PAPAN KOMPOSIT DARI SISA BUANGAN PLASTIK
DENGAN SERAT HAMPAS TEBU
Muhd Hasanul Isyraf bin Mat Junoh
1, Norlia bt Md Desa
2, Anuar bin Jusoh
3 Tel : +060148175117 [email protected]Tel : +060134515050 [email protected]
Tel : +060104060435 [email protected]
Jabatan Kejuruteraan Mekanikal Politeknik Sultan Mizan Zainal Abidin
Dungun, Terengganu
ABSTRAK
Papan komposit merupakan satu inovasi baru alternatif kepada penggunaan papan kayu semulajadi sedia ada dengan mengaplikasi teknologi hijau ke arah mewujudkan alam sekitar yang mapan dan lestari. Papan komposit ini dibina hasil dari sisa buangan pepejal yang terdiri dari gabungan sisa bekas minuman plastik polietilena (PE) sebagai bahan utama dan hampas tebu sebagai bahan tambahan melalui kaedah pengacuanan penyemperitan. Tiga komposisi campuran PE dan hampas tebu yang digunakan iaitu 60%:40%, 50%:50% dan 40%:60%. Ujian kekerasan dan resapan air dijalankan untuk menentukan sifat mekanikal papan komposit ini. Hasil dari pengujian secara purata didapati bahawa campuran komposit PE dan hampas tebu 60%:40% memberikan nilai yang baik bagi memenuhi kriteria sifat mekanikal kekerasan dan resapan. Cadangan penambahbaikan supaya kombinasi campuran PE dan hampas tebu yang lebih kecil digunakan untuk melihat keberkesanannya serta aplikasi ujian mekanikal yang lain seperti ujian tegangan,lenturan dan sebagainya.
Katakunci – Polietilena, hampas tebu, papan komposit, kekerasan, resapan
1.0 Pengenalan
Hari ini masalah pembuangan sisa pepejal menjadi isu yang semakin membimbangkan. Purata seorang rakyat Malaysia membuang 0.8 kg/ hari sisa pepejal. Statistik di Malaysia menunjukkan pada tahun 2010 sebanyak 303, 000 tan sehari sisa buangan pepejal dihasilkan sementara tahun 2013 telah meningkat kepada 500,000 tan sehari (Jabatan Pengurusan Sisa Pepejal Negara, 2013). Kadar komposisi penghasilan sisa pepejal adalah berbeza di antara kawasan kerana ia dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti sosio-ekonomi dan gaya hidup. Secara puratanya komposisi sisa pepejal isi rumah di Malaysia adalah seperti Rajah 1.
Rajah 1 : Statistik Sisa Pepejal Domestik
▸ Baca selengkapnya: contoh rumusan sisa domestik
(2)Pembuangan sisa pepejal ini menimbulkan masalah dalam pembuangan atau pelupusan yang mengakibatkan pencemaran alam sekitar. Sejak kebelakangan ini kajian telah dilakukan bagi mengenalpasti proses yang boleh dilakukan bagi menukar sisa buangan pepejal ini menjadi produk atau bahan yang mempunyai nilai komersial tersendiri. Bag plastik, botol minuman, bekas air dan sebagainya adalah contoh produk plastik dari polimer polietilena yang mempunyai sifat tidak tahan panas dan boleh diguna semula serta tidak mudah dilupuskan dimana memerlukan 100 tahun untuk dihancurkan sifat mekanikalnya (Haryanto, 2010).
Polietilena adalah polimer dalam kategori termoplastik. Polietilena terdiri dari polietilena ketumpatan rendah dengan struktur rantai bercabang dan polietielana ketumpatan tinggi dengan struktur rantai lurus. Kelemahan PE ini adalah mudah pudar apabila terdedah kepada matahari. Bagi kajian ini PE berketumpatan rendah digunakan memandangkan sisa buangan pepejal seperti bag plastik, botol minuman dan bekas makanan yang kedua tertinggi dibuang oleh penduduk Malaysia (Jabatan Pengurusan Sisa Pepejal Negara, 2013).
Tebu atau nama saintifiknya Saccharum officinarum adalah tanaman utama yang digunakan
untuk menghasilkan gula. Dalam proses membuat gula, hasil sampingan (buangan) yang
terhasil dipanggil sugarcane dregs atau hampas tebu.
Hampas tebu berdasarkan komposisi kimianya mengandung lignoselulosa yang cukup tinggi. Lignoselulosa ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan alternatif pengganti kayu dalam pembuatan papan komposit. Panjang serat hampas tebu antara 1.7 hingga 2 mm dengan diameter sekitar 20 mikro, hampas tebu ini dapat memenuhi kriteria untuk diolah menjadi papan-papan komposit. Hampas tebu mengandung air 48-52%, gula 3.3% dan serat47.7%. Secara saintifik ianya memiliki komposisi kimia iaitu 3.28% abu, 22.09%lignin, 37.65%
selulosa, 27.97 pentosan dan SiO2 3.01% (Husin, 2007). Hampas tebu ini mempunyai banyak kelebihan berbanding pengisi organik lain kerana ianya boleh terbiodegrasi, kos yang rendah dan boleh dikitar semula.
Komposit adalah gabungan dua atau lebih daripada bahan di mana salah satu daripada bahan berfungsi sebagai bahan pengukuh (serat, empingan atau partikel) dan lain-lain adalah fasa matriks (polimer, logam atau seramik). Bahan komposit biasanya dikelaskan mengikut jenis tetulang seperti polimer, simen dan logam komposit matriks. Komposit polimer matriks dihasilkan secara komersial di mana resin digunakan sebagai matriks dengan bahan-bahan pengukuhan yang lain. Polimer (resin) diklasifikasikan dalam dua jenis iaitu termoplastik (polietelina (PE), polipropelina (PP), polieter ketone (PEEK), polivinil klorida (PVC), polisterina (PS), poliolefin dan lain-lain) dan termoset (epoksi, poliester, dan resin fenol formaldehid, dan lain-lain) yang dikukuhkan dengan gentian semula jadi (tumbuhan, haiwan, mineral) dan gentian buatan manusia untuk aplikasi yang berbeza (Mohini et al., 2011).
Di dalam komposit unsur utamanya adalah serat, sedangkan bahan pengikatnya menggunakan bahan polimer yang mudah dibentuk dan mempunyai daya pengikat yang tinggi. Penggunaan serat yang utama adalah untuk menentukan bahan komposit seperti kekerasan, kekuatan serta sifat-sifat mekanik lainnya (Alan J. Lesser, 2013). Komposit gentian semulajadi muncul sebagai alternatif kepada komposit gentian kaca terutama dalam komponen automotif. Secara tradisionalnya, gentian semulajadi digunakan sebagai pengisi kepada termoset, namun kini ia berkembang pantas menjadi satu bahan penambah kekuatan kepada termoplastik (Lawrence et al., 2001).
1.1
Pernyataan masalah
Papan kayu semulajadi yang diguna pakai sekarang ini kebanyakannya mudah terdedah kepada serangan serangga seperti anai-anai dan juga faktor cuaca yang boleh merosakkan dan memendekkan jangka hayatnya. Selain itu penggunaan kayu semulajadi boleh menyebabkan penebangan pokok kayu balak yang berleluasa yang boleh mengancam kelestarian hutan dan alam sekitar. Buangan sisa hampas tebu juga menjadi satu isu kerana ia dibuang begitu sahaja tanpa dimanafaatkan. Penghasilan papan komposit plastik dengan serat semulajadi diharap dapat mengatasi masalah tersebut.
1.2
Objektif
Objektif kajian ini adalah:
1. Mengenalpasti sifat-sifat mekanikal papan komposit melalui ujian kekerasan dan ujian resapan air. 2. Menentukan kombinasi PE dan hampas tebu yang terbaik bagi menghasilkan papan komposit yang
berkualiti.
2.0 Metodologi
Dalam kajian ini papan komposit yang dihasilkan terdiri daripada polimer polietilena (PE) dan hampas tebu yang dikategorikan dalam tiga komposisi campuran yang berbeza. Komposisi berkenaan adalah :
a) Spesimen A terdiri 60% PE dan 40% hampas tebu b) Spesimen B terdiri 50% PE dan 50% hampas tebu c) Spesimen C terdiri 40% PE dan 60% hampas tebu
Fasa seterusnya adalah mengadunkan hasil gabungan komposit ini menjadi papan komposit menggunakan mesin penyemperitan (extrusion machine) dan hasilnya seperti Rajah 2. Seterusnya fasa yang terakhir adalah mengkaji sifat mekanikal papan komposit ini melalui dua pengujian yang dipilih iaitu ujian kekerasan dan ujian resapan air .
Rajah 2 : Hasil penyemperitan papan komposit
2.1
Prosedur Pengujian
2.1.1 Ujian Kekerasan
Rajah 3: Spesimen Ujian Kekerasan A, B dan C
Rajah 4: Digital Rockwell Hardness Tester
2.1.2
Ujian Resapan
Ujian resapan air dijalankan untuk mengetahui jumlah air yang meresap ke dalam sesuatu spesimen. Spesimen dipotong berbentuk bulat berdiameter 50mm dan tebal 4mm seperti dalam Rajah 5 mengikut standard ASTM 570 . Ujian ini dilakukan selama tiga hari mengikut masa iaitu 24 jam dan 48 jam. Pada permulaannya, spesimen asal perlu ditimbang terlebih dahulu. Penimbangan pertama spesimen adalah untuk mengambil nilai jisim spesimen kering. Kemudian spesimen direndamkan ke dalam air yang berisipadu 300 ml seperti dalam Rajah 6. Penimbangan kedua dilakukan selepas 24 jam spesimen direndam ke dalam air dan seterusnya penimbangan yang ketiga ialah selepas 48 jam spesimen direndam ke dalam air.
Rajah 6: Spesimen A, B dan C direndam dalam air
3.0 Dapatan Dan Analisa
3.1
Ujian kekerasan
Jadual 1 menunjukkan data yang diperolehi dari ujian kekerasan yang dijalankan. Sebanyak 5 bacaan diambil bagi setiap campuran spesimen. Bacaan yang diperolehi bagi setiap spesimen didapati taburan nilai kekerasan adalah tidak konsisten. Setelah nilai bacaan dianalisa bagi ketiga-tiga specimen didapati spesimen A mempunyai purata nilai kekerasan yang paling tinggi berbanding dengan spesimen B dan C. Campuran A lebih kuat kerana peratusan Polietilena (PE) lebih tinggi berbanding hampas tebu, maka kekerasannya lebih baik berbanding campuran B dan C. Rajah 7 menunjukkan graf bacaan nilai kekerasan dan bilangan pengujian yang dilakukan. Graf tersebut menunjukkan paten graf bagi ketiga-tiga spesimen adalah hampir sama.
Jadual 1: Data ujian kekerasan
Spesimen
Nilai kekerasan
Ujian 1 Ujian 2 Ujian 3 Ujian 4 Ujian 5 Purata
A 56.0 60.2 59.9 50.8 49.9 55.36
B 49.8 59.4 56.2 48.2 46.6 52.04
C 39.5 51.5 50.8 46.8 45.3 46.78
3.2
Ujian Resapan
Jisim spesimen ditimbang sebanyak tiga kali bagi setiap tempoh masa yang sama iaitu jisim awal dalam keadaan kering, 24 jam dan 48 jam selepas direndam ke dalam air. Jisim spesimen ditimbang bagi tujuan menentukan kadar penyerapan air oleh spesimen. Data yang diperolehi daripada ujian resapan air yang dijalankan dicatatkan seperti yang terdapat dalam Jadual 2. Data tersebut kemudiannya diterjemahkan dalam bentuk graf nilai bacaan jisim spesimen melawan masa sepertimana yang ditunjukkan pada Rajah 8. Graf menunjukkan jisim bagi ketiga-tiga campuran spesimen semakin meningkat bagi setiap tempoh masa timbangan. Penyerapan air ke dalam semua spesimen adalah meningkat dengan ketara dalam tempoh 24 jam pertama. Namun peningkatan tidak lagi begitu ketara bagi tempoh 48 jam rendaman mungkin disebabkan spesimen telah telap kepada air yang memenuhi ruang spesimen.
Jadual 3 menunjukkan perbandingan kadar penyerapan air bagi setiap spesimen dalam tempoh 24 jam dan 48 jam. Hasil analisa didapati bahawa spesimen A mempunyai peratusan penyerapan air yang paling rendah berbanding dengan spesimen B dan C. Penyerapan air bagi spesimen A kurang mungkin disebabkan oleh peratusan campuran polietelina (PE) lebih tinggi daripada hampas tebu.
4.0 Perbincangan Dan Kesimpulan
Secara keseluruhannya hasil dari kajian didapati bahawa spesimen A mempunyai nilai kekerasan yang tinggi dan juga peratusan penyerapan air yang rendah berbanding spesimen B dan C. Maka dengan ini dirumuskan bahawa spesimen A komposit dengan campuran PE 60% dan hampas tebu 40% merupakan campuran komposit yang terbaik. Nilai kekerasan yang tinggi dapat meningkatkan kekuatan dan juga dapat memelihara papan komposit dari diserang serangga perosak anai-anai. Peratusan penyerapan air yang rendah bagi spesimen A adalah disebabkan kandungan polimer PE lebih tinggi daripada hampas tebu. Ini bermakna semakin tinggi peratusan hampas tebu yang digunakan semakin banyak air terserap ke dalam papan komposit. Penyerapan air yang rendah adalah sangat baik bagi papan komposit tersebut kerana ia dapat mengelak papan daripada cepat rosak atau berlaku kecacatan seperti kembang, herotan, bengkok dan sebagainya apabila terdedah kepada persekitaran yang berair atau lembap.
5.0 Cadangan
Kajian ini boleh dilakukan penambahbaikan kerana kemungkinan keputusan yang diperolehi kurang tepat disebabkan oleh saiz spesimen yang dipotong kurang tepat dan juga campuran kandungan antara PE dan juga hampas tebu yang kurang sebati. Namun kajian ini boleh dijadikan sebagai rujukan untuk dilakukan kajian seterusnya. Disarankan kajian akan datang menggunakan kombinasi campuran PE dan hampas tebu yang lebih rendah peratusannya untuk mendapatkan data yang lebih tepat dan dapat dilakukan perbezaan yang wujud apabila kombinasi yang lebih rendah digunakan. Kajian juga dicadangkan membuat kajian sifat mekanikal yang lain seperti ujian lenturan, ujian tegangan dan lain– lain lagi bagi melihat keberkesanannya.
6.0 Rujukan
Alan J. Lesser (2013). `ISI Journal Citation Reports © Ranking: 2013: 7/24 (Materials Science Composites); 45/82 (Polymer Science).
Badrila Jamlus (2004). Sisa Buangan Kitar Semula Perkukuh Struktur Binaan. Berita Harian. 28.10.2004. m/s 17.
Husin, A. A. (2007). `Pemanfaatan Limbah Untuk Bahan Bangunan.’ . Penebar Swadaya, Jakarta Indriyani, Y. H. dan E. Sumiarsih. (1992). `Pembudidayaan Tebu di Lahan Sawah dan Tegalan’. Penebar Swadaya. Jakarta.
Jabatan Pengurusan Sisa Pepejal Negara, (2013). http://jpspn.kpkt.gov.my/
Lawrence T. Drzal et al, (2001). Bio-composite material as alternatives to petroleum-based composites for automotive applications. Composite material and structures center. Michigan State University.
Mohini Saxena, Asokan Pappu, Anusha Sharma, Ruhi Haque & Sonal Wankhede. (2011). Composite Materials from Natural Resources: Recent Trends and Future Potentials. CSIR. Advanced Materials and Processes Research Institute, Council of Scientific & Industrial Research, Habibganj Naka, Bhopal, India.
Todd Jn. (2013). `What Is A Polymer Discovering :The Basics of Polymers dari web www.academia.edu
