Seminar Nasional Material 2013 | Fisika – Institut Teknologi Bandung
109
Fabrikasi dan Karakterisasi Material Nanokomposit
Berbasis Sampah Domestik Menggunakan PVAc dan Silika
dari Abu Sekam Padi
Neni Surtiyeni, Fadli Tri Hartono, Masturi, Elfi Yuliza, Khairurrijal dan
Mikrajuddin Abdullah
*Kelompok Keahlian Fisika Material Elektronik Departemen Fisika FMIPA ITB
* Email: din@fi.itb.ac.id
Abstrak. Pembuatan material nanokomposit berbasis sampah merupakan salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk
mengatasi permasalahan akan sampah. Material nanokomposit berbasis sampah domestik telah berhasil dibuat dengan PVAc sebagai matrik dan abu sekam padi sebagai filler menggunakan metoda simple mixing dan hot pressing. Pada penelitian ini dilakukan pemvariasian komposisi PVAc dan filler untuk mendapatkan kekuatan yang maksimal dari material yang dibuat. Berdasarkan hasil uji tekan diperoleh peningkatan nilai uji tekan material dengan penambahan material nano silika dari 22,61 MPa (tanpa nanosilika) menjadi 26,02 MPa.
Kata kunci: Sampah domestik, PVAc, nanosilika, uji tekan.
PENDAHULUAN
Permasalahan sampah adalah salah satu permasalahan terbesar di Indonesia yang belum teratasi termasuk kota Bandung. Estimasi produksi sampah warga perkotaan per harinya 2-3 liter sampah [1]. Sedangkan kota Bandung sendiri memproduksi sampah sebesar 1500 ton perharinya, 80% berupa sampah organik dan sisanya berupa sampah anorganik [2]. Sumbangan sampah terbesar berasal dari sampah rumah tangga.
Berbagai usaha telah ditempuh oleh pemerintah dan berbagai LSM untuk mengatasi permasalahan sampah seperti propaganda 3R ( reduce, reuse dan recycle), dan membangun pabrik-pabrik pengolahan sampah. Sampah organik dapat diolah menjadi pupuk organik maupun penghasil energi panas, sampah-sampah plastik dapat di daur ulang kembali menjadi produk yang lebih bermanfaat. Selain itu, beberapa penelitian mengenai sampah juga mulai memfokuskan pada pengolahan sampah menjadi material komposit yang dapat digunakan sebagai alternatif penganti papan. Pada pembuatan material komposit biasanya digunakan epoxy resin atau PVAc sebagai matrik dan berbagai serat baik serat alami maupun serat sintetik sebagai filler [1,3-7]. Meskipun keberadaan pabrik pengolahan sampah telah banyak berdiri, pengolahannya terbatas pada satu jenis sampah saja (sampah organik saja atau sampah anorganik saja).
Sehingga perlu dilakukan pemilahan sampah apabila bercampur antara sampah organik dan sampah anorganik. Disamping itu, berdasarkan pada banyak penelitian tentang sampah yang telah berkembang juga lebih menfokuskan pada pengolahan sampah organik saja, sebahagian kecil mengenai sampah anorganik dan sangat jarang membahas mengenai pengolahan sampah heterogen.
Pada penelitian ini dilakukan pengolahan sampah tanpa pemilihan jenis sampah (bercampur sampah organik dan sampah anorganik) menjadi material komposit menggunakan metoda simple mixing dan hot
pressing. Untuk meningkatkan kekuatan dari material
komposit yang dibuat, ditambahkan silika dari abu sekam padi sebagai reinforcement. Penggunaan abu sekam padi sebagai sumber penguat juga dapat meningkatkan daya guna dari sekam padi.
EKSPERIMEN
Seminar Nasional Material 2013 | Fisika – Institut Teknologi Bandung
110
Sampah domestik dari kontainer sampah diambil dan dibawa ke laboratorium. Sampah tersebut diambil tanpa dilakukan pemilahan jenis sampah (sampah heterogen). Sampah-sampah ini kemudian dikeringkan, setelah telah kering, digiling hingga menjadi bubuk menggunakan ball milling.
Eksperimen tahap kedua adalah pembuatan material komposit menggunakan hot presser 2 ton selama 30 menit dengan variasi fraksi massa PVAc dan fraksi massa nanosilika. Bubuk sampah sebanyak 13 gram dicampur dengan 13 ml air serta variasi fraksi massa PVAc menggunakan metoda simple mixing. Material komposit yang diperoleh dari tahap ini dikarakterisasi uji tekan untuk mendapatkan parameter fisisnya (Gambar 1). Komposisi material komposit sampah+PVAc dengan parameter fisis optimum digunakan untuk eksperimen tahap ketiga. Eksperimen tahap ketiga dilakukan penambahan material nanosilika kedalam komposit dengan komposisi sampah+PVAC optimum. Material nanosilika bersumber dari abu sekam padi yang sudah di ball
milling selama 10 jam.
HASIL DAN DISKUSI
Material komposit yang telah difabrikasi, diuji mekanik menggunakan alat karakterisasi Torsee Tokyo
Testing Machine MFG Ltd. untuk mengetahui
kemampuan material dalam menahan beban. Hasil uji mekanik untuk variasi eksperimen yang telah dilakukan, ditunjukkan pada gambar 1 dan gambar 2 berikut:
Fraksi Massa PVAc
Gambar 1. Grafik hubungan kekuatan tekan terhadap fraksi
massa PVAc
Berdasarkan hasil uji tekan yang telah diperoleh seperti pada Gambar 1 terlihat bahwa komposisi PVAc yang menghasilkan kekuatan mekanik terbesar dalah sampel 4 dimana jumlah PVAc sebesar 8,67 gr (fraksi
massa 40%). Kekuatan maksimal yang diperoleh adalah beban tekan sebesar 1270 Kg dengan kuat tekan 22,61 MPa. Pada prinsipnya bubuk sampah digunakan untuk mengisi pori-pori dan mereduksi rantai-rantai polimer PVAc yang sebelumnya mobile. Hal ini mengakibatkan interaksi antar partikel meningkat karena jarak dan susunan partikel menjadi rapat. Interaksi ini secara mekanik meningkatkan kekuatan mekanik dan kekakuan material yang dihasilkan [5,8]. Komposisi dengan nilai optimum ini kemudian digunakan pada eksperimen tahap ketiga melalui penambahan material silika dan diperoleh nilai uji tekan seperti pada Gambar 2.
1.2, 15.2
Gambar 2. Grafik hubungan kekuatan tekan terhadap fraksi
massa Silika
Berdasarkan Gambar 2 terlihat variasi jumlah nanosilika mempengaruhi nilai uji tekan material komposit yang telah dibuat Penambahan material silika kedalam material komposit campuran PVAc- sampah meningkatkan kekuatan mekanik dari material komposit. Fraksi massa silika yang dapat menghasilkan kekuatan mekanik terbesar adalah 0.0023 atau sebesar 0.051gr. penambahan silika lebih banyak menurunkan kekuatan mekanik komposit. Hal ini disebabkan terjadinya perubahan kristalinitas material yang membuat material menjadi ketas/ rapuh.
Penambahan silika kedalam komposisi PVAc-sampah adalah untuk menyisipkan silika yang berukuran nano kedalam pori-pori dari PVAc. Hal ini bertujuan untuk memperluas permukaan interaksi sehingga partikel yang berinteraksi bertambah jumlahnya [8-9]. Akibatnya interaksi permukaan total meningkat yang berimbas pada peningkatkan kekuatan mekaniknya [5]. Namun ketika rongga dan pori-pori PVAc telah penuh, penambahan filler menyebabkan bertambahnya daerah yang tidak berinteraksi. Kondisi ini justru menurunkan kekuatan mekanik dari komposit yang telah difabrikasi [8-10].
Seminar Nasional Material 2013 | Fisika – Institut Teknologi Bandung
111
mempengaruhi kekuatan mekanik material yang dihasilkan. Ketidakhomogenan campuran yang dibuat dapat menghasilkan retakan yang menyebabkan turunnya kekuatan material.
SIMPULAN
Berdasarkan hasil uji tekan material komposit sampah domestik-PVAc diperoleh kekuatan optimum ketika massa PVAc 8,67 gram dengan nilai uji tekan sebesar 22,61 MPa. Penambahan nanosilika pada campuran PVAc-sampah domestik meningkatkan kekuatan mekanik komposit yang dihasilkan. Penambahan nanosilika sebesar 0,050 gram mengasilkan nilai uji tekan maksimum 26,02 MPa dibandingkan tanpa penambahan nanosilika. Komposisi yang tidak sesuai dari fabrikasi komposit berbasis sampah domestik menyebabkan material mudah retak dan nilai jui tekan yang kecil.
REFERENSI
1. Masturi, M. Abdullah and Khairurrijal, high compressive strength of home waste and polyvinyl acetate composites containing silica nanoparticle filler: J Mater Cycles Waste Manag (2011)
2. Pikiran Rakyat (2012): Sampah Plastik Kota Bandung capai 150 ton/hari. Tersedia pada: http://www.pikiran-rakyat.com/node/183043. Diakses pada 12 September 2012.
3 Seiji, K., and Junya, S., Carbon/Silica composite fabricated from rice husk by means of binderless hot-pressing, Bioresource technology 100. Pp. 3308-3315. (2009)
4. Hadiyawarman: Fabrikasi Material Nano-Komposit
Ringan dan Kuat Berbasis Sampah Daun dan Resin Menggunakan Metode Simple Mixing, Tugas Akhir
Program Sarjana, Institut Teknologi Bandung. (2008) 5. Sperling, L.H., Introduction to Physical Polymer
Science, Fourth edition. New Jersey, John Wily &Sons.
(2006)
6. Velmurugan, R. & Manikandan, V., Mechanical Properties of Glass/ Palmyra Fiber Waste Sandwich Composites, Indian Journal of Engineering & Materials Sciences. Vol.12, pp. 563-570, (2005)
7. Ashori, Alireza, Hybrid composites from Waste Materials. J. polym Environ 18, (2010).
8. Abdullah, Mikrajuddin, (2008): Pengantar Nanosains, Penerbit ITB.
9. Fu, S.Y., Feng, X.Q., Lauke, B., & Mai, Y.W. Effect of Particles size, Particle/ Matrix Interface Adhesion and Particle Loading on Mechanical Properties of Particulate Polymer Composite, Composite: Part B, 39, 933-961, (2008).
10. Koksal, F., Altun, F., Yigit, I., & Sahin, Y. , Combined Effect of Silica Fume and Steel Fiber on the Mechanical Properties of High Strength Concretes, Construction and
