2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Serabut Kelapa
Serabut kelapa ditemukan antara sekam dan kulit terluar buah kelapa. Sel serat individual berciri sempit dan berlubang, dengan dinding-dinding tebal yang terbuat dari selulosa. Serabut kelapa berwarna pucat ketika belum matang namun kemudian menjadi keras dan menguning karena lapisan lignin yang mengendap pada dinding serabut. Ada dua varietas yang didapatkan dari serabut kelapa.
Pertama adalah serabut kecoklatan (seperti terlihat pada Gambar 2.1.) telah sepenuhnya matang dan dipanen dari buah kelapa. Serabut ini tebal, kuat, dan memiliki ketahanan abrasi yang tinggi. Biasanya digunakan dalam pembuatan tikar, kuas, dan karung. Serabut yang berwarna coklat dan matang ini mengandung lebih banyak lignin dari serabut seperti rami dan kapas, sehingga umumnya serabut kelapa memiliki kekakuan dan ketangguhan yang lebih baik dibandingkan serat alami lainnya, tetapi memiliki kadar selulosa yang relatif lebih rendah dimana jumlah selulosa yang dikandung memengaruhi kelenturan serat (Khalil et al, 2006). Tabel 2.1. adalah perbandingan komposisi alami serabut kelapa dengan beberapa serat alami lainnya
Tabel 2.1. Komposisi Beberapa Serat Alami Serabut
kelapa
Daun Nenas
Pelepah Pisang
Kayu Lunak*
Kayu Keras*
Ekstraktif (%) 6.4 5.5 10.6 0.2-8.5 0.1-7.7
Holocellulose (%)
56.3 80.5 65.2 60-80 71-89
-cellulose (%) 44.2 73.4 63.9 30-60 31-64
Lignin (%) 32.8 10.5 18.6 21-37 14-34
Abu (%) 2.2 2.0 1.5 <1 <1
* Tsoumis 1996
Sumber: Khalil et al, (2006, p. 3)
Serabut berwarna putih (Gambar 2.2.) dipanen dari kelapa sebelum mereka masak. Serat ini berwarna putih atau cokelat muda dan halus, tetapi juga lemah. Umumnya ditenun untuk membuat benang yang digunakan pada tikar atau tali. Serabut kelapa relatif tahan air dan merupakan salah satu dari beberapa serat alami yang tahan terhadap kerusakan oleh air asin.
.
Gambar 2.1. Bagian Batok Kelapa Sumber: http://www.maholo.org
Serabut kelapa juga merupakan salah satu serat alami yang dapat ditemukan dengan mudah, mengingat kelapa merupakan komoditas yang umum dibudidayakan terutama di daerah pesisir tropis. Serabut kelapa ini umum dianggap sebagai limbah yang tidak digunakan, setidaknya secara ekstensif, beberapa produk seperti keset menggunakan serabut kelapa sebagai bahan dasarnya, namun jumlah serabut kelapa yang digunakan untuk produk semacam ini hanya mencakup sebagian kecil dari total potensi produksi kelapa dunia. Dari sinilah beranjaknya penggunaan serabut kelapa sebagai bahan dalam pembuatan komposit dengan menggunakan matriks polimer tertentu.
Gambar 2.2. Serabut Kelapa Putih Sumber: http://www.rattanafrica.co.za
Serabut kelapa merupakan serat lignocellulosic dengan komposisi yang terdiri dari selulosa, hemiselulosa dan lignin yang menutupi keduanya dalam satu kesatuan seperti yang diilustrasikan oleh Gambar 2.3. Untuk memahami sifat mekanis serabut kelapa, perlu diamati struktur dalam serabut tersebut. Disebutkan bahwa lignin merupakan 38.2 % dan selulosa merupakan 44.2% penyusun dari serabut kelapa secara keseluruhan dimana kekuatan serat lignocellulosic bergantung pada kandungan selulosa yang terkandung di dalam serat (Khalil et al, 2006).
Gambar 2.3. Ilustrasi Serat Lignocellulosic Sumber: http://www.biomassmagazine.com
Degradasi pada lignin mengakibatkan terurainya rantai karbon yang terdapat pada struktur kimia lignin, yaitu - dan - aryl-alkyl-ether yang terjadi pada temperatur kisaran 150C-300C dan degradasi pada selulosa dimulai pada temperatur 200C (Le Van, 1989), akan mengurangi kekuatan serabut kelapa (Khalil et al, 2006).
Sehingga disimpulkan bahwa perlakuan perendaman dengan akuades, alkali treatment dan hot press yang akan dilakukan pada temperatur 200C pada serabut kelapa tidak mengubah struktur serabut kelapa. Hal ini didukung oleh penelitian Le Van (1989) yang ditunjukkan pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4. Grafik Degradasi Berbagai Komponen Serat Lignocellulosic Terhadap Temperatur
Sumber: Schniewind (1989, p. 271)
2.2. Modifikasi Permukaan Serabut Kelapa
Penelitian mengenai pengaruh surface modification pada serabut kelapa pernah dilakukan oleh Rout et al (2001), Esmeraldo et al (2010), Torres et al (2004) dan Carvalho et al (2010). Modifikasi permukaan serabut kelapa ini merupakan salah satu upaya untuk meningkatkan kualitas komposit yang dibentuk dengan tambahan matriks polimer polyester pada serabut kelapa.
Jenis-jenis perlakuan yang pernah mereka lakukan adalah sebagai berikut:
1. Dewaxing 2. Bleaching 3. Acetylation 4. Alkali treatment 5. Cyanoethylation 6. PMMA grafting
Dewaxing perlakuan alkali dilakukan sebagai inisiasi awal sebelum diberi perlakuan cyanoethylation dan PMMA grafting.
2.2.1. Dewaxing
Dewaxing adalah proses menghilangkan lemak/ lapisan lignin yang terdapat pada bagian terluar dari serabut kelapa. Oleh Rout et al (2001), proses dewaxing dilakukan dengan perendaman serabut menggunakan larutan deterjen 2% pada temperatur 70oC selama 1jam dilanjutkan dengan membilas serabut menggunakan air destilasi.
2.2.2. Bleaching
Bleaching biasanya adalah proses awal yang dilakukan sebelum proses- proses lainnya. Proses ini menggunakan senyawa oksidasi seperti sodium hipoklorit [NaOCl], kalsium hipoklorit [Ca(ClO)2] atau hidrogen peroksida [H2O2].
Proses ini dilakukan dengan cara mengaduk serabut kelapa dengan campuran acetic acid dan sodium hipoklorit selama dua jam pada suhu 70oC, dan dikeringkan dalam oven pada suhu 50oC selama 12 jam.
2.2.3. Acetylation
Proses Acetylation ini melibatkan senyawa asetil [COCH3]dan senyawa hidroksil dari selulosa. Tujuan proses ini adalah meningkatkan hydrophobicity dari serat tersebut.
2.2.4. Alkali Treatment
Penelitian yang dilakukan Esmeraldo et al (2010) adalah merendam 20g serabut kelapa dalam larutan alkali atau NaOH dengan persentase 5% dan 10%, selama 6jam pada suhu 60o sampai 70oC, setelah itu serabut kelapa dibilas dengan
air destilasi beberapa kali sampai kandungan sodium hidoksida yang ada dipermukaan tersebut menghilang.
Tujuan dari alkali treatment ini adalah untuk membuka atau memperbesar pori-pori pada permukaan serabut kelapa. Gambar2.5 menunjukan perbedaan antara hasil SEM pada serabut kelapa yang tidak mendapat treatment apa-apa seperti yang ditunjukan pada foto A dan foto B adalah serabut kelapa yang mendapat alkali treatment.
Gambar 2.5. Hasil SEM serabut kelapa Sumber : Esmeraldo et al (2010)
Hasil pengujian perendaman serabut kelapa pada larutan NaOH selama 6jam dan pada suhu 60o sampai 70oC dapat dilihat pada Tabel 2.2. Alkali Treatment yang baik adalah dengan menggunakan larutan NaOH 10%.
Tabel 2.2 Mechanical Parameter for Coir Fibre
Sumber: Esmeraldo et al, (2010, p. 7)
2.2.5. Cyanoethylation
Cyanoethylation adalah proses melapisi permukaan serabut kelapa dengan cyanoethylene (sianoetilen) yang dilakukan dengan me-reflux serabut kelapa yang telah terlebih dahulu diberi perlakuan alkali (NaOH 5%) dengan AN ( Amonium Nitrat), aseton, dan pyridine (sebagai katalis) selama 2 jam pada 60oC dilanjutkan dengan pencucian serabut menggunakan asam asetat dan aseton, dilanjutkan dengan air destilasi dan terakhir vacuum drying (J. Rout et al, 2001)
2.2.6. PMMA Grafting
Grafting atau pencangkokan dengan material kopolimer PMMA (poly methyl metacrylate) pada serabut kelapa bertujuan untuk meningkatkan adhesivitas serabut kelapa dengan matriks polymer yang digunakan. J. Rout et al (2001) melakukan grafting dengan menggunakan Cu2+ dan IO4 yang terkandung dalam larutan CuSO4 dan NaIO4 sebagai inisiator dalam proses grafting.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kekuatan optimal pada komposit yang disusun oleh matriks polyester dan serabut kelapa didapat pada komposit dengan serabut kelapa berkisar 17%-25% berat total komposit dan pada komposit dengan serabut kelapa yang diberi grafting PMMA sebanyak 5% mengalami peningkatan kekuatan paling optimal.
2.3. Pemanfaatan Serabut Kelapa Sebagai Bahan Pembentuk Komposit Komposit dengan bahan penguat (reinforcing agent) berupa serat merupakan material yang menggunakan dua bahan utama yaitu serat, dan matriks, yang dalam hal ini merupakan matriks polymer. Secara umum material ini memiliki keunggulan seperti ringan, non-abrasive, tidak beracun, murah, biodegradability, serta dapat diperbaharui karena dengan sifat mekanik dan non- mekanik dari komposit merupakan kombinasi kedua jenis material.
Serat atau fiber yang digunakan dalam konstruksi komposit seringkali merupakan serat sintetis. Hal ini dikarenakan serat sintetis memiliki kelebihan dibanding serat alami yaitu sifatnya yang homogen dan memiliki kualitas yang mendukung penggunaannya dalam pembuatan komposit seperti adhesivitas, tidak menyerap air dan tidak membusuk.Namun penggunaan serat alami dalam pengolahan komposit memiliki daya tarik tersendiri, dimana serat alami memiliki
karakteristik mudah didapat, ringan, mudah diproses, relatif murah dapat diperbaharui dan ramah lingkungan (ecofriendly) karena biodegradabilitas yang tinggi.
Dalam upaya penggunaan serat alami untuk mengolah material komposit, kemudian dilakukan berbagai penelitian mengenai perlakuan yang diterapkan pra- penggunaan serat alami dalam pengolahan komposit untuk mengurangi atau mengeliminasi kekurangan-kekurangan yang telah disebutkan dan untuk meningkatkan kualitas komposit yang dihasilkan.
Salah satu metode pembuatan komposit yang umum ditemui adalah metode hand lay-up. Metode hand lay-up ditunjukkan oleh Gambar 2.6 pada umumnya merupakan metode paling sederhana dalam pembuatan komposit dengan matriks polimer thermoplastic dan reinforcing agent berupa serat (fiber).
Langkah umum pada metode ini adalah:
Gambar 2.6. Metode Hand Lay-Up Sumber: Smith (2004, p. 306)
1. Menyiapkan alas cetakan komposit.
2. Melapisi permukaan dasar dengan zat anti lengket (gel) untuk memudahkan pelepasan komposit dari cetakan
3. Mengatur serat pada dasar cetakan
4. Menuangkan matriks yang telah berada dalam kondisi cair
5. Terkadang dilakukan juga pressing untuk menghilangkan udara dari lapisan polimer.
6. Setelah proses curing selesai, komposit siap digunakan.
Metode yang kedua adalah layer by layer yang digunakan oleh Harryadi Kelvin(2010). Metode ini memiliki beberapa perbedaan dengan metode hand lay- up, yaitu kondisi matriks yang tetap berupa padatan, dan penggunaan elemen pemanas yang berfungsi untuk melumerkan matriks. Gambar 2.7. menunjukkan skema pembuatan komposit dengan metode layer by layer
Gambar 2.7. Skema Pembuatan Komposit Metode Layer by Layer Sumber: Harryadi Kelvin (2010)
Langkah langkah pembuatan komposit dengan metode layer by layer adalah sebagai berikut:
1. Mempersiapkan serabut kelapa dan polypropylene yang akan digunakan.
2. Menimbang berat serabut kelapa dan polypropylene dengan rasio berat serabut kelapa : polypropylene pada 1:3.
3. Polypropylene dan serabut kelapa dibentuk dalam layer-layer atau lapisan- lapisan yang terbagi rata. Pada penelitian tersebut digunakan enam lapis polypropylene masing-masing dua lembar dan lima lapis serabut kelapa
Hot Press PP
Serabut Kelapa
Komposit
4. Kemudian tumpukan polypropylene dan serabut kelapa dibungkus dalam aluminum foil dan dipanaskan menggunakan elemen pemanas.
5. Pemanasan dilakukan pada temperatur 160 C selama 3 menit dibawah pembebanan sebesar 6,5 kg. Kemudian curing dilakukan pada kondisi ruangan 25 selama 2 menit (Gambar 3.6).
6. Komposit dikeluarkan dari aluminum foil dan dilakukan langkah akhir dengan membentuk profil komposit untuk uji tarik
2.4. Polypropylene
Polypropylene adalah salah satu jenis polimer dari golongan thermoplastic. Polypropylene memiliki karakteristik tangguh dan fleksibel.
Polypropylene juga memiliki ketahanan yang baik terhadap bahan-bahan kimia seperti asam, pelarut-pelarut kimia dan lain-lain. Polypropylene memiliki temperatur titik lebur di kisaran 160º C (Patel et al., 2010). Karakteristik optik yang mencolok adalah keruh (opaque) secara alami, atau berwarna (dengan menggunakan aditif) dengan bahan mentah seperti biji atau pellet.
Gambar 2.8. Bahan Mentah Polypropylene
Pada paparan sinar ultraviolet, polypropylene memiliki kecenderungan berdegradasi (mengalami penurunan kualitas). Penurunan kualitas ini dapat ditemui dalam bentuk perubahan tampilan secara visual, kehilangan fleksibilitas, dan rapuh.
Tabel 2.3. Properti Mekanis Polypropylene
Massa Jenis Kekuatan Tarik Kekuatan Kejut
g/cm3 Kg/m3 Mpa psi ft. lb/in J/m Polypropylene 0.9 –
0.91
9000 – 9100
33.1 – 38
4800 – 5510
0.4 – 2.2
21.6 – 119.2
Sumber: Callister Jr. (2004, p. 286 )
Polypropylene sering digunakan sebagai bahan pembuatan kemasan minuman, dan karena ketahanannya terhadap lelah (fatigue) banyak kemasan yang dirancang dapat dibuka-tutup dengan mekanisme engsel seperti cartridge tinta printer menggunakan polypropylene. Penggunaan polypropylene sebagai kemasan minuman dan makanan pun sering dijumpai karena sifatnya yang tidak berdeformasi akibat panas hingga 120 C. Polypropylene pada kemasan makanan dan minuman dapat diidentifikasi dengan melihat kode identifikasi resin (Resin Identification Code) yang biasanya tertera pada kemasan. Polypropylene memiliki kode identifikasi resin ‘5’ dan pada produk-produk yang menggunakan polypropylene umumnya tertera lambang kode identifikasi resin seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.9.
Gambar 2.9. Simbol Daur Ulang Polypropylene
