = 0,15% × 25 kg = 0,0375 kg III. Harga HIPS murni 25 kg (1 zak) = 25 kg × USD 1,697 /kg
= USD 42,425 IV. Harga komposit HIPS : POFA 90/10 (25 kg)
HIPS 90 % = 22,5 kg × USD 1,697 /kg = USD 38,1825 POFA terhidrasi 10% = 2,5 kg × USD 0,33776 /kg = USD 0,84439
Zn-St (0,15 phr) = 0,0375 23000
13010
= USD 0,0663
Extruding fee = 25,0375 kg × USD 0,1/kg = USD 2,50375
TOTAL = USD 41,59694
V. Penghematan / Cost down = 100 41,59694 42,425 100
= 1,9518 %
Diharapkan dengan jumlah produksi yang semakin besar, efisiensi proses dapat ditinngkatkan sehingga harga POFA terhidrasi dapat lebih rendah. Walau terlihat penurunan cost kecil tetapi sangat potensial untuk dikembangkan.
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 LOKASI PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Medan, Laboratorium Polimer Departemen Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara, Medan, dan Laboratorium sebuah perusahaan compounder di Bekasi.
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
3.2.1 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. High Impact Polystyrene (HIPS) sebagai matriks pada komposit.
2. Abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) sebagai bahan pengisi pada komposit.
3. Zinc Stearat (Zn(C18H35O2)2) sebagai bahan pendispersi.
4. Larutan Natrium Hidroksida (NaOH) 1 M sebagai bahan treatment atau perlakuan alkali pada abu pembakaran biomassa kelapa sawit.
5. Air sebagai wetting agent.
3.2.2 Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Ekstruder
2. Injection molding 3. Ball mill
4. Ayakan 140 mesh 5. Tumbler
3.3 PROSEDUR PERCOBAAN
3.3.1 Perlakuan Awal Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit
1. Abu pembakaran biomassa kelapa sawit digilling di dalam ball mill untuk
menyeragamkan dan memperkecil ukuran partikel. 2. Abu setelah digiling kemudian diayak menggunakan ayakan 140 mesh.
3.3.2 Treatment Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit
1. Abu pembakaran biomassa kelapa sawit 140 mesh direndam dalam NaOH 1 M sambil diaduk hingga dingin.
2. Disaring dan dikeringkan di dalam oven dengan suhu 100 oC hingga kering.
3. Gerus endapan kering tersebut dan digiling kembali di dalam ballmill.
3.3.3 Pembentukan Komposit Polimer HIPS dan Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit
1. HIPS, dan air yang berfungsi sebagai wetting agent sebanyak 1% dari berat HIPS dicampur ke dalam tumbler selama 5 menit dan kemudian POFA treatment (5; 7,5, dan 10 % berat HIPS), Zinc Stearat 0,15 phr, selama 10 menit.
2. Dimasukkan ke dalam ekstruder dengan temperatur proses 200C dan dipeletisasi.
3. Komposit dicetak pada injection molding untuk pembuatan spesimen properti sesuai dengan ISO.
4. Spesimen didiamkan selama 24 jam di dalam desikator.
3.3.4 Flowchart Percobaan
Gambar 3.1 Flowchart Pembentukan Komposit Polimer HIPS dan POFA Abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel
ash (POFA) digilling di dalam ball mill
POFA setelah digiling kemudian diayak menggunakan ayakan 140 mesh Mulai
POFA direndam dalam NaOH 1 M sambil diaduk hingga dingin
Disaring dan dikeringkan di dalam oven dengan suhu 100 oC hingga kering
Digerus endapan kering dan digiling kembali di dalam ballmill
HIPS dan wetting agent sebanyak 1% dari berat HIPS dicampur ke dalam tumbler selama 5 menit dan kemudian POFA treatment (2,5; 5; dan 7,5% berat HIPS), Zinc Stearat 0,15 phr, selama 10 menit.
Dimasukkan ke dalam ekstruder dengan suhu operasi 200C dan dipeletisasi
Komposit dicetak pada injection molding
Dilakukan pengujian sifat-sifat dan karakteristik masing-masing varian komposit sebanyak 3 kali dan hasilnya dirata-ratakan.
3.3.5 Pengujian Komposit
3.3.5.1 Fourier Transform Infrared Spectroscope (FTIR)
Sampel yang dianalisa yaitu berupa abu pembakaran biomassa kelapa sawit murni dan yang telah diberikan perlakuan alkali, HIPS, dan komposit HIPS berpengisi POFA untuk melihat gugus fungsi yang ada. Prosedurnya yaitu:
1. Komposit dimasukkan ke dalam alat FTIR
2. Dihitung panjang gelombang dengan menggunakan alat FTIR tersebut 3. Resolusi spektrum yang dipilih dan jangkauan pemindaian 400-4000 cm-1.
3.3.5.2 Kadar Abu
Kadar abu dihitung berdasarkan kehilangan massa dari suatu bahan dalam spesimen tes ketika dipanaskan. Mula-mula spesimen didalam cawan ditimbang kemudian dimasukkan ke dalam tungku atau furnace pada suhu 600 oC selama 30 menit.
Kadar abu = cawan sampel sesudah dibakar cawan kosong
cawan sampel sebelum dibakar cawan kosong 100%
3.3.5.3 Spesific Gravity
Specific gravity merupakan ukuran densitas suatu material dibandingkan dengan densitas air. Pengujian densitas dilakukan di dalam alat electronic densimeter.
3.3.5.4 Tensile Strength (Kekuatan Tarik) ISO 527
Spesimen komposit dicetak dengan menggunakan injection molding membentuk spesimen untuk pengujian kekuatan tarik (uji tarik). Pengujian kekuatan tarik dilakukan dengan strograph terhadap tiap spesimen. Mesin dihidupkan dan spesimen akan tertarik ke atas spesimen diamati sampai putus, dicatat tegangan maksimum dan regangannya.
Persamaan yang digunakan adalah :
0 A Fmaks t
(3.3)dimana :
τt : Kekuatan tarik (Pa)
Fmaks : Beban maksimum (kgf)
Ao : Luas penampang mula-mula (m2)
Besar pemanjangan pada saat putus dapat dihitung dengan persamaan berikut ini.
Awal Panjang
Panjang Perubahan
an Perpanjang
%) 100 ( o
o l
l l
Gambar 3.2 Sketsa Spesimen Uji Tarik Ukuran dalam milimeter (mm)
l3 = ≥150
l1 = 80 ± 2
r = 20 – 25 l2 = 104 – 113
b2 = 20,0 ± 0,2
b1 = 10,0 ± 0,2
h = 4,0 ± 0,2 L0 = 50,0 ± 0,5
L = 115 ± 1
3.3.5.4 Kekuatan Bentur ISO 179
Pengujian kekuatan bentur dilakukan dengan metode charpy impact dengan standar ISO 179. Sketsa spesimen uji dapat dilihat pada gambar 3.3.
Gambar 3.3 Ilustrasi Pengujian Bentur Metode Charpy
Benda uji charpy memiliki luas penampang lintang bujur sangkar dan memiliki notch berbentuk V. Benda uji diletakkan pada tumpuan pada posisi mendatar dan bagian yang bertakik diberi beban impak dari ayunan bandul.
3.3.5.5 Hardness Rockwell ISO 2039
Pengujian Rockwell bertujuan untuk menentukan suatu material dalam bentuk daya tahan material terhadap benda penguji yang ditekankan pada permukaan material uji tersebut. Pada penelitian ini digunakan metode uji kekerassan Rockwell dengan skala Rockwell R, yaitu:
Beban maksimal : 60 kg Tipe indenter : Bola baja 1
2inchi
3.3.5.6 Scanning Electron Microscopy (SEM)
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 KARAKTERISTIK FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA RED) ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT
Karakterisasi ini dilakukan untuk mengidentifikasi gugus fungsi dari bahan pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit nontreatment dan abu pembakaran biomassa kelapa sawit yang telah ditreatment. Hasil spektrum FTIR dari bahan pengisi dapat dilihat pada Gambar 4.1 (a) dan (b) di bawah ini.
Keterangan analisa gugus fungsi [18, 19, 20, 21, 22]: - 3765-3750 cm-1 : gugus Si-OH
- 3700-3000 cm-1 : stretching gugus –OH
- 1600-1300 cm-1 : senyawa MgO
- 1170-1080 cm-1 : senyawa SiO 2
- 1015-964 cm-1 : senyawa Al(OH) 3
[image:44.595.98.508.277.721.2]- 476-616 cm-1 : senyawa Fe 2O3
Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit (a) Nontreatment (Murni), (b) Treatment
1012,63 3765,05
3414,00 3444,87
1390,68 1390,68
576,72
476,42
Fe2O3
Al(OH)3
MgO
Stretching
Si-OH
(a)
(b)
Gambar 4.1 (a) menunjukkan spektrum FTIR pada pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit murni (nontreatment) dan (b) menunjukkan spektrum FTIR pada pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit yang telah ditreatment menggunakan larutan NaOH. Dari gambar dapat dilihat bahwa perlakuan alkali kepada abu pembakaran biomassa kelapa sawit tidak banyak mengubah gugus fungsi dari abu pembakaran biomassa kelapa sawit itu sendiri. Vibrasi stretching dari gugus –OH dapat dilihat dari panjang gelombang 3700 –
3000 cm-1 [18]. Panjang gelombang 1390,68 cm-1 menunjukkan keberadaan senyawa MgO [19] dan panjang gelombang 1012,63 cm-1 menunjukkan keberadaan senyawa alumunium hidroksida [20]. Panjang gelombang 1116,78 cm
-1 dan 1122,57 cm-1 menandakan keberadaan SiO
2 [21]. Penyerapan pada panjang
gelombang 476,42 dan 576,72 cm-1 menunjukkan keberadaan dari senyawa Fe2O3
[22]. Pada Gambar 4.1 (b) muncul sebuah peak baru yaitu panjang gelombang 3765,05 cm-1 yang menunjukkan keberadaan dari gugus Si-OH [21]. Munculnya gugus baru ini diduga karena abu pembakaran biomassa kelapa sawit telah mengalami modifikasi kimia setelah diberikan perlakuan alkali dengan larutan NaOH. Modifikasi kimia dengan perlakuan alkali dilakukan untuk meningkatkan adhesi antara permukaan partikel dengan matriks polimer yang diharapkan akan berpotensi menghasilkan ikatan yang baik [6].
Perlakuan POFA dengan NaOH mengakibatkan oksida-oksida logam dan silika oksida melakukan reaksi hidrasi sehingga terbentuk air hidrat yang stabil. Kandungan-kandungan senyawa dalam POFA merupakan senyawa pozzolan. Menurut ASTM C618 pozzolan adalah material yang mengandung silika atau silika dan alumina, yang memiliki sedikit atau bahkan tidak sama sekali nilai sementritis, namun dalam bentuk halus pada saat lembab akan bereaksi secara kimiawi dengan kalsium hidroksida untuk membentuk senyawa yang memiliki kemampuan sementritis [23]. Menurut Altwair reaksi pozzolan berlangsung sebagai berikut [3]:
Ca(OH)2 + SiO2 C - S - H
atau dalam persamaan kimia digambarkan seperti dalam penjelasan Dunstan [24]: 3 {Ca(OH)2} + 2{SiO2} [3{CaO}2{SiO2}3{H2O}]
Pada penamaan C-S-H notasi “-“ menunjukkan bahwa perbandingan Ca dan Si
serta jumlah air hidratnya bervariasi dan tidak menggambarkan suatu persamaan yang stokiometris [3].
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 5 10 15 20 25 30 35 40
45 Hips 438
Komposit HIPS-POFA Tr an smit an si ( %T)
Bilangan Gelombang (cm-1)
4.2 KARAKTERISTIK FOURIER TRANSFORM INFRA RED (FTIR)
HIGH IMPACT POLYSTYRENE (HIPS) DAN KOMPOSIT HIGH IMPACT POLYSTYRENE BERPENGISI ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT
Karakterisasi ini dilakukan untuk mengidentifikasi gugus fungsi dari matriks HIPS dan komposit HIPS yang dihasilkan. Hasil spektrum FTIR dari matriks HIPS dan komposit HIPS berpengisiabu pembakaran biomassa kelapa sawit dapat dilihat dari Gambar 4.2 di bawah ini.
Keterangan analisa gugus fungsi [21, 25]: - 3765-3750 cm-1 : gugus Si-OH
- 3000-2840 cm-1 : regang C-H
- 1660-1600 cm-1 : regang alkena C=C
- 1600-1450 cm-1 : regang cincin aromatis C=C
[image:46.595.123.496.242.564.2]- 720 cm-1 : empat atau lebih senyawa CH 2
Gambar 4.2 Karakteristik FTIR HIPS dan Komposit HIPS-POFA
Analisa komposit FTIR bertujuan untuk mengetahui gugus fungsi komposit HIPS yang dihasilkan. Gambar 4.2 menunjukkan karakteristik FTIR HIPS dan komposit HIPS berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit. Pada matriks dan komposit HIPS terdapat gerakan bending (rocking) yang terhubung dengan empat atau lebih senyawa CH2 di dalam sebuah rantai terbuka
yang muncul pada sekitar bilangan gelombang 720 cm-1 [25]. Pada panjang gelombang 1475 cm-1 terdapat regang cincin aromatik C=C, dan pada panjang
CH2
bending
C=C C=C Si-OH
gelombang 1600 cm-1 terdapat regang alkena C=C [25]. Pada panjang gelombang 2866,2 cm-1 dan 2873,94 cm-1 terdapat regang CH [25]. Penggabungan antara matriks dan bahan pengisi merupakan reaksi fisika (mekanik) saja dan tidak terjadi reaksi kimia di dalam pembentukan komposit ini. Pada komposit HIPS-POFA, masih terdapat panjang gelombang yang sama dengan gugus pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit yang telah ditreatment yaitu 3765,05 cm-1 yang menunjukkan bahwa terdapat gugus Si–OH pada komposit [21].
4.3 ANALISA SIFAT FISIKA DAN MEKANIK KOMPOSIT HIPS BERPENGISI ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT
4.3.1 Kadar Abu Komposit HIPS
Abu pembakaran biomassa kelapa sawit sebagai bahan pengisi diperoleh dari industri kelapa sawit yang mana merupakan limbah hasil pembakaran biomassa kelapa sawit sebagai bahan bakar pada boiler. Pada proses pembakaran, senyawa-senyawa organik pada biomassa akan hilang dan akan meninggalkan senyawa anorganik dalam persen yang besar. Dalam pembakaran sempurna diasumsi senyawa organik berupa molekul-molekul air dan karbon akan terdekomposisi menjadi senyawa anorganik, yang mana senyawa anorganik tersebut dapat dimanfaatkan sebagai bahan pengisi dalam beton dan komposit [3]. Adapun kadar abu dari komposit HIPS-POFA dapat dilihat dari Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Kadar AbuKomposit HIPS – POFA Komposisi Kadar Abu
(%) Murni 0,02 95/5 4,81 92,5/7,5 7,38 90/10 9,04
banyak senyawa-senyawanya bersifat anorganik. Abu pembakaran biomassa kelapa sawit mengandung sejumlah besar bahan-bahan yang tidak terbakar, silika, dan alumunium [3].
4.3.2 Spesific Gravity Komposit HIPS
[image:48.595.146.452.246.485.2]Gambar 4.3 menunjukkan pengaruh penambahan bahan pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit pada matriks HIPS terhadap spesific gravity komposit yang dihasilkan.
Gambar 4.3 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Spesific Gravity Komposit HIPS-POFA
Gambar 4.3 di atas menunjukkan pengaruh penambahan bahan pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) treatment pada matriks HIPS terhadap specific gravity komposit. Pada gambar di atas terlihat bahwa specific gravity komposit cenderung meningkat. Pada HIPS murni specific gravity sebesar 1,0419 dan kemudian meningkat sebesar 1,0840; 1,0992; dan 1,1170 untuk masing-masing ratio komposisi 95/5; 92,5/7,5; 90/10.
Specific gravity merupakan ukuran densitas suatu material dibandingkan dengan densitas air. Terjadi peningkatan specific gravity dengan meningkatnya kandungan bahan pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit dan HIPS. Hal ini menunjukkan jumlah kekosongan atau porositas yang berkurang, sehingga kepadatan meningkat dan tentunya berat jenis menjadi meningkat [26].
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6
100/0 95/5 92,5/7,5 90/10
Speci fi c G rav it y
Perbandingan HIPS dengan POFA
4.3.3 Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Komposit HIPS
[image:49.595.159.468.165.400.2]Gambar 4.4 menunjukkan pengaruh penambahan bahan pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit pada matriks HIPS terhadap kekuatan tarik komposit yang dihasilkan.
Gambar 4.4 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Tarik Komposit
Gambar 4.4 di atas menunjukkan pengaruh penambahan bahan pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) pada matriks HIPS terhadap kekuatan tarik komposit. Dari hasil uji tarik diperoleh bahwa kekuatan tarik antara HIPS murni dengan komposit HIPS tidak mengalami perubahan yang signifikan meskipun kekuatan tarik komposit cenderung menurun seiring dengan pertambahan komposisi abu di dalam komposit yaitu 31,7 MPa pada HIPS murni, 29,5 Mpa pada ratio 95/5, 29,4 Mpa pada ratio 92,5/7,5, dan 28,4 Mpa pada ratio 90/10. Meningkatnya kandungan pengisi di dalam komposit HIPS akan menurunkan kekuatan tarik komposit. Namun penurunan yang terjadi pada komposit ini tidak terlalu jauh dan cenderung tetap. Ukuran partikel yang kurang halus juga menyebabkan penurunan kekuatan tarik komposit. Penambahan pengisi mengakibatkan komposit kehilangan sifat elastisnya, dengan kata lain, material komposit yang dihasilkan bersifat lebih keras (rigid) [2].
0 5 10 15 20 25 30 35 40
100/0 95/5 92,5/7,5 90/10
K ek ua ta n T a rik ( M P a )
Perbandingan HIPS dengan POFA
29,4 29,5
31,7
4.3.4 Sifat Pemanjangan (Elongation at Break) Pada Saat Putus Komposit HIPS
Gambar 4.5 menunjukkan pengaruh penambahan bahan pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit pada matriks HIPS terhadap sifat pemanjangan (elongation break) pada saat putus.
Gambar 4.5 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Sifat Pemanjangan (Elongation Break) Pada Saat Putus Komposit
Pada Gambar 4.5 di atas nilai pemanjangan pada saat putus komposit untuk semua rasio lebih rendah bila dibandingkan dengan nilai pemanjangan saat putus HIPS murni. Hal ini menunjukkan bahwa penambahan pengisi telah mengakibatkan penurunan nilai pemanjangan pada saat putus komposit berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit. Dari hasil uji sifat pemanjangan pada saat putus komposit diperoleh bahwa nilai pemanjangan pada saat putus HIPS murni sebesar 8,3%, dan terus menurun seiring dengan pertambahan komposisi abu di dalam komposit menjadi 3,7% pada ratio 95/5; 3,1% pada ratio 92,5/7,5 dan 2,7% pada ratio 90/10.
Hasil pengujian komposit menunjukkan bahwa pemanjangan pada saat putus menurun dengan meningkatnya kandungan bahan pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit. Sifat elastisitas dari komposit diindikasikan oleh penambahan panjang saat putus (elongation at break). Secara umum, elastisitas material yang tinggi menandakan tingginya nilai dari elongation at break.
0 2 4 6 8 10
100/0 95/5 92,5/7,5 90/10
P er pa nja ng a n P a da Sa a t P utus (%)
Perbandingan HIPS dengan POFA
3,1
2,7 8,3
[image:50.595.157.476.176.413.2]Penambahan pengisi mengakibatkan komposit kehilangan sifat elastisnya, dengan kata lain, material komposit yang dihasilkan lebih rapuh (brittle) dan keras (rigid). Kemampuan komposit HIPS untuk berdeformasi menjadi semakin terbatas seiring dengan mengingkatnya kandungan pengisi di dalam komposit HIPS [2].
4.3.5 Kekuatan Bentur (Impact Strength) Komposit HIPS
[image:51.595.160.466.269.505.2]Gambar 4.6 menunjukkan pengaruh penambahan bahan pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit pada matriks HIPS terhadap kekuatan bentur (impact strength)komposit.
Gambar 4.6 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Bentur (Impact Strength) Komposit
Dari Gambar 4.6 di atas dapat dilihat bahwa nilai kekuatan bentur komposit HIPS berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit cenderung menurun seiring dengan bertambahnya komposisi abu di dalam matriks. Dari hasil uji bentur diperoleh bahwa nilai kekuatan bentur untuk HIPS murni (100/0) sebesar 7,375 KJ/m2, kemudian menurun menjadi 4,848 KJ/m2; 3,383 KJ/m2; dan 3,183 KJ/m2 untuk masing-masing ratio 95/5; 92,5/7,5; dan 90/10.
Penurunan kekuatan bentur komposit disebabkan massa matriks mengalami penurunan sedangkan massa bahan pengisi bertambah, sehingga permukaan matriks tidak dapat menutupi permukaan pengisi dengan baik. Hal ini
0 2 4 6 8 10
100/0 95/5 92,5/7,5 90/10
K ek ua ta n B ent ur (K J /m 2)
Perbandingan HIPS dengan POFA
4,848 7,375
3,383
menyebabkan interaksi antara matriks dan pengisi tidak lagi maksimal. Ikatan permukaan yang lemah juga dapat menurunkan kekuatan bentur bahan komposit tersebut. Penambahan pengisi mengakibatkan komposit yang dihasilkan menjadi lebih rapuh (brittle) [2] sehingga kemampuan komposit untuk menahan beban yang mendadak semakin menurun.
4.3.6 Kekerasan (Hardness Rockwell) Komposit HIPS
[image:52.595.159.463.288.527.2]Gambar 4.7 menunjukkan pengaruh penambahan bahan pengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit pada matriks HIPS terhadap kekerasan (hardness rockwell)komposit.
Gambar 4.7 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekerasan (Hardness) Komposit
Dari Gambar 4.7 di atas dapat dilihat bahwa bertambahnya komposisi abu di dalam matriks mengakibatkan nilai kekerasan komposit HIPS berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit cenderung tetap namun tetap mengalami peningkatan. Dari hasil uji kekerasan dengan menggunakan Hardness Rockwell diperoleh bahwa nilai kekuatan bentur untuk HIPS murni (100/0) sebesar 106,8, kemudian cenderung meningkat menjadi 107,4; 108,5; dan 110,5 untuk masing-masing ratio 95/5; 92,5/7,5; dan 90/10.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
100/0 95/5 92,5/7,5 90/10
K ek er a sa n (R -s ca le)
Perbandingan HIPS dengan POFA
Meningkatnya kandungan pengisi pada komposit mengakibatkan meningkatnya kekerasan komposit HIPS berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit. Karena pada abu pembakaran biomassa kelapa sawit terdapat kandungan unsur logam yang dapat mempengaruhi kekerasan komposit. Sehingga mampu memperkuat struktur material pada bahan komposit dan akhirnya dapat meningkatkan nilai kekerasannya. Kekerasan merupakan sifat mekanik yang menunjukkan ketahanan terhadap deformasi platis atau permanen. Sifat kekerasan juga dipengaruhi oleh faktor porositas bahan tersebut, karena porositas berkurang membuat tingkat kepadatan bahan dapat meningkatkan kekerasan. Nilai porositas yang rendah menunjukkan bahwa bahan tersebut memiliki rongga- rongga lebih kecil, sehingga memperkuat struktur material pada bahan [27].
4.3.7 Scanning Electron Microscopy (SEM)
Kualitas ikatan antara matriks dan penguat dapat diketahui dengan cara kualitatif dan kuantitatif. Kualitatif dapat dilakukan dengan pengamatan menggunakan SEM, sedangkan kuantitatif didapatkan dari pengujian mekanik [28]. Morfologi permukaan abu pembakaran biomassa kelapa sawit telah dianalisa menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) seperti pada gambar 4.8 di bawah ini.
Gambar 4.8 Hasil SEM POFA Dengan Perbesaran 20.000 kali (a) POFA Nontreatment (b) POFA Treatment
Gambar 4.8 (a) menunjukkan morfologi permukaan abu pembakaran biomassa kelapa sawit yang belum mendapatkan perlakuan alkali (nontreatment)
dan Gambar 4.8 (b) menunjukkan morfologi permukaan abu pembakaran biomassa kelapa sawit yang telah mendapatkan perlakuan alkali. Dari Gambar 4.8 (a) terlihat bahwa struktur permukaan abu yang belum mendapat perlakuan alkali masih amorfous atau berbentuk seperti gelas. Sedangkan Gambar 4.8 (b) terlihat bahwa struktur abu sudah mengkristal dan berbentuk seperti lempengan. Hal ini dikarenakan telah terjadinya reaksi hidrasi pada POFA sehingga mengubah struktur POFA yang tadinya berbentuk amorf menjadi berbentuk lempengan.
Perlakuan POFA dengan NaOH mengakibatkan oksida-oksida logam dan silika oksida melakukan reaksi hidrasi sehingga terbentuk air hidrat yang stabil. Air hidrat ini juga merubah morfologi POFA yang amorf menjadi kristal.
Morfologi patahan eks-uji charpy komposit HIPS-POFA telah dianalisa menggunakan SEM seperti pada gambar 4.9 di bawah ini.
Gambar 4.9 Hasil SEM Komposit HIPS-POFA (a) Ratio 95/5 (b) Ratio 90/10 Dengan Perbesaran 10000 kali
Gambar 4.9 (a) menunjukkan morfologi patahan komposit HIPS berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit dengan ratio komposisi 95/5 dan Gambar 4.9 (b) menunjukkan morfologi patahan komposit HIPS berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit dengan ratio komposisi 90/10. Dari gambar dapat dilihat bahwa pada komposit sudah terbentuk ikatan antara matriks dan POFA, namun ada juga yang belum berikatan, hanya sekadar berinterkalasi diantara pori-pori matriks dan pengisi. Gambar 4.9 (a) dan Gambar 4.9 (b) menunjukkan ikatan antara matriks dan pengisi tidak semuanya sempurna. Ada yang dapat terikat dan ada yang tidak dapat terikat. Hal ini diperlihatkan dari
(a) (b)
Pori-pori
Berinterkalasi
POFA yang tertarik keluar
Permukaan yang tidak rata
Permukaan yang lebih
Cekungan akibat tarikan
Tonjolan akibat tarikan Interaksi yang
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Dari hasil analisis pengujian komposit HIPS berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit dapat diambil beberapa kesimpulan, antara lain:
1. Dari hasil analisis karakterisasi FT-IR terhadap abu pembakaran biomassa kelapa sawit nontreatment dan treatment, tidak terjadi perubahan gugus fungsi yang signifikan, hanya pada abu treatment diperoleh gugus fungsi Si-OH pada panjang gelombang 3765,05 cm-1.
2. Dari hasil analisis karakterisasi FT-IR terhadap HIPS dan komposit HIPS-POFA diketahui tidak terjadi perubahan gugus fungsi dikarenakan pembentukan komposit dilakukan secara reaksi fisika (mekanik).
3. Kadar abu dari komposit HIPS-POFA cenderung mengalami kenaikan dari 0,02% pada HIPS murni menjadi 9,04% pada ratio komposisi 90/10.
4. Specific gravity komposit yang dihasilkan mengalami kenaikan dari 1,0419 pada HIPS murni menjadi 1,1170 pada ratio komposisi 90/10.
5. Kekuatan tarik komposit yang dihasilkan tidak mengalami perubahan yang signifikan. Kekuatan tarik komposit HIPS-POFA dengan ratio komposisi terbesar 90/10 adalah 28,4 Mpa sedangkan untuk HIPS murni sebesar 31,7 Mpa.
6. Penambahan POFA kedalam komposit mengakibatkan komposit kehilangan sifat pemanjangannya, dari 8,3% untuk HIPS murni menjadi 2,7% untuk ratio komposisi 90/10.
7. Penambahan POFA kedalam komposit belum mampu meningkatkan kekuatan bentur komposit, dari 7,375 KJ/m2 untuk HIPS murni, menjadi 3,183 KJ/m2 untuk ratio komposisi 90/10.
8. Kekerasan (Hardness Rockwell R) komposit cenderung mengalami peningkatan seiring dengan penambahan POFA ke dalam komposit dari 106,08 pada HIPS murni menjadi 110,5 pada ratio komposisi 90/10.
5.2 SARAN
Demi kesempurnaan penelitian ini, maka peneliti menyarankan :
1. Penelitian hendaknya dilanjutkan untuk meningkatkan sifat mekanik dari komposit, dengan peningkatan dan atau penambahan komposisi dari penyerasi dan atau memperkecil ukuran partikel dari pengisi.
2. Penelitian hendaknya dilanjutkan untuk melihat perubahan sifat mekanik dari komposit, dengan pergantian jenis alkali yang diberikan dan atau konsentrasi dari alkali yang diberikan.
3. Penelitian hendaknya dilanjutkan dengan mengubah kondisi operasi seperti suhu proses ekstruder, untuk mengetahui kondisi operasi mana yang sesuai dan yang terbaik bagi pembuatan komposit.
DAFTAR PUSTAKA
[1] David Bahrin, Nukman, Yuri Dariansyah. ”Biomassa: Bahan Bakar Bersih
Untuk Industri Karet Di Sumatera Selatan”. Prosiding Seminar Nasional
AvoER ke-3. Palembang, 26-27 Oktober 2011. ISBN:979-587-395-4, hal. 110-115.
[2] M.S. Ibrahim, S.M Sapuan, A.A Faieza. ”Mechanical And Thermal
Properties Of Composites From Unsaturated Polyester Filled With Oil
Palm Ash”. Journal of Mechanical Engineering and Sciences (JMES), vol. II (Juni, 2012), hal. 133-147.
<![Gambar 2.2 Reaksi Polimerisasi High Impact Polystyrene (HIPS) [7]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/170967.12758/31.595.129.520.206.417/gambar-reaksi-polimerisasi-high-impact-polystyrene-hips.webp)
