APLIKASI SERAT SERABUT KELAPA BERMATRIK

SEBAGAI PENGGANTI KEMASAN MAKANAN DARI STEROFOAM

Ahmad Dony Mutiara Bahtiar

Program Studi Perawatan dan Perbaikan Mesin Politeknik Kediri

ayndon@yahoo.co.id

Abstrack

This research focuses on biocomposite material which is applied for food packaging to substitute polystyrene packaging. The purpose of this research is to know the influence of coconut fiber towards biocomposite streng tensil with sago palm matrix and glycerol. Sago palm and glycerol is matrixes coming from biocomposite and coconut fiber as the filler. This research is using volume glycerol fraction and sago palm, with sago palm as 10% plastisiser since the volume fraction has the most optimum for 1.395v Mps and 70% glatinasi temperature, wherein volume biocomposite fraction is 45% coconut fiber, 105 glycerol, and 45% sago palm has the optimum steng tensil of 4.744 Mpa. In comparison when volume fraction is 75% of coconut fiber, 10% of glycerol and 15% of sago palm, it makes the lowest average of kekuatan tarik of 1.187 MPa. Therefore, bicomposite with sago palm matrix, glycerol, and coconut fiber still has bigger compared to polyesterene steng tensil which is occasionally used for food packaging having 3.27 MPa.

Keywords : Biocomposite, Sago Palm, Glycerol, Coconut Fiber, Steng Tensil

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Alam telah mengajarkan kita tentang kemasan misalnya jagung terbungkus oleh selubung, dan berbagai macam buah – buahan terbungkus oleh kulitnya. Fungsi dari kemasan tersebut adalah untuk mencegah dan mengurangi kerusakan secara fisik seperti guncangan, gesekan, benturan, dan getaran serta pencemaran dari lingkungan sekitarnya, Selain fungsi tersebut fungsi lain dari pengemasan adalah mempermudah kita dalam pengangkutan dan penyimpanan. Kemudian adanya rencana pelarangan penggunaan kemasan sintetis dalam jangka waktu beberapa tahun ke depan semakin meningkatnya penelitian akan solusi pembuatan komposit yang ramah lingkungan. Berbagai issue permasalahan limbah non organik serat sintetis yang semakin bertambah mampu mendorong perubahan trend teknologi komposit menuju natural composit yang ramah

lingkungan. Dengan berkembangnya material biokomposit diharapkan mampu menjadi salah satu material teknik yang mampu mempunyai sifat ringan, tahan korosi, dan sifat mekanisnya baik. Keistimewaan lain adalah sifatnya yang

renewable atau terbarukan. Untuk menghindari berbagai efek lingkungan inilah, maka perlu adanya bahan alternatif untuk aplikasi fiber yang berpenguat serat komposit alam yang tentunya ramah lingkungan. Sehingga mengurangi penggunaan bahan kimia dan gangguan lingkungan hidup.

Melalui penelitian ini saya mencoba menggunakan serat alami yaitu serabut kelapa sebagai filler biokomposit.

Tujuan Penelitian

Untuk mempengaruhi fraksi volume serat serabut kelapa terhadap kekuatan tarik biokomposit bermatrik sagu dan gliserol.

TINJAUAN PUSTAKA

Indonesia merupakan salah satu negara penghasil kelapa terbesar di dunia, dengan total produksi diperkirakan sebanyak 14 milyar butir kelapa. Tanaman kelapa merupakan komoditas perkebunan yang sangat potensial, disebut juga sebagai pohon kehidupan karena semua bagian tanaman kelapa bermanfaat bagi kebutuhan hidup manusia. Buah kelapa dapat menghasilkan berbagai produk yang bernilai ekonomi tinggi seperti minyak, tempurung, dan sabut. Serabut kelapa merupakan hasil serat alam dari buah kelapa hasil samping yang terbesar dari buah kelapa, yaitu sekita 35% dari bobot buah kelapa. Pengolahan buah kelapa menjadi berbagai produk tersebut dapat meningkatkan pendapatan petani 5-6 kali lipat. Menurut United CoconutAssociation of the Philippines (UCAP), dari satu buah yang sangat dibutuhkan untuk pertumbuhan dan perkembangan tanaman. Oleh karena itu apabila sabut kelapa tidak dipergunakan untuk produk-produk yang laku dijual, maka dapat dikembalikan ke kebun sebagai pupuk Kalium. Serabut kelapa pada umumnya hanya dibuat sapu, keset, dan sebagai bahan bakar saja. Tidak kalah alasan pentingnya dilakukan penelitian ini adalah, serat alam utama

yang digunakan pada penelitian ini yaitu serabut kelapa, yang mana Indonesia merupakan penghasil tumbuhan kelapa terbesar di dunia. Oleh karena itu, serabut kelapa yang boleh disebutkan sebagai limbah dapat dijadikan nilai ekomis yang lebih tinggi .Kemudian Benny Muhandis Riyadie dari Universitas Diponegoro Semarang Sebelum digunakan serat kelapa diberikan perlakuan NaOH dengan konsentrasi 5%. Menurut Kuncoro Diharjo (2006) pada komposit yang diperkuat dengan serat tanpa perlakuan, maka ikatan (mechanical bonding) antara serat dan UPRs menjadi tidak sempurna karena terhalang oleh lapisan yang menyerupai lilin di permukaan serat. Perlakuan NaOH ini bertujuan untuk melarutkan lapisan yang menyerupai lilin di permukaan serat, seperti lignin, hemiselulosa, dan kotoran lainnya. Dengan hilangnya lapisan lilin ini maka ikatan antara serat dan matriks menjadi lebih kuat, sehingga kekuatan mekanik komposit menjadi lebih tinggi khususnya kekuatan tarik. Namun, perlakuan NaOH yang lebih lama dapat menyebabkan kerusakan pada unsur selulosa. Padahal, selulosa itu sendiri sebagai unsur utama pendukung kekuatan serat. Akibatnya serat yang dikenai perlakuan alkali terlalu lama mengalami degradasi kekuatan yang signifikan sehingga kekuatannya semakin rendah.

kentang dengan produktivitas pati kering 10-15 t/ha/tahun. Widiarto (2005) yang meneliti Film yang terbuat dari PVA murni maupun pati sagu adalah jernih. Bagaimanapun, film yang diperoleh dari campuran keduanya adalah sedikit legap, dimungkinkan akibat daripada pemisahan fasa.Sedangkan sagu saja kekuatan tariknya masih kurang tanpa campuran pemlastis. Dalam penelitian ini gliserol sebagai campuran sagu sebagai pemlastis. Muchrani Hasibuan (2009) yang meneliti biokomposit sagu dan gliserol mempunyai kekuatan tarik lebih tinggi dibandingkan dengan kekuatan sagu tanpa campuran gliserol.

Kerangka Konsep Penelitian

Gambar 1. Siklus Konsep berpikir

Gambar 2. Diagram Interaksi Konsep Penelitian.

METODOLOGI

Alat yang Digunakan

a.

Timbangan Digital

b.

Blender

c.

Cetakan Spesimen

d.

Mesin Pengujian Tarik

e.

Mesin Pengepres Hidrolik

f.

Gelas Ukur

g.

Cawan Petri

h.

Kamera

i.

Pisau

Bahan yang Digunakan

Bahan- bahan yang digunakan adalah sebagai berikut

a.

Sagu (Kanji)

b.

Serabut Kelapa

c.

Aquadest Potensi

Serabut kelapa

Potensi sagu

Proses Blending + Cetak + Pengepresan

Biokomposit Prosentase Prosentase

Uji tarik Foto makroskopik

Aplikasi Material Potensi

Gliserol

Prosentase Prosentase

Serat serabut

kelapa _sagu Pati

Gliserol

Biokomposit

Analisa

d.

Larutan NaOH

e.

Gliserol

Variabel Penelitian Variabel Bebas

Variabel bebas yang digunakan adalah perbandingan fraksi volume serabut kelapa yaitu 15%, 30%, 45%, 60%, 75%.

Variabel Terikat

Untuk variable terikatnya adalah kekuatan tarik.

Parameter Terkontrol

1. Gliserol 10 %. 2. NaOH 5%.

3.Temperatur Glatinasi 700_C.

4.Kecepatan Blender 30rpm. 5. Beban 10kN.

6. Panjang serabut 3mm

7.Kecepatan pembebanan 1 mm/menit.

Prosedur Penelitian

Mempersiapkan Serat Penguat Polimer

1. Serat serabut kelapa di jemur selama 3 hari untuk menghilangkan kadar air. 2. Kemudian serabut kelapa di masak

dengan NaOH 5% sampe keluar semua minyak dalam serabut kelapa. Kemudian dicuci dengan air sampai pH 7 (netral). 3. Kemudian di keringkan lagi selama 3

hari dengan suhu 350_C

4. Serabut kelapa siap di potong sesuai dengan panjangnya yaitu 3mm.

Pembuatan Spesimen Uji

1. Dilakukan penimbangan serat serabut kelapa, dan sagu dengan fraksi volume yang diinginkan. Penimbangan sejumlah massa sagu dan gliserol yang diinginkan sesuai dengan prosentase.

2. Masukan pati sagu dalam blender dan larutan gliserol yang sudah sesuai dengan prosentase yang diinginkan beserta serat serabut kelapa.

3. Seting suhu pada blender dengan suhu 700 _C.

4. Hidupkan blender dan mulailah pengadukan dengan lama pengadukan 25 menit.

5.Setelah selama 25 menit, tuangkan isi dari blender kedalam cetakan yang telah disediakan.

6. Setelah cetakan terisi penuh dan spesimen menjadi agak dingin, spesimen dipress dengan tekanan 10 kg selama 2 menit.

7. Kemudian biarkan spesimen dingin dengan sendirinya dan di ambil dari cetakan.

8. Kemudian specimen dikeringkan dengan suhu 650 _{C selama 24 jam di}

dalam Oven, benar-benar kering siap untuk diuji.

Pengujian Spesimen

Pengujian tarik menggunakan ASTM D 638. dengan

Gambar 3. Dimensi spesimen

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Hasil Pengujian

Tabel 1. Hasil Uji Tarik Matrik

Gambar 4. Grafik Kekuatan Tarik Matrik Sagu Dan Gliserol

Kemudian setelah mendapatkan kekuatan tarik matrik selanjutnya didapatkan tabel kekuatan tarik

biokomposit dengan perbandingan fraksi volume Serat : Gliserol : Sagu

Dan didapatkan grafik hubungan kekuatan tarik rata-rata dengan fraksi volume sebagai berikut :

Gambar 5. Grafik Kekuatan Tarik Rata-rata Biokomposit

Tabel 2. Kekuatan Tarik Rata-rata Biokomposit

Kemudian didapatkan juga grafik hubungan antara kekuatan tarik secara teoritis dan actual dari biokomposit yang terlihat pada gambar 6.

Gambar 6. Grafik Hubungan Kekuatan Tarik Teoritis dengan Kekuatan Tari Aktual Biokomposit

Pembahasan Kekuatan Tarik Matrik Sagu Dan Gliserol

molekul-molekul pemlastis hanya terdispersi dan berinteraksi antara struktur rantai polimer dan menyebabkan rantai – rantai polimer sulit bergerak karena halangan sterik. Hal inilah yang menyebabkan kekuatan tarik meningkat disamping karena adanya gaya intermolekuler antara rantai pada sagu tersebut dan grafik mengalami kenaikan yang signifikan.

Tetapi ketika fraksi volume gliserol lebih dari 10% akan mengakibatkan kekuatan tarik menurun. Hal ini terjadi karena titik jenuh terlewati mengakibatkan sehingga molekul – molekul pemlastis yang berlebih berada pada fase tersendiri yang berada di luar fase polimer dan akan menurunkan gaya intermolekuler antara rantai polimer sagu. Berdasarkan pembahasan diatas dapat diakatan bahwa campuran antara sagu 90% dan gliserol 10% mempunyai kompatibilitas tertinggi. Dari dasar itulah prosentase gliserol yang digunakan adalah 10%.

Pada gambar 5 menunjukkan kekuatan tarik rata-rata semakin meningkat seiring dengan bertambahnya fraksi volume serat serabut kelapa. Setelah fraksi volume serat serabut kelapa bertambah, maka kekuatan tarik rata-rata dari biokomposit semakin meningkat dengan kekuatan tarik rata-rata tertinggi sebesar 4,744 MPa diperoleh ketika fraksi volume sebesar 45% : 10% : 45%. Ketika perbandingan fraksi volume sebesar 75% : 10% : 15%, menghasilkan kekuatan tarik rata-rata terendah yaitu 1,187 MPa. Apabila perbandingan fraksi volume serat serabut kelapa melebihi matrik sagu maka kekuatan tariknya cenderung mengalami penurunan. Hal ini terjadi karena matrik sagu sebagai pengikat kurang memberikan daya perekat terhadap serabut kelapa karena fraksi volumenya yang kurang dari pada serabut kelapa sehingga, terjadi penurunan kekuatan tarik pada biokomposit. Sedangkan

kekuatan tarik untuk matrik sagu murni (fraksi volumenya 100 %) sebesar 1,395 MPa.

Pada fraksi volume 15% serabut kelapa, 10% gliserol, dan 75% sagu gambar patahan spesimen yang terlihat pada gambar 7

Gambar 7. Fraksi volume 15% serabut kelapa, 10% gliserol, dan 75% sagu

Apabila kekuatan ikatan melemah maka tegangan geser permukaan antara matrik sagu dengan serat menjadi kecil. Sehingga jika beban tarik diaplikasikan pada material komposit ini, matrik tidak dapat mendistribusikan beban tarik secara merata ke serat. Akibatnya banyak timbul serat yang tercabut dari matrik,. Patahan yang terjadi pada material komposit ini adalah jenis patahan ulet. Patahan ulet ditandai dengan banyaknya deformasi yang terbentuk pada permukaan spesimen komposit ini serta memiliki bentuk yang bergerigi dan kasar dan serabut sebagian mungumpul pada bagian tertentu karena fraksi volume dari matrik lebih besar sehingga serabut tidak dapat merata.

Kemudian fraksi volume dinaikan menjadi 30% : 10 % :60% .

material biokomposit ini, beban tersebut belum dapat didistribusikan secara merata dari matrik menuju ke serat. Pada akhirnya serat yang tercabut dari matrik menjadi berkurang. Oleh karena itu, pada perbandingan fraksi volume ini kekuatan tarik material biokomposit meningkat. Patahan yang terjadi pada material biokomposit ini adalah jenis patahan ulet sama dengan jenis patahan pada perbandingan fraksi volume sebelumnya.

Kemudian pada perbandingan fraksi volume 45% : 10% : 45% pada menunjukkan tidak adanya serat serabut kelapa yang tercabut maupun putus. Kenaikan kekuatan tariknya mencapai kekuatan tarik maksimum yaitu 4,744 Mpa dengan kenaikan sebesar 60%. Hal ini menunjukkan bahwa serat serabut kelapa tersebar merata. Matrik sagu dapat menyelimuti serat secara menyeluruh. Sehingga daya rekat matrik dengan menjadi baik. Akibatnya kekuatan ikatan antara matrik dengan serat menjadi baik pula. Pada fraksi volume ini, kekuatan tarik material biokomposit mencapai kekuatan tarik tertinggi. Patahan yang terjadi adalah jenis patahan ulet. Karena banyaknya terjadi deformasi pada penampang spesimen serta bentuk permukaan yang bergerigi dan memiliki lekukan-lekukan yang dalam. Gambar spesimen dapat dilihat pada gambar 4.3 Ketikan fraksi volume 60% : 10 % : 30% mengalami penurunan secara drastis kekuatan tariknya menjadi 2,728 MPa. Hal ini terjadi karena matrik sebagai perekat prosentasenya berkurang dan bahkan lebih banyak fraksi volume dari serat. Patahan yang terjadi adalah jenis patahan ulet. Karena banyaknya terjadi deformasi pada penampang spesimen serta bentuk permukaan yang bergerigi dan memiliki lekukan-lekukan yang dalam.

Sedangkan pada fraksi volume 75% : 10% : 15% merupaka kekuatan tarik terendah dengan kekuatan tarik 1,187

MPa. Hal ini bisa terjadi karena matrik semakin berkurang sementara gliserol fraksi volumenya hampir sama dengan fraksi volume sagu sehingga giserol sebagai pemlastis tidak dapat mengikat sagu dengan baik sehingga serabutpun tidak dapat terikat oleh matrik secara sempurna. Gambar patahan dari spesimen dapat dilihat pada gambar 8.

Gambar 8. Fraksi Volume 75% : 10% : 15%. Adapun pembahasan gambar 3.3 dapat dilihat bahwa grafik kekuatan tarik teoritis menunjukan kenaikan. Ketika fraksi volume serat serabut kelapa naik, kekuatan tarik teoritis biokomposit mengalami kenaikan pula. Hal tersebut dikarenakan oleh pengaruh fraksi volume serat serabut kelapa dalam biokomposit memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kekutan tarik biokomposit. Hal tersebut disebabkan karena perhitungan secara teoritis tidak memperhitungkan persebaran serat didalam matrik sagu dan daya ikat antar serat dan matrik, tetapi hanya memperhitungkan kekuatan tarik dan fraksi volume serat saja sehingga selama kekuatan tarik serat dan jumlah serat meningkat maka kekuatan tarik biokomposit meningkat juga.

Kekuatan tarik aktual, yang terjadi justru sebaliknya yaitu kekuatan tarik aktual yang tertinggi dicapai pada perbandingan

antara permukaan matrik dan serat menjadi besar, sehingga baban yang dibutuhkan untuk mematahkan material juga besar.

KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian tersebut maka dapat dibuat kesimpulan bahwa biokomposit yang berserat serabut kelapa dengan matrik sagu dan gliserol berpotensi untuk dikembangkan lagi lebih lanjut sebagai material alternative pengganti polistierene sebagai kemasan makanan. Pada fraksi volume 45% Serabut kelapa, 10% gliserol dan, 45% sagu mempunyai kekuatan tarik yang optimum yaitu sebesar 4,744 MPa. Nilai ini mempunyai nilai kekuatan tarik yang lebih besar dari pada kekuatan tarik polistierene sebesar 3,03 MPa.

DAFTAR PUSTAKA

Anonymous. 2006. Wood Technical Information. (Online),

(http://www.land- scapeforms.com, diakses 2 Agustus 2008).

Anshori, Isa.2006. Pengaruh Ukuran Mesh Serbuk Kayu Jati dan Temperatur Injeksi terhadap Kekuatan Tarik Komposit Plastik Pada Proses Injeksi. Unibraw.

ASTM. 1997. Annual book of ASTM standards. Philadelphia : ASTM

C. Y. Lai. et al. 2005. Mechanical and Electrical Properties of Coconut Coir Fiber-Reinforced Polypropylene Composite. Polymer-Plastics Technology and Engineering. Malaysia.

Chan, Edward and Elevitch, R. Craig. 2006.

Cocos Nucifera (Coconut). Species Profiles for Pacific Island Agroforestry, (Online),

(http://www.traditionaltree.org, diakses 2 Agustus 2008).

Dieter, George. E. 1996. Metalurgi Mekanik. Erlangga. Jakarta.

Elices, M and Llorca. J. 2002. Fiber Fracture. Elsevier. England.

Espert, Ana. 2003. Natural

Fibres/Polypropylene Composites From Residual And Recycled Materials : Surface Modification of Cellulose Fibers, Properties And Environmental

Degradation. KTH Fiber-och Polymerteknologi. Sweden.

Gibson, Ronald. F. 1994. Principles of Composite Material Mechanics. McGraw-Hill, Inc. New York.

Jacobs, James. A and Kilduff, Thomas. F. 1994. Engineering Materials Technology : Structure, Processing, Properties & Selection. Prentice-Hall International, Inc. London.

Jafferjee Brother. et al. 2003. Composite Applications Using Coir Fibers in Srilanka. Final Report. Netherlands.

Mel, M. Schwartz. 1997. Composite Materials : Properties, Nondestructive Testing, and Repair. New Jersey.

Matthew, F.L and Rawlings, R. D. 1994. Composites Materials : Engineering And Science. Chapman & Hall. London.

Mirbagheri, Jamal. et al.2007. Prediction of The Elastic Modulus of Wood Flour / Kenaf Fibre / Polypropylene Hybrid Composites. Iranian Polymer Journal. Iran.

Monteiro, N. Sergio. et al.2005. Mechanical Strength of Polyester Matrix Composite Reinforced with Coconut Fiber Wastes.

Revista Materia. Brazil.

Penginjeksian Terhadap Sifat Mekanik Komposit Plastik Serbuk Kayu Pada Proses Injeksi. Unibraw.