Pengaruh Penambahan Bentonit Termodifikasi Sebagai Pengisi Terhadap Sifat Mekanik dan Penyerapan Air Pada Komposit Epoksi

(1)

PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT TERMODIFIKASI

SEBAGAI PENGISI TERHADAP SIFAT MEKANIK

DAN PENYERAPAN AIR PADA KOMPOSIT

EPOKSI

SKRIPSI

Oleh

ALVIAN

120405031

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

(2)

PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT TERMODIFIKASI

SEBAGAI PENGISI TERHADAP SIFAT MEKANIK

DAN PENYERAPAN AIR PADA KOMPOSIT

EPOKSI

SKRIPSI

Oleh

ALVIAN

120405031

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN

PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

SEPTEMBER 2016

(3)

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 EPOKSI

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, September 2016

(4)

(5)

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 Epoksi”, 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 industry tentang pemanfaatan bentonit untuk dijadikan pengisi dalam pembuatan komposit epoksi sehinggap didapat produk yang lebih baik.

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. Ibu Dr.Maulida, S.T., M.Sc. selaku Dosen Penguji I yang telah

memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

3. Ibu Dr.Halimatuddahliana, ST, M.T. selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini serta memberikan izin bagi penulis untuk menggunakan alat pengujian mekanik.

4. Ibu Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara

5. Bapak Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

(6)

iv

7. Kenrick, selaku partner penelitian penulis.

8. Billy Tanujaya, yang telah membantu penulis dalam pengujian sampel penelitian penulis.

9. Sukardi, yang telah memberikan saran dan kritik dalam penulisan skripsi penulis.

10.Teman-teman stambuk 2012 yang tidak dapat penulis namanya 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, Agustus 2016 Penulis

Alvian

(7)

DEDIKASI

Skripsi ini saya persembahkan untuk :

Bapak & Ibu tercinta

Bapak Enghok Darwin dan Ibu Imelda

Mereka adalah orang tua hebat yang telah membesarkan dan

mendidikku dengan penuh kasih sayang

(8)

vi

RIWAYAT HIDUP PENULIS

Nama: Alvian NIM: 120405031

Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 02 Agustus 1994 Nama orang tua: Enghok Darwin & Imelda Alamat orang tua:

Jalan Gaharu Gg. Parmin No. 15/3D

Asal Sekolah

 TK Swasta Methodist-3 Medan, tahun 1999-2001

 SD Swasta Methodist-3 Medan, tahun 2001-2007

 SMP Swasta Methodist-3 Medan, tahun 2007-2009

 SMA Swasta Methodist-3 Medan, tahun 2009-2012 Pengalaman Organisasi/ Kerja:

1. Asisten Lab.PIK tahun 2015-2016 modul Reaktor Fasa Cair, Pembuatan dan Analisa Mutu Pulp, Resin Urea Formaldehid, dan Esterifikasi

(9)

ABSTRAK

Pada penelitian ini telah dilakukan pembuatan komposit epoksi berpengisi bentonit termodifikasi. Kajian tentang pemanfaatan bentonit termodifikasi sebagai pengisi di dalam matriks epoksi telah dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan komposisi pengisi bentonit termodifikasi di dalam komposit epoksi dalam menghasilkan sifat mekanik seperti kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan bentur (impact strength), serta penyerapan air (water absorption) yang terbaik. Dalam penelitian ini, resin epoksi dicampurkan dengan bentonit yang telah dimodifikasi dengan menggunakan surfaktan Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) dengan variasi konsentrasi CTAB sebesar 0,05M, 0,1M, dan 0,15M serta ditambahkan TiO2 dalam modifikasi

bentonit sebagai pengisi. Dalam penelitian ini resin epoksi 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 kekuatan tarik dan impak maksimum sebesar 33,667 MPa untuk kekuatan tarik dan 12564,9 J/m2_{untuk kekuatan bentur.}

Hasil uji mekanik selanjutnya didukung oleh analisa scanning electron microscopy

(SEM). Pada uji daya serap air, kekuatan penyerapan air meningkat seiring bertambahnya komposisi pengisi.

(10)

viii

ABSTRACT

This research has carried out the manufacture of epoxy-modified bentonite composite. Research about the usage of modified bentonite as filler in epoxy has been done for the purpose of getting the best composition of modified bentonite as filler at epoxy composite in getting the best of the mechanical properties such as tensile strength, impact strength and the water absorption. In this research, epoxy resin mixed with bentonite which have been modified using Cetyltrimethylammonium Bromide (CTAB) surfactant with various concentrations by 0,05, 0,1, and 0,15M and added Titanium Dioxide (TiO2) at the modification of

bentonite as filler. In this research, epoxy 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. From the FTIR characterization result obtained 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 33,667 MPa and maximum value of impact strength with 12564,9 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 : epoxy resin, bentonite, mechanical properties, water absorption, hand lay-up

(11)

DAFTAR ISI

Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i

PENGESAHAN ii

PRAKATA iii

DEDIKASI v

RIWAYAT HIDUP PENULIS vi

ABSTRAK vii 1.5 Ruang Lingkup Penelitian 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6

(12)

x

2.9.2 Analisa Kekuatan Bentur (Impact Strength) 14 2.9.3 Analisa Penyerapan Air Oleh Komposit 16 2.9.4 Karakterisasi Fourier-Transform Infra-Red 16 2.9.5 Analisa Scanning Electron Microscopy 16 2.10 Aplikasi Produk Komposit 17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 18 3.1 Lokasi Penelitian 18 3.2 Bahan dan Peralatan 18

3.2.1 Bahan 18

3.2.2 Peralatan 19

3.3 Prosedur Penelitian 19 3.3.1 Prosedur Modifikasi Bentonit 19 3.3.2 Penyediaan Pengisi 20 3.3.3 Penyediaan Komposit Berpengisi Bentonit Termodifikasi 20 3.4 Pengujian Komposit 22

BAB IV PEMBAHASAN 25

4.1 KARAKTERISTIK FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA RED) RESIN EPOKSI DAN KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI BENTONIT

TERMODIFIKASI 25

4.2 PENGARUH KOMPOSISI PENGISI TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI 27 4.3 PEMANJANGAN SAAT PUTUS (ELONGATION AT BREAK)

KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI BENTONIT TERMODIFIKASI 29 4.4 PENGARUH KOMPOSISI PENGISI TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT EPOKSI 30 4.5 KARAKTERISTIK SCANNING ELECTRON MICROSCOPE

(SEM) PATAHAN KOMPOSIT EPOKSI BERPENGISI BENTONIT

TERMODIFIKASI 32

4.6 PENGARUH KOMPOSISI PENGISI TERHADAP PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT

EPOKSI 34

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 37

(13)

5.1 KESIMPULAN 37

5.2 SARAN 37

(14)

xii Gambar 3.1 Sketsa Penyediaan Komposit 21 Gambar 3.2 Sketsa Visualisasi Cetakan Malam 21 Gambar 3.3 Sketsa Visualisasi Cetakan Malam Beserta Alas Kaca 21 Gambar 3.4 Sketsa Spesimen Uji Tarik 22 Gambar 3.5 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Charpy ASTM D 5942-96 23 Gambar 4.1 Karaktersitik FTIR Resin Epoksi dan Komposit Epoksi

Berpengisi Bentonit Termodifikasi 25 Gambar 4.2 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Kekuatan Tarik

Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi 27 Gambar 4.3 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Pemanjangan Saat

Putus Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi 29 Gambar 4.4 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Kekuatan Bentur

Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi 30 Gambar 4.5 Analisa SEM Patahan Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit

(a) Tanpa Modifikasi Dengan Komposisi Pengisi 5% dan

Perbesaran 300x 33

(b) Termodifikasi Dengan Komposisi Pengisi 5%, Konsentrasi

CTAB 0,1M, dan Perbesaran 500x 33 (c) Termodifikasi Dengan Komposisi Pengisi 5%, Konsentrasi

CTAB 0,1M, dan Perbesaran 1000x 33 Gambar 4.6 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Penyerapan Air

Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi Pada

Konsentrasi Surfaktan 0,05 M 34 Halaman

(15)

Gambar 4.7 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Penyerapan Air Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi Pada

Konsentrasi Surfaktan 0,1 M 34 Gambar 4.8 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Penyerapan Air

Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit Termodifikasi Pada

Konsentrasi Surfaktan 0,15 M 35 Gambar C.1 Proses Modifikasi Bentonit Dengan Surfaktan 49 Gambar C.2 Proses Modifikasi Bentonit Dengan TiO2 49

(16)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel A.1 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit Dengan Konsentrasi

Surfaktan 0,05M 46

Surfaktan 0,1M 46

Surfaktan 0,15M 46

Tabel A.4 Data Hasil Kekuatan Impak Komposit Dengan Konsentrasi

Surfaktan 0,05M 47

Surfaktan 0,1M 47

Surfaktan 0,15M 47

Tabel A.7 Data Hasil Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi

Surfaktan 0,05M 48

Surfaktan 0,1M 48

Surfaktan 0,15M 48

Halaman

(17)

DAFTAR LAMPIRAN

LAMPIRAN A DATA PENELITIAN 45 A.1 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit 45 A.2 Data Hasil Kekuatan Impak Komposit 46 A.3 Data Hasil Penyerapan Air Komposit 47 LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 48 B.1 Perhitungan Penyerapan Air Komposit 48 LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN 49 C.1 Proses Modifikasi Bentonit Dengan Surfaktan 49 C.2 Proses Modifikasi Bentonit Dengan TiO2 49

C.3 Hasil Modifikasi Pengisi 50 C.4 Proses Pencampuran Epoksi – Bentonit Termodifikasi 50 C.5 Proses Penyediaan Komposit Epoksi – Bentonit

Termodifikasi 51 C.6 Alat Universal Testing Machine (UTM) GOTECH

Al-7000M Grid Tensile 51 C.7 Alat Impact Tester GOTECH 52 LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB DAN ANALISIS 53 D.1 Hasil FTIR Resin Epoksi Murni 53 C.2 Hasil FTIR Komposit Epoksi Berpengisi Bentonit

(18)

xvi

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

Ʈ

F A

tegangan Tarik tegangan (Gaya) luas penampang

MPa kg mm2

Ɛ perpanjangan %

lo panjang awal mm

l panjang akhir mm

E modulus young N/m2

Wg persentase pertambahan berat komposit %

We berat komposit setelah perendaman %

Wo berat komposit sebelum perendaman %