PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT TERMODIFIKASI
SEBAGAI PENGISI TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN
PENYERAPAN AIR PADA KOMPOSIT POLIESTER
TAK JENUH
SKRIPSI
Oleh
KENRICK
120405053
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT TERMODIFIKASI
SEBAGAI PENGISI TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN
PENYERAPAN AIR PADA KOMPOSIT POLIESTER
TAK JENUH
SKRIPSI
Oleh
KENRICK
120405053
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
SEPTEMBER 2016
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT TERMODIFIKASI SEBAGAI
PENGISI TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN PENYERAPAN AIR
PADA KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH
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 untk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.
Medan, 19 September 2016
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 Penambahan Bentonit Termodifikasi Sebagai Pengisi Terhadap Sifat Mekanik Dan Penyerapan Air Pada Komposit Poliester Tak Jenuh”, 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 bentonit lebih lanjut sehingga didapat bentonit yang memiliki potensi untuk dijadikan pengisi dalam pembuatan komposit polimer. 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 Dr. Ir. Iriany, M.Si, selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis pada penyusunan dan penulisan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T. selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Ibu Dr.Maulida, ST, M.Sc selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
5. Ibu Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
6. Alvian, selaku partner penelitian penulis.
7. Billy Tanujaya, yang telah membantu penulis dalam pengujian sampel penelitian penulis.
iv
9. Teman-teman stambuk 2012 yang tidak dapat disebutkan satu persatu
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, 19 September 2016 Penulis
Kenrick
DEDIKASI
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
Bapak & Ibu tercinta
Bapak Tan Tjong Siong dan Ibu Kasiati
Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan dan
mendidikku dengan penuh kasih sayang
Terima kasih atas pengorbanan, naseh
at dan do’a
yang tiada hentinya
vi
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Kenrick NIM: 120405053
Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 13 Februari 1995 Nama orang tua: Tan Tjong Siong
Alamat orang tua:
Jalan Iming, No. 4E, Medan, 20216 Asal Sekolah
TK Santo Yoseph Medan, tahun 1998-2000 SD Santo Yoseph Medan, tahun 2000-2006 SMP Swasta Sutomo 1 Medan, tahun 2006-2009 SMA Swasta Sutomo 1 Medan, tahun 2009-2012 Pengalaman Organisasi/ Kerja:
1. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) FT USU periode 2014/2015 sebagai anggota
2. Anggota Olahraga Minat dan Bakat Keluarga Mahasiswa Buddhis (KMB) Universitas Sumatera Utara
3. Asisten Laboratorium.Operasi Teknik Kimia tahun 2015-2016
ABSTRAK
Penelitian tentang penggunaan bentonit termodifikasi sebagai pengisi di dalam matriks poliester tak jenuh telah dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan komposisi pengisi bentonit termodifikasi terbaik di dalam komposit poliester tak jenuh dalam menghasilkan sifat mekanik yang terbaik. Bentonit yang digunakan telah dimodifikasi dengan menggunakan surfaktan Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) dengan variasi konsentrasi CTAB sebesar 0,05M, 0,1M, dan 0,15M serta ditambahkan TiO2. Dalam penelitian ini resin poliester tak jenuh dicampurkan
dengan bentonit termodifikasi dengan komposisi pengisi sebesar 5%, 10%, 15%, dan 20% dari berat komposit dengan menggunakan metoda hand lay-up. Dari hasil karakterisasi FTIR diperoleh bahwa ikatan antara matriks dan pengisi yang dihasilkan hanya ikatan antar muka antara pengisi dengan matriks. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa, pada komposisi pengisi sebesar 5% dengan konsentrasi surfaktan sebesar 0,1 M; diperoleh hasil terbaik pada kekuatan tarik sebesar 30,774 MP dan kekuatan bentur maksimum sebesar 9420,9 J/m2. Hasil uji mekanik selanjutnya didukung oleh analisa scanning electron microscopy (SEM). Pada uji daya serap air, kekuatan penyerapan air bertambah seiring meningkatnya komposisi pengisi.
viii
ABSTRACT
Research about the usage of modified bentonite as filler in unsaturated polyester resin has been done to evaluate the best composition of modified bentonite as filler on the mechanical properties of polyester composites. The bentonites used were modified with Cetyltrimethylammonium Bromide (CTAB) surfactant with various concentrations by 0,05, 0,1, and 0,15M and Titanium Dioxide (TiO2). In this
research, unsaturated polyester resin was mixed with modified bentonite with the filler composition by 5%, 10%, 15%, and 20% of the weight of the composite with hand lay-up method. The FTIR characterization result show that the bond between matrix and the filler produced only interfacial bonding between the matrix and the filler. Result of testing the mechanical properties indicate that, on the composition of the filler 5% with 0,1M of surfactant concentration obtained the maximum value of tensile strength with 30,774 MPa and maximum value of impact strength with 9420,9 J/m2. The results of mechanical properties tests was further supported by analysis of Scaning Electron Microscopy (SEM). On the test of water absorption, the water absorption capacity increased along with the increased of filler composition
Keywords : Bentonite, CTAB, mechanical properties, water absorption, unsaturated polyester resin
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK vii
ABSTRACT viii
DAFTAR ISI ix
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR TABEL xiv
DAFTAR LAMPIRAN xv
DAFTAR SIMBOL xvi
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 LATAR BELAKANG 1
1.2 PERUMUSAN MASALAH 3
1.3 TUJUAN PENELITIAN 3
1.4 MANFAAT PENELITIAN 3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 BAHAN KOMPOSIT 5
2.2 ANTARMUKA DAN ANTARFASA 5
2.3 POLIESTER TIDAK JENUH (UNSATURATED POLYESTER RESIN)
6
2.4 METIL ETIL KETON PEROKSIDA (MEKP) 8
2.5 BENTONIT 10
2.6 SURFAKTAN 11
2.7 CETYLTRIMETHYLAMMONIUM BROMIDA (CTAB) 12
2.8 TITANIUM DIOKSIDA 13
2.9 METODA PENYEDIAAN KOMPOSIT 14
x
2.10.1 Analisa Kekuatan Tarik (Tensile Strength) 15 2.10.2 Analisa Kekuatan Bentur (Impact Strength) 15 2.10.3 Analisa Penyerapan Air Oleh Komposit 16 2.10.4 Karakterisasi Fourier-Transform Infra-Red (FTIR) 17 2.10.5 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM) 18
2.11 APLIKASI PRODUK KOMPOSIT 18
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 20
3.1 LOKASI PENELITIAN 20
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 20
3.2.1 Bahan 20
3.2.2 Peralatan 21
3.3 PROSEDUR PENELITIAN 21
3.3.1 Prosedur Modifikasi Bentonit 21
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 27
4.1 KARAKTERISTIK FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA-RED (FTIR) RESIN POLIESTER DAN KOMPOSIT UPR BERPENGISI
BENTONIT TERMODIFIKASI
27
4.2 PENGARUH KANDUNGAN BAHAN PENGISI TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH (UPR)
31
4.3 PEMANJANGAN SAAT PUTUS (ELONGATION AT BREAK) KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH BERPENGISI BENTONIT TERMODIFIKASI
31
4.4 PENGARUH KANDUNGAN BAHAN PENGISI TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH (UPR)
32
4.5 KARAKTERISTIK SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM) PATAHAN KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH (UPR)
34
BERPENGISI BENTONIT TERMODIFIKASI
4.6 PENGARUH KANDUNGAN BAHAN PENGISI TERHADAP PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH (UPR)
35
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 38
5.1 KESIMPULAN 38
5.2 SARAN 39
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Reaksi Pembentukan Poliester Tidak Jenuh 7 Gambar 2.2 Reaksi Curing Poliester Tidak Jenuh 8
Gambar 2.3 Rumus Molekul CTAB 13
Gambar 2.4 Metoda Hand Lay-Up 15
Gambar 2.5 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod 16
Gambar 2.6 Skema Pengujian Impak 16
Gambar 3.1 Sketsa Penyediaan Komposit 23
Gambar 3.2 Sketsa Visualisasi Cetakan Malam 23 Gambar 3.3 Sketsa Visualisasi Cetakan Malam Beserta Alas Kaca 23
Gambar 3.4 Sketsa Spesimen Uji Tarik 24
Gambar 3.5 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Charpy ASTM D 5942-96
25
Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Resin Poliester Tak Jenuh dan Komposit UPR Berpengisi Bentonit Termodifikasi
27
Gambar 4.2 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Tarik Komposit UPR Berpengisi Bentonit Termodifikasi
29
Gambar 4.3 Pemanjangan Saat Putus (Elongation At Break) Komposit Poliester Tak Jenuh Berpengisi Bentonit Termodifikasi
31
Gambar 4.4 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Bentur Komposit UPR Berpengisi Bentonit Termodifikasi
32
Gambar 4.5 Analisa SEM Patahan Komposit Poliester Tak Jenuh (UPR) Berpengisi Bentonit
(a) Tanpa Modifikasi Dengan Perbesaran 1000x (b) Termodifikasi Dengan Perbesaran 500x (c) Termodifikasi Dengan Perbesaran 1000x
34 34 34 Gambar 4.6 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Persen
Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan
35
0,05M
Gambar 4.7 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Persen Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,1M
36
Gambar 4.8 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Persen Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,15M
36
Gambar C.1 Proses Modifikasi Bentonit Dengan Surfaktan 50 Gambar C.2 Proses Modifikasi Bentonit Dengan TiO2 50
Gambar C.3 Hasil Modifikasi Pengisi 51
Gambar C.4 Proses Pencampuran Komposit UPR – Bentonit Termodifikasi
51
Gambar C.5 Proses Penyediaan Komposit UPR – Bentonit Termodifikasi
52
Gambar C.6 Alat UTM Gotech Al-7000 M Grid Tensile 52
Gambar C.7 Alat Impact Tester GOTECH 53
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157®
BTQN-EX Konsentrasi Surfaktan 0,05M (Data Nilai Rata-Rata)
48
Tabel A.8 Data Hasil Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,1M (Data Nilai Rata-Rata)
48
Tabel A.9 Data Hasil Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,15M (Data Nilai Rata-Rata)
48
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A DATA PENELITIAN 46
A.1 DATA HASIL KEKUATAN TARIK [MPa] 46 A.2 DATA HASIL KEKUATAN BENTUR [J/m2] 47
A.3 DATA HASIL PENYERAPAN AIR 48
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 49
B.1 PERHITUNGAN PENYERAPAN AIR KOMPOSIT 49
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN 50
C.1 PROSES MODIFIKASI BENTONIT DENGAN SURFAKTAN
50
C.2 PROSES MODIFIKASI BENTONIT DENGAN TiO2
50
C.3 HASIL MODIFIKASI PENGISI 51
C.4 PROSES PENCAMPURAN KOMPOSIT UPR-BENTONIT TERMODIFIKASI
51
C.5 PROSES PENYEDIAAN KOMPOSIT UPR-BENTONIT TERMODIFIKASI
52
C.6 ALAT UNIVERSAL TESTING MACHINE (UTM) GOTECH Al-7000M GRID TENSILE
52
C.7 ALAT IMPACT TESTER GOTECH 53 LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN
INSTRUMEN
54
D.1 HASIL FTIR POLIESTER TIDAK JENUH (UPR) 54 D.2 HASIL FTIR KOMPOSIT UPR-BENTONIT
TERMODIFIKASI
xvi
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
σ Kekuatan Tarik MPa
F Tegangan (gaya) kgf A Luas Permukaan mm2
ε
Perpanjangan mml Panjang akhir mm
Lo Panjang awal mm
Wg Persentase pertambahan berat komposit gr We Berat komposit setelah perendaman gr Wo Berat komposit sebelum perendaman gr
