BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Pengaruh Komposisi Limbah Sekam Padi Dan Abu Sekam Padi Sebagai Pengisi Komposit Hibrid Limbah Botol Plastik Kemasan Minuman

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 MATERIAL KOMPOSIT

Penggunaan Polimer dan komposit dewasa ini kian meningkat di segala bidang kehidupan seperti untuk bamper mobil, bodi kendaraan, bodi pesawat terbang, bodyperahu. Komposit berpenguat serat banyak diaplikasikan pada alat-alat yang membutuhkan material yang mempunyai perpaduan dua sifat dasar yaitu kuat namun juga ringan. Trend perkembangan komposit dewasa ini beralih dari komposit dengan material penyusun sintetis ke komposit dengan material penyusun dari bahan alami. Baik material untuk matrik maupun serat (penguat) telah dilakukan banyak penelitian untuk mendapatkan bahan natural yang layak untuk digunakan selanjutnya sebagai alternatif pengganti bahan-bahan sintetis penyusun komposit [15].

Suatu komposit dapat didefinisikan sebagai senyawa yang dibuat oleh menggabungkan dua fisik atau lebih material, pemilihan pengisi (filler) atau agen penguat dan pengikat matriks yang harus kompatibel untuk menghasilkan sebuah sistem multiphase dengan sifat yang berbeda dari bahan awal tetapi tetap mempertahankan karakteristik dari bahan tersebut. Adhesi permukaan antara serat dan polimer melakukan peran penting dalam hubungan kekuatan tarik dari matriks ke serat dan dengan demikian memberikan kontribusi terhadap kinerja komposit [16].

Komposit dibentuk dari dua jenis material yang berbeda, yaitu:

1. Penguat (reinforcement), yang mempunyai sifat kurang dapat dibentuk tapi lebih kaku serta lebih kuat.

2. Matrik, umumnya lebih dapat dibentuk tetapi mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih rendah [10].

Komposit dapat dibagi berdasarkan sifat dan dimensi fase tersebarnya yaitu: 1. Mikrokomposit

i. Mikrokomposit menggunakan penguat sebaran ii. Mikrokomposit menggunakan penguat partikel iii. Mikrokomposit menggunakan penguat serat 2. Makrokomposit

Biasanya dimensi fasa tersebarnya memiliki ukuran di atas 10-6m [17].

2.2 KOMPOSIT POLIMER

Komposit polimer adalah polimer yang berfungsi sebagai matrik. Adapun definisi dari komposit adalah bahan gabungan dua atau lebih yang terdiri dari komponen bahan utama (matriks) dan bahan rangka (reinforcement) atau penguat [17]. Polimer merupakan bahan yang sangat bermanfaat dalam dunia teknik, khususnya dalam industri kontruksi. Polimer sebagai bahan kontruksi bangunan dapat digunakan baik berdiri sendiri, misalnya sebagai perekat, pelapis, cat, dan sebagai glazur maupun bergabung dengan bahan lain membentuk komposit. Untuk aplikasi struktur yang memerlukan kekuatan dan ketegaran, diperlukan perbaikan sifat mekanik polimer agar memenuhi syarat. Untuk kebutuhan tersebut, berkembanglah komposit polimer yang disertai penguat oleh berbagai

fillerdi antaranya serat [18].

2.2.1 Penguat (Reinforcement) Dalam Komposit

FIBER PARTICLE

FILLER LAMINA

d. Memisahkan serat. e. Melepas ikatan.

f. Tetap stabil setelah proses manufaktur [17].

Fasa matriks dari komposit berserat adalah bisa saja logam, polimer atau keramik. Secara umum logam dan polimer digunakan sebagai material matriks karena sifat rapuhnya. Sementara itu, untuk komposit bermatriks keramik, komponen penguat ditambahkan bertujuan untuk meningkatkan kekuatan bentur. Dibutuhkan daya ikat rekat yang kuat antara serat dan matriks untuk mengurangi penarikan serat. Sebenarnya kekuatan ikat merupakan pertimbangan yang sangat penting dilakukan dalam kombinasi matriks serat [4].

2.2.3 Antarmuka dan Antarfasa Pengisi-Matriks

Dalam komposit polimer matriks, antarmuka antara fasa penguat dan fasa matriks sangat penting bagi kelebihan dari komposit sebagai bahan struktural. Sifat utama mekanis dari kekuatan serat polimer komposit tidak hanya tergantung pada sifat dari serat dan matriks, tetapi juga pada tingkat adhesi antarmuka antar serat dan polimer matriks [16].

Adanya pencampuran bahan yang berbeda dalam bahan komposit, maka dalam komposit tersebut akan selalu terdapat daerah berdampingan (contiguous region). Definisi sederhananya yaitu sebuah antarmuka (interfaces) atau dengan kata lain permukaan membentuk batasan dalam konstituen. Pada beberapa kasus, daerah berdampingan sering juga dianggap sebagai fasa tambahan yang dinamakan dengan antarfasa (interphases). Sebagai contoh, pada lapisan serat gelas dalam plastik berpengisi dan bahan adesif yang mengikat lapisan bersamaan. Ketika terdapat suatu antarfasa maka akan terdapat dua antarmuka, yaitu pada permukaan antarfasa dan konstituen di tengahnya [19].

sifat serat, rasio perbandingan komposisi serat, panjang serat, orientasi serat, tingkat pembaharuan serat, antar muka serat-matriks dari kedua serat dan juga kerusakan tegangan serat [20].

Berbagai jenis kombinasi serat dan material matriks yang digunakan tetapi yang sering diterapkan secara umum adalah penggabungan dari karbon-serat gelas menjadi resin polimerik. Terdapat banyak cara untuk menggabungkan dua serat yang berbeda yang mana pada akhirnya akan mempengaruhi sifat-sifatnya. Misalnya, semua serat disusun dan dicampurkan dengan yang lain; atau membuat lapisan-lapisannya yang mana terdiri dari satu jenis serat, kemudian dilapisi dengan serat yang lain. Pada hakikatnya semua sifat-sifat hibrid adalah anisotrop. Ketika komposit hibrid tidak dapat ditarik kegagalan nya biasanya disebabkan oleh nonkatastropik yaitu tidak terjadi secara tiba-tiba. Biasanya komposit hibrid ini diaplikasikan untuk komponen struktural untuk transportasi udara, peralatan olah raga dan komponen-komponenorthopedic[4].

2.4 LIMBAH BOTOL PLASTIK KEMASAN MINUMAN

Plastik merupakan suatu bahan polimer yang tidak mudah terdekomposisi oleh mikroorganisme pengurai, sehingga penumpukan plastik bekas akan menimbulkan masalah bagi lingkungan hidup [9]. Sekarang , sampah plastik menjadi masalah utama di kalangan masyarakat bisa ditemukan hampir di mana-mana khususnya di tempat pembuangan sampah. Oleh karena itu, limbah plastik dapat menyebabkan pencemaran lingkungan karena tidak biodegradable[7]. Jika sampah basah lebih mudah diolah menjadi pupuk, tidak demikian dengan sampah kering terlebih lagi plastik, dimana membutuhkan waktu yang lama bagi bumi untuk menguraikannya. Persoalannya sekarang adalah, bagaimana mengolah limbah botol plastik agar dapat menjadi produk yang mempunyai nilai ekonomis [8].

HOC

ur kimia Polietilen Tereftalat dapat dilihat pa

bar 2.3 Struktur Kimia Polietilen Tereftalat [21] tereftalat (PET) merupakan poliester linier disintesis melalui proses esterifikasi asam teref atau melalui proses transesterifikasi dimetil te ET banyak diaplikasikan penggunaannya sebaga ngan dan film fotografi. Oleh karena fungsi ngalami peningkatan produksi yang luar biasa. P butuhan dunia akan PET meningkat dari 27.6 jut

t dari dimetil tereftalat yang direaksikan deng nsesterifikasi yang menghasilkan bis-(2-hidroksi pi jika dipanaskan pada suhu 210 oC metanol

hidroksietil) tereftalat dipanaskan hingga 270 oC lena tereftalat dan etilen glikol sebagai hasil akhi

t Etilen Glikol Polietilen Teref

Gambar 2.4 Reaksi Esterifikasi PET [9]

Polietilen tereflatat (PET) memiliki kondisi stabilitas termal yang baik, sifat listrik yang baik, penyerapan air yang sangat rendah, sifat permukaan yang sangat baik [23]. Dalam produksi polietilena tereftalat, asam tereftalat dibuat dengan mengoksidasi p-xylen. Tahap polimerisasinya sama dengan poliamida. Polimer dihasilkan dari keadaan lebur menuju pada titik transisi gelasnya pada sekitar 80oC dan bentuknya amorf, kristalinitas meningkat dengan pemanasan. Titik lebur kristalin adalah 265oC. Kekuatan regang dari lembaran polietilena tereftalat adalah sekitar 25.000psi, 2-3 kali daripada film selulosa asetat. Jika daerah spesimen pada titik patah telah diperkirakan, kekuatan regang dari plastik ini sekitar 2 kali dari aluminium dan hampir sama dengan baja lunak [9].

Kekakuan dari lembar polietilena tereftalat dapat dibandingkan dengan lembaran-lembaran selulosa lainnya, ketahanan sobeknya juga lebih baik daripada selulosa. Kekuatan dari material ini adalah 3-4 kali dibandingkan dengan lembaran plastik lainnya. Kekuatan ini adalah keuntungan terbesar secara aplikasinya [9].

2.5. SEKAM PADI

Padi merupakan produk utama pertanian di negara-negara agraris, termasuk Indonesia. Beras yang merupakan hasil penggilingan padi menjadi makanan pokok penduduk Indonesia. Sekam padi merupakan produk samping yang melimpah dari hasil penggilingan padi, dan selama ini hanya digunakan sebagai bahan bakar untuk pembakaran batu merah, pembakaran untuk memasak atau dibuang begitu saja [24].

Sekam dikategorikan sebagai biomassa yang dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti bahan baku industri, pakan ternak dan energi atau bahan bakar. Dari proses penggilingan padi biasanya diperoleh sekam sekitar 20-30%, dedak antara 8- 12% dan beras giling antara 50-63,5% data bobot awal gabah. Sekam dengan persentase yang tinggi tersebut dapat menimbulkan problem lingkungan [26].

Ditinjau data komposisi kimiawi, sekam mengandung beberapa unsur kimia penting seperti dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut.

Tabel 2.1 Komposisi Kimia Sekam Padi [27]

Komponen % Berat

Kadar air 32,40–11,35

Protein kasar 1,70–7,26

Lemak 0,38–2,98

Ekstrak nitrogen bebas 24,70–38,79

Serat 31,37–49,92

Abu 13,16–29,04

Pentosa 16,94–21,95

Sellulosa 34,34–43,80

Lignin 21,40–46,97

2.6 ABU SEKAM PADI

Ditinjau data komposisi kimiawi, abu sekam mengandung beberapa unsur kimia penting seperti dapat dilihat pada tabel 2.2 berikut.

Tabel 2.2 Komposisi Kimia Abu Sekam [27]

Komponen % Berat

SiO2 86,90–97,30

K2O 0,58–2,50

Na2O 0,00–1,75

CaO 0,20–1,50

MgO 0,12–1,96

Fe2O3 0,00–0,54

P2O5 0,20–2,84

SO3 0,10–1,13

Cl 0,00–0,42

2.7 METODEEKSTRUSI

Ekstrusi adalah proses manufaktur kontinu yang digunakan untuk mencetak produk yang panjang dengan penampang yang tetap. Teknik ini dapat digunakan untuk memproses sebagian besar polimer termoplastik dan beberapa polimer termoset. Biasanya plastik yang dapat diproses dengan metode ekstrusi

memiliki viskositas yang tinggi, sehingga produk yang baru mengalami ekstrusi

dapat mempertahankan bentuk hasil pencetakan hingga produk tersebut sampai pada tahap pendinginan cepat(water bath, air quench atau chill roll)[30].

Extruder adalah suatu alat yang memaksa bahan mentah untuk mengalir

dalam suatu kondisi tertentu dimana bahan mengalami pencampuran, pengadukan,

dan pemasakan serta akhirnya mesin ini memaksa bahan keluar melalui suatudie dan

terjadi pembentukan dan pengembangan (puffing). Extruder juga sering digunakan

pada pengolahan bahan makanan karena extruder mampu menghasilkan energi

mekanis yang digunakan untuk proses pemasakan bahan. Extruder mendorong

bahan/adonan dengan cara memompanya melalui sebuah lubang dengan bentuk

tertentu (die). Extruder mampu melakukan proses pencampuran dengan baik yang

bertujuan agar bahan homogen dan terdispersi dengan baik. Salah satu kunci dalam

beranekaragamnya hasil produk ekstrusi terletak pada bagian die-nya, dimana dari

2.8 PENGUJIAN/KARAKTERISTIK BAHAN KOMPOSIT 2.8.1 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

Pengujian tarik adalah salah satu uji stress strainmekanik yang bertujuan untuk mengetahui kekuatan material terhadap gaya tarik. Dalam pengujiannya, material uji ditarik sampai putus. Uji tarik adalah cara pengujian bahan yang paling mendasar. Pengujian tarik sangat sederhana, tidak mahal dan sudah mengalami standarisasi diseluruh dunia. Dengan menarik suatu material kita akan mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi terhadap tarikan dan sejauh mana material itu bertambah panjang [33].

Penarikan suatu bahan biasanya menyebabkan terjadi perubahan bentuk dimana penipisan pada tebal dan pemanjangan. Kekuatan tarik (tensile strength) suatu bahan ditetapkan dengan membagi gaya maksimum dengan luas penampang mula-mula[34]. Persamaan untuk tegangan tarik adalah

Kekuatan tarik,

σ =

……..[35]

Dimana,σ = kekuatan tarik (N/mm2) F = gaya yang diperlukan (N)

A = luas permukaan bahan uji (mm2)

Panjang pada saat putus(Elongation at break),

ε =

∆ x 100%...[36] Dimana,ε = panjang pada saat putus(Elongation at break)(%)

∆ = perubahan panjang (mm) L = panjang mula-mula (mm)

Modulus Young, E =σ

ε ……..[37]

Dimana, E = modulus Young (MPa)

_{= kekuatan tarik (MPa)}

yang lama juga penurunan secara perlahan dari ikatan interface komposit serta menurunkan sifat mekanis komposit seperti kekuatan tariknya. Penurunan ikatan

interface komposit menyebabkan penurunan properties mekanis komposit tersebut. Karena itu, pengaruh dari water-absorption sangat vital untuk penggunaan komposit berpenguat serat alami dilingkungan terbuka. Daya tahan terhadap water-absorption dalam komposit berpenguat serat alami dapat ditingkatkan dengan memodifikasi permukaan serat alami tersebut [15].

Persamaan untukwater absorption:

…[40]

Dimana :

Wg = Persentase pertambahan berat komposit We = Berat komposit setelah perendaman (gram) Wo = Berat komposit sebelum perendaman (gram)

100% x Wo

Wo We

2.8.5 Uji KarakterisitikFourier Transform Infra Red(FT–IR)

Spektrofotometer infra merah terutama ditujukan untuk senyawa organik yaitu menentukan gugus fungsional yang dimiliki senyawa tersebut. Penetapan secara kualitatif dapat dilakukan dengan membandingkan tinggi peak (transmitansi) pada panjang gelombang tertentu yang dihasilkan oleh zat yang diuji dan zat yang standar. Dalam ilmu material analisa ini digunakan untuk mengetahui ada tidaknya reaksi atau interaksi antara bahan-bahan yang dicampurkan. Selain itu, nilai intensitas gugus yang terdeteksi dapat menentukan jumlah bahan yang bereaksi atau yang terkandung dalam suatu campuran [41].

Teknik spektroskopi infra merah terutama untuk mengetahui gugus fungsional suatu senyawa, juga untuk mengidentifikasi senyawa, menentukan struktur molekul, mengetahui kemurnian, dan mempelajari reaksi yang sedang berjalan [42].

2.8.6 UjiScanning Electron Microscopy(SEM)

Analisa SEM dilakukan untuk memfelajari sifat morfologi sampel. SEM adalah alat yang dapat membentuk bayangan specimen secara mikroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada spesimen. Interaksi berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapa fenomena yaitu hamburan balik berkas elektron, sinar X, elektron sekunder, dan absorpsi elektron [2].

mempunyai konduktifitas rendah, maka bahan perlu dilapisi dengan bahan konduktor (bahan pengantar) yang tipis [2].

Pada dasarnya SEM menggunakan sinyal yang dihasilkan elektron yang dipantulkan atau seberkas elektron sekundar. Prinsip utamanya adalah berkas elektron diarahkan pada titik-titik pada permukaan spesimen. Gerakan elektron tersebut dapat discanning(gerakan membaca) [34].

2.9 APLIKASI DAN KEGUNAAN KOMPOSIT

Pemanfaatan papan partikel/komposit dapat digunakan dalam komponen bahan bangunan rumah, peredam panas, dan tempat penyimpanan, seperti untuk membuat meja, ceiling, cold strorage maupun fire wall. Dalam penelitian ini, produk berupa papan komposit berpengisi sekam padi dan abu sekam padi dapat digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan furnitur (perabotan rumah tangga) berupa meja, laci, lemari dan lain-lain.

2.10 ANALISIS BIAYA

Dalam penelitian ini, dilakukan suatu analisa biaya terhadap pembuatan komposit hibrid limbah botol plastik kemasan minuman berpengisi sekam padi dan abu sekam padi hitam. Adapun biaya untuk perancangan bahan mentah (raw material) produk membutuhkan bahan-bahan yakni sebagai berikut:

1. Botol Plastik Kemasan Minuman 2. Sekam Padi

3. Abu Sekam Padi

4. Biaya Tambahan sepertirelease agent

5. Pelat Besi Cetakan dan Silikon

Rincian biaya bahan, peralatan dan analisa diberikan dalam Tabel 2.3, Tabel 2.4 dan Tabel 2.5.

Tabel 2.3 Rincian Biaya Bahan Pembuatan Komposit Hibrid Berpengisi Sekam Padi dan Abu Sekam Padi

Bahan Jumlah Harga (Rp) Biaya Total (Rp)

Botol Plastik Kemasan

Minuman 6 kg Rp 10.000,-/kg

60.000,-Sekam Padi 1 goni Rp 10.000,-/goni

10.000,-Abu Sekam Padi 1 goni Rp 10.000,-/goni 10.000,-Plastik Zipper 2 buah Rp 10.000,-/buah 20.000,-Aluminium Foil 4 buah Rp 20.000.-/buah

180.000,-Tabel 2.4 Rincian Biaya Peralatan Pembuatan Komposit Hibrid Komposit Berpengisi Sekam Padi dan Abu Sekam Padi

Peralatan Jumlah Harga (Rp) Biaya Total (Rp)

Pembuatan Besi

Cetakan Uji Bentur 1 buah Rp 15.000,-/ buah 15.000,-Pembuatan Besi

Cetakan Uji Lentur 1 buah Rp 15.000,-/ buah 15.000,-Pembuatan

Cetakan Uji Tarik 1 buah Rp 15.000,-/buah 15.000,-Cetakan Silikon 2 buah Rp 150.000/ 1M x 10

cm 300.000

TOTAL

345.000,-Tabel 2.5 Rincian Biaya Analisa Pembuatan Komposit Hibrid Berpengisi Sekam Padi dan Abu Sekam Padi

Analisa Jumlah Harga (Rp) Biaya Total (Rp)

AnalisaFourier Transform Infra-Red

(FTIR)

4 sampel Rp 75.000,-/sampel

300.000,-AnalisaScanning Electron Microscopy

(SEM)

3 sampel Rp 250.000,-/ sampel

750.000,-TOTAL

Adapun biaya untuk perancangan bahan mentah (raw material) produk membutuhkan bahan-bahan yakni sebagai berikut:

1. Botol Plastik Kemasan Minuman 2. Sekam Padi

3. Abu Sekam Padi 4. Ekstruder

5.Hot Press

6. Cetakan Papan Partikel/Komposit

Produk yang dihasilkan berupa papan partikel/komposit berpengisi sekam padi dan abu sekam padi dapat digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan

furnitur(perabotan rumah tangga) berupa meja, laci, lemari dan lain-lain.

Maka, biaya pembuatan papan partikel/komposit untuk 1 buah dapat dilihat pada Tabel 2.6.

Tabel 2.7 Perkiraan Rincian Biaya Pembuatan Produk

Bahan dan Peralatan Jumlah yang diperlukan Biaya Total (Rp)

Botol Plastik Kemasan

Minuman 6 kg

60.000,-Sekam Padi 1 goni

10.000,-Abu Sekam Padi 1 goni

10.000,-Aluminium Foil 4 goni

40.000,-Cetakan Papan

Partikel/Komposit 1 buah

100.000,-Total Rp