LAPORAN HASIL PENELITIAN HIBAH BERSAING
Studi Pembuatan Biokomposit Berbasis Sekam Padi dan Recycled Plactics dengan Penambahan Coupling Agent
Oleh
Dr. Farid Mulana, ST., M.Eng / NIDN 0008027203 Hisbullah, ST., M.Eng.Sc / NIDN 0013077004
Iskandar, ST., M.Eng.Sc / NIDN 0012106803
Dibiayai oleh Universitas Syiah Kuala, Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, sesuai dengan Surat Perjanjian Penugasan Dalam Rangka Pelaksanaan Program Penelitian Hibah
Bersaing Tahun Anggaran 2012 Nomor: 141/UN11/A.01/APBN-P2T/2012, Tanggal 2 April 2012
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala
Nopember, 2012
Teknologi Rekayasa
ii
Biokomposit dibuat dari plastik daur ulang HDPE (recycled HDPE) dan bijih plastik HDPE (virgin HDPE) sebagai matrik dan sekam padi sebagai filler serta ditambahkan Maleic Anhydride Polyethylene (MAPE) sebagai Coupling Agent untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik dari biokomposit yang dihasilkan. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan kondisi optimum dari jenis matrik yang digunakan dan persentase Coupling Agent yang ditambahkan terhadap kualitas biokomposit yang dihasilkan. Biokomposit ini dibuat dengan metode kempa panas. Proses pengempaan dilakukan pada suhu 150 oC selama 30 menit. Setelah proses pendinginan ke suhu ruangan, maka produk diuji kekuatan tarik, modulus patah, uji termal dan uji FTIR. Dari hasil pengujian diperoleh bahwa biokomposit dengan menggunakan matrik bijih plastik HDPE jauh lebih baik sifat fisis dan mekanisnya dibandingkan dengan biokomposit berbasis plastik daur ulang HDPE. Nilai kekuatan tarik tertinggi terdapat pada biokomposit yang berbasis plastik bijih plastik HDPE pada penambahan 4% berat MAPE yaitu sebesar 5,69 Mpa. Sedangkan nilai modulus patah yang tertinggi diperoleh pada biokomposit yang berbasis bijih plastik HDPE pada penambahan 2% berat MAPE yaitu sebesar 0,35 Mpa. Keberadaan sejumlah MAPE dalam campuran menyebabkan meningkatnya sifat adhesi antara sekam padi dengan HDPE sehingga meningkatkan sifat fisis mekanis biokomposit.
Kata kunci : biokomposit, sekam padi, limbah plastik dan coupling agent
iii
Biocomposites were made from recycled HDPE and virgin HDPE as matrix and rice husk as filler and also added with Maleic Anhydride Polyethylene (MAPE) as a coupling agent to improve the physical and mechanical properties of biocomposites.
The aim of study to find the optimum condition of the type of used matrix and the percentage of Coupling Agent on the quality of the produced biocomposites.
Biocomposites were prepared by hot press method. Hot press process was performed at a temperature of 150 oC for 30 minutes. After cooling to room temperature, the product was tested of tensile strength, bending strength, thermal test and FTIR. The results show that biocomposites prepared by virgin HDPE have much better physical and mechanical properties compared to biocomposites prepared by recycled HDPE.
The highest tensile strength value of 5.69 MPa was found on biocomposite with matrix of virgin HDPE and addition of 4 wt% MAPE. While the highest bending strength value of 0.35 MPa was obtained on biocomposites with matrix of recycled HDPE and addition of 2 wt% MAPE. The presence of a number of MAPE concentration in the mixture resulted in increased adhesion properties between rice husk and HDPE thereby increasing the physical mechanical properties of biocomposites.
Keywords : biocomposite, rice husk, plastics waste and coupling agent
iv Assalamualaikum wr. Wb.
Segala puji dan syukur kami ucapkan atas segala rahmat hidayah dan kesehatan yang telah dilimpahkan Allah SWT kepada kami sehingga kami dapat menyelesaikan penelitian ini dan dapat menyerahkan laporan riset ini tepat waktu.
Selawat dan salam juga kami sampaikan keharibaan Nabi Besar Muhammmad SAW yang telah menghantarkan kita ke dunia yang penuh dengan ilmu pengetahuan dan teknologi ini. Kami menyadari bahwa riset ini dapat terlaksana dengan baik berkat adanya pembiayaan dari Universitas Syiah Kuala, Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan, sesuai dengan Surat Perjanjian Penugasan Dalam Rangka Pelaksanaan Program Penelitian Hibah Bersaing Tahun Anggaran 2012 Nomor : 141/UN11/A.01/ APBN-P2T/2012, Tanggal 2 April 2012, untuk itu kami mengucapkan banyak terima kasih atas bantuan yang telah diberikan. Juga terima kasih kami kepada Fakultas Teknik melalui Jurusan Teknik Kimia Universitas Syiah Kuala, yang mana sebagian besar aktifitas riset ini dilakukan di laboratorium-laboratorium yang ada di Jurusan Teknik Kimia. Akhirnya rasa terima kasih kami juga disampaikan kepada semua kawan-kawan dan rekan-rekan yang telah memberikan kontribusi langsung maupun tidak langsung dalam pelaksanaan riset ini.
Kami menyadari hasil laporan ini belum memberikan hasil yang optimal, untuk itu saran yang membangun sangat kami nantikan. Kami berharap semoga hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu kami dan dapat memberikan kontribusi yang nyata bagi pengembangan industri komposit.
Penyusun
Dr. Farid Mulana, ST, M.Eng.
v
HALAMAN PENGESAHAN . . . .. . . i
A. LAPORAN HASIL PENELITIAN RINGKASAN DAN SUMMARY . . . .. . . ii
PRAKATA . . . iv
DAFTAR ISI . . . v
DAFTAR GAMBAR . . . .. . . vi
DAFTAR LAMPIRAN .. . . .. . . vii
BAB I PENDAHULUAN . . . 1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA . . . .. . . 4
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN . . . .. . . 13
BAB IV METODE PENELITIAN . . . .. . . 14
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN . . . 19
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN . . . .. . . 27
DAFTAR PUSTAKA . . . .. . . 29 LAMPIRAN
B. ARTIKEL ILMIAH
C. SINOPSIS PENELITIAN LANJUTAN
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 (a) Sekam padi dan (b) Serbuk sekam padi
Gambar 4.1 (a) Sketsa reaktor berpengaduk, (b) Reaktor berpengaduk Gambar 4.2 Skema Proses Pembuatan Biokomposit
Gambar 5.1 Hubungan antara persentase MAPE sebagai coupling agent dengan Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
Gambar 5.2 Pe Hubungan antara persentase MAPE sebagai coupling agent dengan Hasil Pengujian Modulus Patah (Bending Strenght)
Gambar 5.3 Hubungan antara persentase MAPE sebagai coupling agent dengan nilai entalpi pada papan biokomposit HDPE daur ulang dan bijih HDPE
Gambar 5.4 Kurva FTIR untuk biokomposit matriks Plastik Daur Ulang HDPE Gambar 5.5 Mekanisme reaksi esterifikasi antara kelompok hidroksil dari filler dan
kelompok anhidrida dari MAPE.
vii
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 INSTRUMEN PENELITIAN LAMPIRAN 2 CURRICULUM VITAE LAMPIRAN 3 BUKU CATATAN HARIAN LAMPIRAN 4 RINCIAN PENGGUNAAN DANA
1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan negara agraris yang sebagian besar penduduknya bermata pencaharian sebagai petani. Dari proses penggilingan padi diperoleh sekam antara 20%-30%, dedak antara 8%-12%, dan beras giling antara 50%- 63,5% dari gabah kering giling (Deptan 2008). Kandungan kimia sekam padi yaitu silika (18.80%–22.30%), selulosa (28%-38%), dan lignin (9%-20%). Sekam dikategorikan sebagai biomassa yang dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti bahan baku industri kimia dan bangunan, energi/bahan bakar, arang aktif, dan briket. Akan tetapi masih terjadi penumpukan sekam dikarenakan terlambat dalam hal penanganannya, sehingga limbah sekam padi yang tidak dimanfaatkan tersebut dapat menimbulkan permasalahan terhadap lingkungan seperti pencemaran air dan tanah (Yunus, 2007).
Sekam padi oleh kebanyakan masyarakat masih belum maksimal dimanfaatkan, bahkan dianggap sebagai bahan limbah hasil sampingan dari produksi utama pertanian yang berupa beras. Oleh karena itu perlu adanya alternatif untuk dapat lebih dimanfaatkan dibidang keteknikan, sebagai bahan penganti yang mempunyai nilai lebih dibandingkan dengan bahan yang sudah ada baik dari segi teknik, ekonomis maupun kualitas bahan tersebut.
Disisi lain besarnya produksi padi di Indonesia juga akan menghasilkan limbah sekam yang melimpah. Selama ini limbah sekam digunakan untuk pembakaran batu bata dan abunya digunakan untuk abu gosok. Dengan mengoptimalkan keunggulan sifatnya, limbah sekam dapat digunakan untuk pembuatan panel komposit.
Di lain pihak, seiring dengan perkembangan teknologi, kebutuhan akan plastik terus meningkat. Sebagai konsekuensinya peningkatan limbah plastikpun tidak terelakkan. Limbah plastik merupakan bahan yang tidak dapat terdekomposisi oleh mikroorganisme pengurai (non biodegradable), sehingga
penumpukkannya di alam dikhawatirkan akan menimbulkan masalah lingkungan (Setyawati, 2003).
Perkembangan teknologi, khususnya di bidang papan komposit telah menghasilkan produk komposit yang merupakan gabungan antara sekam padi dengan plastik daur ulang. Teknologi ini berkembang pada awal 1990-an di Jepang dan Amerika Serikat. Dengan teknologi ini dimungkinkan pemanfaatan sekam padi dan plastik daur ulang secara maksimal, dengan demikian akan menekan jumlah limbah yang dihasilkan (Setyawati, 2003).
Perkembangan teknologi material komposit yang demikian pesat telah menjadi trend baru dalam teknologi bahan. Material komposit memiliki sifat khas yang utama yaitu ringan. Oleh sebab itu sifat kekuatan dan kekakuan spesifiknya tinggi. Material komposit diproyeksikan menjadi material pengganti bahan-bahan struktural konvensional seperti logam dan kayu.
Dalam meningkatkan afinitas dan adhesi antara filler dan matriks termoplastik dalam produksi, maka ditambahkanlah coupling agent. Coupling agent adalah zat yang digunakan dalam jumlah kecil untuk merubah permukaan suatu bahan sehingga terjadi ikatan dengan permukaan lain, misalnya kayu dan termoplastik (Pritchard, 1998). Coupling agent dapat digunakan sebagai bahan penghubung untuk meningkatkan adhesi antarmuka dengan matriks untuk memperbaiki penyebaran partikel dan penurunan sifat penyerapan air pada komposit yang dihasilkan (Bledzki, 2003).
1.2 Perumusan Masalah
Bahan berbasis biomassa seperti serbuk kayu, sabut kelapa, sekam padi ataupun jerami bersifat hidrofilik, kaku serta dapat terdegradasi secara biologis.
Sifat – sifat tertentu menyebabkan bahan tersebut kurang cocok bila digabungkan dengan material non organik seperti plastik yang bersifat hidrofobik tanpa adanya penambahan coupling agent yang berfungsi sebagai bahan peningkat kekompakan antara matrix dengan filler. Dengan penambahan coupling agent ini maka akan meningkatkan sifat adhesi antara matrik dan filler dan akhirnya dapat memperbaiki sifat fisis dan mekanis biokomposit tersebut. Telah diketahui banyak
coupling agent yang dapat digunakan dalam menghasilkan WPC (Wood Polymer Composites) seperti coupling agent organik, anorganik dan organik-anorganik.
Untuk meningkatkan daya ikat (bonding) antara plastik (matrik) dengan bahan pengisi anorganik (filler) beberapa peneliti sebelumnya telah menggunakan berbagai tipe coupling agent tersebut. Bledzkia K. dkk (1998) dan Farid, M., (2012) menggunakan maleic anhydride sebagai coupling agent, Pickering K.L (2003), Qiu, M, dkk (2005) dan Shu M. dan Li S (2006) menggunakann coupling agent isocyanate sedangkan John Z. L., dkk, (2005) menggunakan maleic anhydride berbasis polimer seperti maleic anhydride polyethylene (MAPE) dan maleic anhydride polypropylene (MAPP) dalam riset mereka. Penggunaaan coupling agent maleic anhydride berbasis polimer memberikan hasil yang terbaik dimana MAPE dapat meningkatkan ikatan antar fasa secara efektif antara filler yang polar dengan poletilen yang nonpolar.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Sekam Padi
Limbah pertanian dapat berbentuk bahan buangan tidak terpakai dan bahan sisa dari hasil pengolahan. Proses penghancuran limbah secara alami berlangsung lambat, sehingga tumpukan limbah dapat mengganggu lingkungan sekitarnya dan berdampak terhadap kesehatan manusia. Padahal, melalui pendekatan teknologi limbah pertanian dapat diolah lebih lanjut menjadi hasil samping yang berguna di samping produk utamanya. Salah satu bentuk limbah pertanian adalah sekam yang merupakan buangan pengolahan padi.
Selama ini pemanfaatan kulit padi atau sekam masih kurang, hanya sebatas untuk pembuatan arang dan keperluan lainnya. Sekam padi memiliki fungsi mengikat logam berat dari limbah yang dihasilkan pabrik industri. Endapan abu sekam padi yang telah mengikat limbah logam berat bisa dimanfaatkan lagi sebagai geopolimer. Manfaat dari geopolimer adalah sebagai campuran bahan bangunan yang tahan api. Teknologi geopolimer selain ramah lingkungan juga sederhana dan tepat guna (Irhamsyah dkk., 2008).
Sekam padi mempunyai beberapa keunggulan seperti kemampuan menahan kelembaban, tidak mudah terbakar, tidak mudah berjamur, tidak berbau dan lain-lain. Pemanfaatan limbah sekam masih berpeluang besar untuk digunakan sebagai bahan rekayasa. Dengan menambahkan perekat yang murah, sekam padi ini berpotensi untuk direkayasa menjadi produk core fleksibel untuk pembuatan panel komposit sandwich.
Sekam padi merupakan lapisan keras yang membungkus kariopsis butir gabah, terdiri atas dua belahan yang disebut lemma dan palea yang saling bertautan. Pada proses penggilingan gabah, sekam akan terpisah dari butir beras dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan. Dari proses penggilingan gabah akan dihasilkan 16,3-28% sekam. Sekam dikategorikan sebagai biomassa yang
dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti bahan baku industri, pakan ternak, dan energi.
(a) (b) Gambar 2.1 (a) Sekam padi dan (b) Serbuk sekam padi
2.3 Polietilen
Plastik adalah polimer rantai panjang atom yang mengikat satu sama lain.
Rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang, atau disebut monomer.
Pengembangan plastik berasal dari penggunaan material alami (seperti: permen karet) sampai ke material alami yang di modifikasi secara kimia (seperti: karet alami) dan akhirnya ke molekul buatan manusia (seperti; epoxy, polyvinyl chloride, polyethylene) (Anonimous, 2007).
Polietilen merupakan film lunak, transparan dan fleksibel mempunyai kekuatan benturan serta kekuatan sobek yang baik, dengan pemanasan akan menjadi lunak dan mencair pada suhu 110’C. polietilen dibuat dengan proses polimerisasi adisi dari gas etilen yang diperoleh dari hasil samping dari industri minyak dan batu bara. Berdasrkan sifat permebialitas yang rendah serta sifat-sifat mekaniknya yang baik, polietilen mempunyai ketebalan 0,001 sampai 0,01 inci yang banyak digunakan sebagai pengemas makanan, karena sifatnya yang thermoplastik, polietilen mudah dibuat menjadi kantong dengan derajat kerapatan yang baik (Nurmimah, 2002).
Polimer merupakan material dengan berat molekul tinggi yang terbentuk dari pengulangan unit-unit monomer yang lebih sederhana. Plastik merupakan
polimer yang memiliki variasi jenis dan fungsi yang beragam sesuai dengan monomer penyusunnya. Untuk membedakan polimer satu dengan polimer lainnya, ada beberapa cara yang dapat digunakan. Salah satu cara yang digunakan adalah mengetahui suhu transisi kaca (Glass Transition Temperature /Tg), yaitu suhu saat plastik mulai mengalami perubahan dari bentuk padat menjadi bentuk yang lunak (Risnasari, 2006).
Polietilen merupakan film yang lunak, transparan dan fleksibel, mempunyai kekuatan benturan serta kekuatan sobek yang baik. Dengan pemanasan akan menjadi lunak dan mencair pada suhu 110oC. Berdasarkan sifat permeabilitasnya yang rendah serta sifat-sifat mekaniknya yang baik, polietilen mempunyai ketebalan 0,001 sampai 0,01 inci, yang banyak digunakan sebagai pengemas makanan, karena sifatnya yang thermoplastik yaitu polimer yang bisa mencair dan melunak. Hal ini disebabkan karena polimer - polimer tersebut tidak berikatan silang (linier atau bercabang) biasanya bisa larut dalam beberapa pelarut. Polietilen mudah dibuat menjadi kantung dengan derajat kerapatan yang baik. Polietilen dibuat dengan proses polimerisasi adisi dari gas etilen yang diperoleh dari hasil samping dari industri minyak dan batu bara (Nurmimah, 2002). Dimana polimerisasi adisi adalah reaksi penambahan (satu sama lain) molekul-molekul monomer berikatan rangkap atau siklis biasanya dengan adanya suatu pemicu berupa radikal bebas atau ion. Selama polimerisasi etilena, ada ribuan molekul etilena yang bergabung bersama membentuk polietilena.
(2.1)
Polietilen sebagai polimer termoplastik juga banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya untuk membuat plastik pembungkus makanan, mainan anak-anak, tabung dan botol plastik, packing, pelapis kabel, pipa dan lain- lain (Siagian, 2009).
Polietilen berkepadatan rendah biasa digunakan untuk barang-barang umum seperti tas plastik dan material-material serupa lainnya yang fleksibel dan berkekuatan rendah. Polietilen berkepadatan tinggi biasa digunakan membuat barang-barang seperti botol susu plastik dan wadah-wadah yang serupa, baskom
cuci, pipa plastik dan sebagainya. Biasanya terdapat huruf-huruf HDPE di dekat symbol daur ulang pada produk-produk tersebut (Siagian, 2009).
2.3.1 High Density Polietilen (HDPE)
High Density Polyethylene (HDPE) dicirikan dengan densitas yang melebihi atau sama dengan 0,941 g/cm3. HDPE memiliki derajat rendah dalam percabangannya dan memiliki kekuatan antar molekul yang sangat tinggi dan kekuatan tensil. HDPE bisa diproduksi dengan katalis kromium/silika, katalis Ziegler-Natta, atau katalis metallocene. Polietilen densitas tinggi sifatnya lebih keras, kurang transparan dan tahan panas sampai suhu 1000C. Campuran polietilen densitas rendah dan polietilen densitas tinggi dapat digunakan sebagai bahan pengganti karat, mainan anak-anak, dan lain-lain.
Polimer ini dibuat dalam kondisi yang sedikit berbeda dengan poli(etena) berkepadatan rendah. Pengemasan cabang yang lebih baik ini berarti bahwa gaya tarik Van der Waals antara rantai-rantai lebih besar sehingga plastik lebih kuat dan memiliki titik lebur yang lebih tinggi. Kepadatannya juga lebih tinggi karena pengemasan yang lebih baik dan jumlah ruang yang tidak terpakai dalam struktur lebih kecil.
Pada HDPE rantai-rantai molekul tersusun lebih teratur dibandingkan dengan LDPE, sehingga dibutuhkan kekuatan tarik yang lebih besar untuk memutuskan plastik HDPE dibanding dengan untuk plastik LDPE. Hal ini berkaitan juga dengan nilai densitas kedua jenis plastik tersebut. HDPE yang memiliki densitas yang lebih tinggi, maka strukturnya tertutup atau susunan rantai-rantai polimernya lebih rapat (Nurmimah, 2002).
2.4 Komposit
2.4.1 Pengertian komposit
Komposit ialah penggabungan dua atau lebih bahan yang berlainan untuk menghasilkan bahan baru yang mempunyai sifat yang lebih baik yang tidak dapat diperoleh dari komponen penyusunnya. Komposit yang terbentuk mempunyai sifat mekanik, sifat kimia, sifat termal dan berbagai sifat yang lebih baik.
Komposit awalnya digunakan oleh manusia sejak awal abad ke-12. Berbagai barang keperluan sehari-hari, dalam bidang keteknikan, bidang penerbangan, automobil, peralatan olah raga, perabot dan lain-lain yang dihasilkan dari komposit.
Mengacu pada pengertian di atas, komposit sekam padi plastik adalah komposit yang terbuat dari plastik sebagai matriks dan sekam padi sebagai pengisi (filler), yang mempunyai sifat gabungan keduanya. Penambahan filler ke dalam matriks bertujuan mengurangi densitas, meningkatkan kekakuan, dan mengurangi biaya per unit volume. Dari segi kayu, dengan adanya matriks polimer didalamnya maka kekuatan dan sifat fisiknya juga akan meningkat (Febrianto, 1999).
Ada tiga hal penting yang termasuk dalam pengertian komposit untuk penggunaannya dalam berbagai aplikasi, yaitu:
1. Bahan ini terdiri dari dua atau lebih material yang berbeda sifat fisik dan mekanisnya.
2. Komposit ini dapat dibuat dengan mencampurkan material-material berbeda sifat ini dalam berbagai cara dimana pemasukan dari suatu material ke dalam material lainnya dilakukan dengan suatu cara terkontrol untuk memperoleh sifat yang optimum.
3. Sifat-sifat unggul dan cukup unik jika ditinjau dari beberapa hal dibandingkan dengan sifat dari komponen penyusunnya (Hull, 1998).
Unsur penyusun suatu bahan komposit terdiri atas matriks dan penguat (reinforcement). Bagian dominan yang mengisi komposit disebut dengan matriks sedangkan bagian yang tidak dominan disebut penguat.
Secara umum ada tiga efek kombinasi yang ditawarkan oleh komposit yang berbeda dari penyusunnya, yaitu:
1. Penambahan, menghasilkan komposit dengan seluruh sifat-sifat penyusunnya.
2. Komplementasi, dimana tiap penyusun akan saling menutupi sifat satu sama lain dengan cara menyumbangkan sifat-sifat yang berbeda dan terpisah.
4. Interaksi yang terjadi apabila sifat dari penyusun terikat dengan sifat penyusun lainnya (Hull, 1998).
2.4.2 Kelebihan Komposit
Menurut Hendra (2002), bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan bahan konvensional seperti logam. Pada umumnya kelebihan tersebut dapat dilihat dari beberpa sisi yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan kemampuan fisikalnya (realibilty), kelayakan proses dan biaya.
a. Sifat-sifat mekanik dan fisikal
Gabungan matriks dan serat dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Bahan komposit mempunyai densitas yang jauh lebih rendah dibandingkan bahan konvensional. Produk komposit juga mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam.
b. Kelayakan proses
Kelayakan proses merupakan suatu kriteria yang penting dalam penggunaaan suatu bahan untuk menghasilkan produk ini karena dikaitkan dengan produktivitas dan mutu suatu produk.
c. Biaya
Biaya yang berkaitan erat dengan penghasilan suatu produk yang seharusnya memperhitugkan aspek seperti bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia dan sebagainya.
2.4.3 Proses Pembuatan Komposit
5. Pada dasarnya pembuatan komposit sekam padi plastik daur ulang tidak berbeda dengan komposit dengan matriks plastik murni. Komposit ini dapat dibuat melalui proses satu tahap, proses dua tahap, maupun proses kontinyu.
Pada proses satu tahap, semua bahan baku dicampur terlebih dahulu secara manual kemudian dimasukkan ke dalam alat pengadon (kneader) dan diproses sampai menghasilkan produk komposit. Pada proses dua tahap bahan baku plastik dimodifikasi terlebih dahulu, kemudian bahan pengisi dicampur secara bersamaan di dalam kneader dan dibentuk menjadi komposit. Kombinasi dari tahap-tahap ini dikenal dengan proses kontinyu. Pada proses ini bahan baku
dimasukkan secara bertahap dan berurutan di dalam kneader kemudian diproses sampai menjadi produk komposit (Hull, 1998).
Umumnya proses dua tahap menghasilkan produk yang lebih baik dari proses satu tahap, namun proses satu tahap memerlukan waktu yang lebih singkat.
2.4.4 Aplikasi bahan komposit
Bentuk akhir produk komposit kayu plastik umumnya dihasilkan melalui proses ekstruksi. Dengan demikian efisiensi bahan baku menjadi maksimal dan memberi keleluasaan dalam disain untuk memperbaiki sifat pengikatan, pengerasan, penguatan, pengerjaan akhir dan penyambungan. Komposit kayu plastik merupakan produk kayu yang tidak memerlukan proses lebih lanjut. Dari segi biaya komposit kayu plastik dapat menggantikan penggunaan kayu seperti untuk perabot dan pada semua tempat dimana kayu biasa digunakan. Juga secara biaya komposit kayu plastik dapat menggantikan penggunaan produk plastik seperti rangka jendela dan pada semua tempat dimana plastik biasa digunakan.
Aplikasi produk komposit kayu plastik sangat luas mulai dari sektor bangunan dan konstruksi, penggunaan didalam ruangan, otomotif, pertamanan dan penggunaan di luar hingga sektor infrastruktur.
Di sektor bangunan dan konstruksi penggunaan komposit kayu plastik berupa: rangka jendela, penutup (horizontal dan vertikal eksterior), rangka pintu, pipa/saluran, produk atap/langit-langit, sirap (papan nama) dan lain-lain. Untuk penggunaan didalam ruangan berupa panel dalam, profile dekoratif, perabot kantor, lemari dapur, rak, bingkai gambar, worktop, kerei/penutup jendela, skirting boards, susur tangga dan lain-lain. Disektor otomotif, penggunaan komposit kayu plastik berupa: pintu dan head liners, pipa/saluran, dasbor, panel dalam, rak belakang, penutup ban cadangan, helmet, lantai truk dan lain-lain.
Untuk sektor pertamanan dan penggunaan luar berupa: geladak, pagar dan tonggak pagar, perabot pertamanan, tempat perlindungan dan bangsal, bangku taman, perlengkapan tempat permainan dan lain-lain. Penggunaan komposit kayu plastik di sektor industri berupa: lantai industri, susur tangga, pilar tiang di laut/dindiing sekat kapal, bantalan kereta api dan lain-lain.
2.5 Coupling Agent
Perkembangan teknologi, khususnya di bidang komposit, telah menghasilkan produk komposit yang merupakan gabungan antara sekam padi dengan plastik daur ulang dan teknologi ini berkembang pada awal 1990-an di Jepang dan Amerika Serikat. Berbagai penelitian terdahulu telah berhasil membuat komposit dari kayu dan plastik polipropilen murni dan daur ulang dengan campuran bahan kimia sebagai compatibilizer/coupling agent, beberapa penelitian tersebut pernah dilakukan oleh peneliti-peneliti sebelumnya (Firdaus, 2006).
Coupling agent merupakan suatu bahan kimia yang dapat bereaksi dengan kedua bahan komposit baik dengan penguat maupun resin matriks. Kayu besifat hidrofilik, kaku serta dapat terdegradasi secara biologis. Sifat-sifat tersebut menyebabkan kayu kurang sesuai bila digabungkan dengan plastik, karena itu dalam pembuatan komposit kayu plastik diperlukan bantuan coupling agent (Febrianto, 1999).
Komposit yang berkualitas tinggi hanya dapat dicapai bila kayu terdistribusi dengan baik di dalam matriks. Dalam kenyataannya afinitas antara kayu dengan plastik sangat rendah karena kayu bersifat hidrofilik sedangkan plastik bersifat hidrofobik. Akibatnya komposit yang terbentuk memiliki sifat- sifat pengaliran dan moldability yang rendah dan pada gilirannya dapat menurunkan kekuatan bahan (Han, 1990).
Telah dilaporkan oleh penelitian-penelitian sebelumnya tentang cara untuk memodifikasi sifat-sifat permukaan partikel filler dalam usaha untuk meningkatkan ikatan antar mukanya dengan matriks plastik. Ada dua cara yang umum digunakan. Cara pertama adalah dengan penambahan berbagai coupling agent atau surfaktan seperti asam stearat, silan dan titanat pada pengadukan mekanik. Cara kedua adalah memodifikasi kimia filler dengan menggunakan larutan NaOH, NaOH/NH4HCO3, EDTA dan HCl atau dengan sistem Ca(OH)2– H2O–CO2 (Maldas, 1989).
2.5.1 Maleic Anhydride Polyethylene (MAPE)
Coupling agent organik pada komposit serat kayu dan polimer biasanya memiliki bi- atau kelompok multifungsi dalam struktur molekulnya. Kelompok- kelompok fungsional seperti [-(CO)2O-] dari maleat anhidrida berinteraksi dengan kelompok polar (terutama kelompok hidroksil (-OH)) selulosa dan lignin untuk membentuk kovalen atau ikatan hidrogen. Coupling agent organik dapat memodifikasi polimer matriks dengan kopolimerisasi cabang, sehingga mengakibatkan adhesi kuat bahkan silang pada antarmuka. Coupling agent dapat meningkatkan interfacial strenght, dimana berat molekul yang rendah dari campuran organik inorganik dapat meningkatkan adhesi antara filler dan matriks (Setianingsih, 2006).
Pengaruh berbagai jenis plastik tergantung pada jenis coupling agent yang digunakan. MAPE bertindak sebagai coupling agent yang efektif , untuk komposit berbasis polimer HDPE, MAPE mempunyai kinerja yang lebih baik sementara coupling agent MAPP lebih baik untuk komposit polimer berdasarkan PP.
Maleated polyethylene telah digunakan sebagai kompatibiliser dalam komposit pati / protein-polimer. MAPE secara efektif dapat meningkatkan ikatan antar muka antara kayu polar dan polyethylene non-polar (John, 2005).
Untuk mengurangi hidrofilisitas permukaan, permukaan dari serat dilapisi dengan MAPE. Selanjutnya, bagian nonpolar (PE) dari MAPE menjadi kompatibel dengan matriks, menurunkan permukaan energi dari serat, sehingga meningkatkan keterbasahannya dan dispersi dalam matriks (Mohanty, 2005).
Pada penambahan MAPE memiliki efek positif pada kekuatan tarik dan modulus Young sedangkan regangan maksimum berkurang. MAPE telah digunakan sebagai bahan penghubung untuk meningkatkan ikatan antara serat ligno-selulosa dan plastik. Mikrograf SEM menunjukkan adhesi yang baik antara RWF dan TPNR ketika bahan penghubung diterapkan. efek dari fraksi serat kayu karet dan pengaruh MAPE sifat pada mekanis properti dari komposit RWF (Rubber Wood Fiber) / TPNR (Thermoplastic Natural Rubber).Jadi, penambahan MAPE sebagai penghubung meningkatkan kinerja komposit dengan meningkatkan adhesi antara RWF dan TPNR (Sameni, 2003).
BAB III
TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
3.1 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh jenis matrik bijih HDPE (virgin HDPE) atau daur ulang HDPE (recycled HDPE) dan jumlah Maleic Anhydride Polyethylene (MAPE) sebagai coupling agent yang digunakan terhadap kualitas biokomposit yang dihasilkan dan untuk mengetahui kondisi optimum dari variabel tersebut dalam menghasilkan produk yang berkualitas terbaik.
3.2 Manfaat Penelitian
Diharapkan penelitian ini dapat menjadi dasar pengembangan dalam proses pembuatan biokomposit yang juga meningkatkan nilai tambah dari sekam padi kemudian sebagai dasar ilmu pengetahuan yang dapat menambah teori tentang proses perpindahan massa (mass transfer) .
BAB IV
METODE PENELITIAN
4.1 Alat dan Bahan 4.1.1 Alat
a. Alat Utama
Reaktor Berpengaduk yang terdiri dari Labu Leher Tiga (Pyrex), motor pengaduk dan pengaduk (Fisher Scientific, Kecepatan Maksimal 250 rpm), Penangas Minyak (Corning).
Xylene Biomassa HDPE Coupling Agent
(a) (b)
Gambar 4.1 (a) Sketsa reaktor berpengaduk, (b) Reaktor berpengaduk b. Alat Pembantu
1. Ball mill dan ayakan dengan ukuran 100-200 mesh, (Macross Testing Sieve) 2. Oven, 25-400 oC (Gallenkamp)
3. Timbangan Digital, 0-1000 gram (Metler Toledo) 4. Termometer
5. Cetakan Pengepresan
6. Hot press (Rakitan, Temperature Range 29-300oC)
4.1.2 Bahan
Bahan – bahan yang digunakan dalam penelitin ini ialah sebagai berikut:
E-3 V-1 P-1
P-2
1. Sekam padi yang diperoleh dari kilang penggilingan padi yang berada di Tungkop, Aceh Besar.
2. Plastik daur ulang diperoleh dari hasil sortiran dari jenis dan warna yang sama yang diperoleh di seputaran kota Banda Aceh sedangkan bijih plastik HDPE dibeli di Laboratorium Kimia Polimer Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Medan dengan spesifikasi sebagai berikut:
- mol wt : rata Mw ~ 125.000 - transisi suhu : Tm 130 ° C
- densitas : 0.95 g / mL pada 25 ° C
3. Maleic Anhydride Polyethylene (MAPE) sebagai Coupling Agent dibeli di Sigma-Aldrich Company Ltd. Singapura dengan spesifikasi sebagai berikut:
- viskositas : 1,700-4,500 cP (140 ° C) (lit.) - transisi suhu : Tm (DSC) 105 ° C (di puncak) 4. Pelarut Xylene dengan spesifikasi sebagai berikut:
- berat molekul : 106,1674 g / mol
- densitas : 0,868 g / mL pada 25 ° C (lit.) - kelarutan : 160 mg / L pada 20-25 0C
4.2 Perlakuan dan Rancangan Percobaan Variabel dalam penelitian ini adalah:
1. Variabel tetap
a. Waktu pengempaan : 30 menit
c. Suhu pengempaan : 150 oC (Prasetyawan, 2009) d. Ukuran partikel sekam padi : 100-200 mesh
e. Perbandingan komposisi berat sekam padi : plastik, yaitu 60:40 2. Variabel yang berubah
a. Matriks : plastik daur ulang dan bijih plastik HDPE b. Persen MAPE : 0, 1, 2, 3, 4 % berat
4.3 Metodologi Percobaan 4.3.1 Prosedur Percobaan A. Penyiapan Filler
Sekam padi yang digunakan, sebelumnya direndam dalam air panas pada suhu 100 0C selama 2 jam (sambil diaduk-aduk). Tujuan dari perendaman tersebut untuk menghilangkan zat ekstraktif seperti lemak, zat warna, tanin, damar, dan plobatanin yang terkandung di dalamnya. Setelah dilakukan perendaman, sekam padi dijemur hingga mencapai kering udara. Sekam padi selanjutnya dihaluskan dan diayak untuk menyamakan ukuran yaitu dengan ayakan 100-200 mesh kemudian dikeringkan kembali dengan menggunakan oven pada suhu 105 oC selama 24 jam hingga mencapai kadar air 2% - 3%. Setelah itu, sekam padi disimpan di dalam desikator untuk mencegah kontak dengan udara luar dan juga untuk menyerap sisa-sisa air terikat yang terkandung di dalam sekam padi sebelum dilakukan proses pembuatan.
B. Penyiapan Matriks
Plastik daur ulang HDPE sebelumnya dilakukan pemotongan dengan ukuran yang kecil kemudian disortir dengan warna yang sama yaitu diambil yang berwarna putih. Selanjutnya, dicuci dengan menggunakan detergent yang bertujuan untuk memisahkan material-material asing yang terdapat pada HDPE daur ulang. Setelah itu, HDPE daur ulang dibilas dengan air bersih dan dikeringkan dengan sinar matahari. Setelah dikeringkan, kemudian disimpan di dalam plastik tertutup lalu diovenkan pada suhu 105 oC selama 24.
C. Proses Pembuatan
Adapun tahap pembuatan papan biokomposit ini adalah sebagai berikut:
1. Plastik daur ulang jenis polietilen dan limbah padat yang telah diayak dan dikeringkan kemudian ditimbang sesuai dengan perbandingan yang ditentukan yaitu sekam padi sebanyak 60 gram dan plastik sebanyak 40 gram.
2. Dipasang labu leher tiga kedalam penangas.
3. Plastik daur ulang sebanyak 40 gram dimasukan ke dalam labu leher tiga dan ditambahkan pelarut xylene 20% sebanyak 250 ml untuk mencairkan plastik tersebut.
4. Dihidupkan penangas dan set temperatur sekitar 145 0C sesuai dengan titik leleh plastik HDPE.
5. Sekam padi dan Maleic Anhydride Polyethylene (MAPE) dimasukkan setelah plastik daur ulang mencair dan diaduk hingga homogen selama ± 30 menit.
6. Campuran yang sudah homogen dikeluarkan dari labu dan dituang ke dalam cawan kemudian dibiarkan hingga pelarut menguap selama 24 jam.
7. Dilakukan pengempaan dengan hot press pada suhu 150 °C dengan tekanan 25 kg/cm2 selama 30 menit (Prasetyawan, 2009).
8. Dibiarkan hingga suhu biokomposit konstan dan dibentuk sesuai standar pengujian
9. Dilakukan pengujian kekerasan, uji tarik, modulus patah, uji termal untuk mengetahui sifat mekanis dan fisis dari biokomposit yang dihasilkan.
Persiapan filler sekam padi
(perendaman dengan air panas pada suhu 100 0C selama 2 jam, pengayakan dan pengeringan pada suhu 105 0C selama 24 jam)
Persiapan matriks plastik daur ulang HDPE
(pemotongan, pencucian, pengeringan dengan sinar matahari, dan penyimpanan di dalam plastik tertutup kemudian diovenkan)
Pencairan plastik HDPE menggunakan xylene disertai pengadukan pada suhu 145
0C selama 30 menit
Pencampuran dengan Sekam padi dan Maleic Anhydride Polyethylene (MAPE) serta HDPE hingga homogen selama 30 menit
Pengempaan pada suhu 150°C dengan tekanan 25 kg/cm2 selama 30 menit
Pengujian kekerasan, uji tarik, uji modulus patah, uji termal dan FTIR
Gambar 4.2 Skema Proses Pembuatan Biokomposit
4.3.2 Tahap Analisa dan Pengujian
Adapun analisa dan pengujian yang akan dilakukan pada penelitian ini adalah:
1. Uji tarik menggunakan alat Electronic System Universal Testing Machine Type : SC-2DE Japan sesuai ASTM D 638-99 pada Laboratorium Pusat Penelitian Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
2. Uji modulus patah menggunakan alat Electronic System Universal Testing Machine Type : SC-2DE Japan sesuai ASTM D 638-99 pada Laboratorium Pusat Penelitian Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
3. Uji termal menggunakan alat DSC-60 Simadzu di Laboratorium Teknik Reaksi dan Katalisis Teknik Kimia Unsyiah.
4. Untuk mengetahui jenis ikatan yang terjadi pada biokomposit dilakukan pengujian FTIR (Fourier Transformer Infra Red) menggunakan alat IR Prestige-21 Shimadzu di Laboratorium Teknik Lingkungan Teknik Kimia Unsyiah.
BAB V
HASIL DAN PEMBAHASAN
Studi literatur menyatakan bahwa sifat-sifat mekanik, sifat termal dan jenis ikatan dari biokomposit yang dihasilkan selain dipengaruhi oleh jenis matrik yang digunakan juga tergantung pada coupling agent yang tambahkan. Salah satu coupling agent yaitu Maleic Anhydride Polyethylene (MAPE) adalah yang efektif dan cocok untuk menghasilkan biokomposit pada matrik yang berbasis polimer jenis HDPE. MAPE telah digunakan sebagai bahan penghubung untuk meningkatkan ikatan adhesi antara serat ligno-selulosa yang berasal dari filler yang berbasis biomassa dan matrik berbasis plastik. (Sameni, dkk, 2004)
5.1 Sifat-sifat Mekanis
Sifat mekanis papan komposit adalah sifat yang berhubungan dengan ukuran kemampuan komposit untuk menahan gaya luar yang bekerja pada komposit tersebut. Sifat-sifat mekanis yang diuji pada penelitian ini adalah nilai kekuatan tarik (tensile strength) dan nilai modulus patah (bending strength). Hasil pengujian dari penelitian ini kemudian dibandingkan dengan standar SNI 03- 2105-1996 dan JIS A5908.
5.1.1 Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
Hasil pengujian kekuatan tarik (tensile strength) untuk papan biokomposit dengan matrik plastik daur ulang HDPE dan bijih HDPE ditunjukkan pada Gambar 5.1
Gambar 5.1 Hubungan antara persentase MAPE sebagai coupling agent dengan Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
Dari gambar tersebut terlihat bahwa perubahan nilai kekuatan tarik meningkat dengan bertambahnya persentase MAPE baik untuk biokomposit dengan matrik plastik daur ulang HDPE maupun bijih HDPE. Nilai kekuatan tarik optimum diperoleh pada biokomposit berbasis bijih HDPE dengan persentase MAPE 3 % berat yaitu 5,59 MPa, sedangkan untuk biokomposit dengan matrik daur ulang HDPE nilai optimum kekuatan tarik diperoleh pada penambahan MAPE sebesar 4% berat yaitu 4,41 MPa. Pada biokomposit dengan menggunakan matrik bijih HDPE, nilai kekuatan tarik jauh lebih besar dibandingkan dengan biokomposit berbasis plastik daur ulang HDPE pada semua kondisi yang dilakukan. Hal ini dapat disebabkan karena bentuk permukaan pori- pori bijih plastik HDPE tidak terlalu besar dibandingkan dengan permukaan pori- pori plastik daur ulang HDPE dan juga pada saat pencampuran keadaan sampel yang menggunakan bijih plastik HDPE terlihat lebih mengental dengan waktu pelelehannya pun lebih lama dari plastik daur ulang HDPE. Hal ini juga menunjukkan bahwa pencampuran yang lebih homogen juga terjadi pada biokomposit berbasis bijih plastik.
Prachayawarakorn dkk (2008) juga menemukan terjadinya penurunan kekuatan tarik setelah penambahan coupling agent yang berlebih yang disebabkan rendahnya interaksi antarmuka komponen campuran, yang akan mengakibatkan pecahnya struktur mekanis di antarmuka campuran. Kamal, dkk (2008) menemukan bahwa peningkatan kekuatan tarik disebabkan oleh pembentukan ikatan ester antara kelompok anhidrida karbonil dari coupling agent dan kelompok hidroksil dari filler. Namun demikian Fatih, dkk (2008) menemukan bahwa jenis plastik yang digunakan tidak berpengaruh secara signifikan terhadap kualitas komposit. Akan tetapi jumlah coupling agent memiliki dampak yang signifikan terhadap kekuatan tarik yang berarti bahwa penambahan coupling agent meningkatkan kekuatan tarik karena terjadinya peningkatan adhesi antara plastik dan filler.
Dari hasil di atas, diketahui bahwa nilai kekuatan tarik (tensile strength) dari biokomposit berbasis HDPE murni dan HDPE daur ulang telah memenuhi standar menurut SNI 03-2105-1996 dimana nilai kekuatan tarik minimum yang disyaratkan adalah 0,15 MPa– 0,29 MPa.
5.1.2 Modulus Patah (Bending Strength)
Hasil pengujian modulus patah (bending Strength) untuk papan biokomposit dengan matrik plastik daur ulang HDPE dan bijih HDPE ditunjukkan pada Gambar 5.2.
Gambar 5.2 menunjukkan bahwa nilai bending strength yang optimum untuk biokomposit berbasis bijih HDPE diperoleh pada penambahan MAPE sebesar 3 % berat yaitu sebesar 0,35 MPa. Sedangkan pada biokomposit dengan matrik plastik daur ulang HDPE didapatkan bahwa semakin meningkat persentase MAPE maka nilai bending strength pun mengalami peningkatan dimana nilai maksimum sebesar 0,25 MPa didapat pada persentase MAPE 4 %. Keberadaan sejumlah MAPE dalam campuran menyebabkan meningkatnya sifat adhesi antara sekam padi dengan HDPE yang disebabkan oleh proses esterifikasi antara gugus anhidrid dari MAPE dengan gugus hidroksil dari sekam padi.
Gambar 5.2 Hubungan antara persentase MAPE sebagai coupling agent dengan Hasil Pengujian Modulus Patah (Bending Strenght)
Kamal, dkk (2008) juga mengkorfimasi bahwa penambahan coupling agent secara signifikan juga meningkatkan modulus patah serta kekakuan komposit. Nilai modulus patah pada komposit dengan coupling agent MAPE mengalami kenaikan dibandingkan dengan komposit tanpa menggunakan MAPE.
Hal ini karena penambahan MAPE dapat meningkatkan kompatibilitas antara filler dengan HDPE yang dalam hal ini juga mengurangi penyerapan air dan meningkatkan stabilitas dan sifat mekanik komposit.
Dari hasil di atas, diperoleh bahwa nilai modulus patah (bending strength) dari biokomposit baik dengan menggunakan matriks plastik daur ulang HDPE dan bijih HDPE tidak memenuhi standar JIS A5908 dan SNI 03-2105-1996.
Berdasarkan JIS A5908 dan SNI 03-2105-1996, modulus patah standar minimum yang dibolehkan masing-masing adalah 8,04 MPadan 9,81 MPa.
5.2 Uji Termal
Pada Gambar 5.3 dapat dilihat banyaknya jumlah kalor yang diperlukan untuk melelehkan papan biokomposit dengan matriks plastik daur ulang HDPE dan bijih HDPE.
Gambar 5.3 Hubungan antara persentase MAPE sebagai coupling agent dengan nilai entalpi pada papan biokomposit HDPE daur ulang dan bijih HDPE
Jumlah kalor yang terbesar untuk melelehkan biokomposit berbasis bijih HDPE terdapat pada persentase MAPE sebesar 4% berat yaitu 788 J/g. Sedangkan jumlah kalor terendah diperoleh untuk biokomposit berbasis bijih HDPE yang tanpa penambahan MAPE yaitu 172 J/g. Secara umum semakin banyak persentase MAPE yang digunakan maka semakin besar pula kalor yang dibutuhkan untuk melelehkan papan biokomposit. Hal ini dapat terjadi karena dengan semakin banyaknya MAPE yang ditambahkan maka interaksi antara ikatan dari sekam padi dan HDPE semakin kuat sehingga dibutuhkan panas yang lebih besar untuk meleleh kembali biokomposit tersebut. Secara umum jumlah kalor biokomposit berbasis bijih HDPE lebih tinggi dibandingkan dengan matriks daur ulang HDPE.
Hal ini disebabkan karena adanya pengurangan energi yang dibutuhkan untuk melelehkan biokomposit berbasis daur ulang HDPE karena plastik jenis ini sebagian sifat-sifatnya telah mengalami degradasi disamping adanya penambahan bahan-bahan aditif lainnya dalam proses sebelumnya dibandingkan bijih HDPE murni. Untuk temperatur leleh (Tm) dari setiap papan biokomposit diperoleh hasil yang berbeda-beda. Papan biokomposit dengan matriks HDPE daur ulang,
mempunyai temperatur leleh rata-rata sekitar 132,76 0C sedangkan untuk papan biokomposit dengan matriks bijih HDPE memiliki temperatur leleh rata-rata 134,69 0C.
5.3 Pengujian FTIR (Fourier Transform Infra Red)
Pada Gambar 5.4 disajikan spektrum hasil uji FTIR terhadap papan biokomposit dengan matrik plastik daur ulang HDPE. Pada gambar tersebut terlihat adanya persamaan pola spektrum pada masing-masing biokomposit baik yang tanpa penambahan MAPE dan dengan penambahan MAPE dari 1 % sampai 4 % berat. Hal ini menunjukkan bahwa semua biokomposit memiliki jenis gugus fungsi yang serupa yaitu spektrum yang berasal dari gugus dari bahan filler sekam padi. Namun demikian juga terlihat adanya perbedaan pada tinggi dan besarnya puncak kurva yang menunjukkan adanya perbedaan kadar gugus fungsi penyusun.
Gambar 5.4 Kurva FTIR untuk biokomposit matriks Plastik Daur Ulang HDPE
Pada kurva biokomposit dengan komposisi MAPE dari 0 % sampai 4 % berat terlihat adanya puncak – puncak pada bilangan gelombang 1053 cm-1 yang menunjukkan adanya serapan gugus –OH yang merupakan gugus penyusun selulosa yang terdapat di dalam filler sekam padi. Penyerapan air oleh selulosa
tergantung pada jumlah gugus-gugus –OH bebas atau lebih tepat pada gugus- gugus –OH yang tidak terikat satu dengan lainnya.
Peningkatan ikatan adhesi diantara filler dan matrik seperti yang ditunjukkan dalam meningkatnya sifat mekanik dalam komposit disebabkan oleh adanya ikatan hidrogen (Balasuriya, P.W. dkk, 2002). Menurut Basuki (2005), kandungan selulosa yang mempunyai gugus hidroksil yang mampu membentuk ikatan hidrogen juga dapt ditemukan pada bilangan gelombang 3425 cm-1.
Gambar diatas memperlihatkan dua puncak yang menonjol yaitu pada bilangan gelombang 2923 cm-1 terdapat vibrasi –CH stretching yang mengindikasikan pembentukan ikatan antara filler dan matriks dan bilangan gelombang 1724 cm-1 yang merupakan gugus karbonil C=O yang dikaitkan dengan kelompok karbonil lignin dan selulosa. Mohanty, S. dkk (2006) mengkonfirmasikan bahwa indeks karbonil untuk plastik daur ulang HDPE menunjukkan sejumlah degradasi polimer. Plastik daur ulang HDPE menunjukkan kisaran bilangan gelombang antara 1740-1715 cm-1 (karena gugus karbonil) dan 1640 cm-1 (karena ikatan rangkap), yang menandakan adanya degradasi.
Komposit dimodifikasi dengan penambahan coupling agent mempunyai konsentrasi karbon yang tinggi, tetapi konsentrasi oksigennya rendah. Ini menunjukkan bahwa komposisi kimia antarmuka dipengaruhi oleh jenis coupling agent dan struktur, konsentrasi coupling agent, dan reaksi dari coupling agents dengan filler dan matriks polimer.
5.4 Pengaruh MAPE (Maleic Anhydride Polyethylene)
MAPE (Maleic Anhydried Polyethylene) telah digunakan sebagai compatibilizer pada pembuatan papan komposit. Dari beberapa penelitian sebelumnya dinyatakan bahwa MAPE lebih efektif meningkatkan ikatan permukaan antara filler dengan matriks plastik. Oleh karena itu, mekanisme MAPE pada antarmuka di dalam biokomposit diperlihatkan pada gambar berikut.
Selulosa MAPE ikatan ester
Gambar 5.5 Mekanisme reaksi esterifikasi antara kelompok hidroksil dari filler dan kelompok anhidrida dari MAPE.
Reaksi antara filler yang mempunyai gugus OH dengan MAPE dengan kelompok anhydride bereaksi membentuk ester pada MAPE. Selain itu, bagian dari HDPE juga cenderung mendekati MAPE yang bersifat hidrofobik sehingga rantai panjang dari HDPE menurunkan tegangan permukaan. Gugus hidroksil yang terdapat pada filler yang mempunyai sifat hidrofilik tidak mudah bercampur dengan matriks HDPE yang bersifat hidrofobik. Oleh karena itu, untuk mengurangi hidrofilisitas permukaan dari filler tersebut maka permukaan sekam padi harus dilapisi dengan coupling agent MAPE. MAPE dengan kelompok hidroksil dari filler membentuk ikatan ester. Selanjutnya, bagian nonpolar dari HDPE yang dipadukan dengan MAPE menjadi kompatibel dan juga pada saat yang sama menurunkan energi permukaan dari filler, sehingga meningkatkan keterbasahannya dan dispersi dalam matriks secara sempurna.
Mohanty dkk., 2007 juga mendapati bahwa pembuatan komposit dengan pemakaian coupling agent MAPE dapat meningkatkan kekuatan mekanik dibandingkan dengan pembuatan komposit tanpa MAPE. Komposit yang disiapkan hanya dengan persentase MAPE 1% dapat meningkatkan kekuatan tarik dan lentur. Hal ini terjadi karena peningkatan adhesi permukaan antara filler dan matriks dengan penambahan MAPE.
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Biokomposit yang dihasilkan dari sekam padi dan matrik bijih HDPE memberikan sifat mekanis yang lebih baik dibandingkan dengan menggunakan matrik daur ulang HDPE.
2. Nilai kekuatan tarik tertinggi terdapat pada biokomposit yang berbasis plastik bijih plastik HDPE pada penambahan 4% berat MAPE yaitu sebesar 5,69 Mpa. Sedangkan nilai modulus patah yang tertinggi diperoleh pada biokomposit yang berbasis bijih plastik HDPE pada penambahan 2% berat MAPE yaitu sebesar 0,35 Mpa.
3. Nilai kekuatan tarik baik biokomposit yang berbasis daur ulang HDPE dan bijih HDPE sudah memenuhi standar minimum SNI 03-2105-1996 sedangkan untuk nilai modulus patah belum memenuhi.
4. Keberadaan sejumlah MAPE dalam campuran menyebabkan meningkatnya sifat adhesi antara sekam padi dengan HDPE sehingga meningkatkan sifat fisis mekanis biokomposit.
6.2 Saran
Pada penelitian selanjutnya sebaiknya juga menggunakan inisiator seperti Benzoil Peroxida (BPO) yang berfungsi untuk menambah kinerja dari coupling agent yang akan meningkatkan kualitas papan biokomposit.
Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terimakasih atas pendanaan penelitian ini kepada Universitas Syiah Kuala, Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan, sesuai dengan
Surat Perjanjian Penugasan Dalam Rangka Pelaksanaan Program Penelitian Hibah Bersaing Tahun Anggaran 2012 Nomor : 141/UN11/A.01/APBN-P2T/2012.
Terima kasih disampaikan juga kepada Azizah Wahjuni dan Rheza Nugraha, atas bantuan dan kerjasamanya dalam membantu pelaksanaan penelitian ini dan kepada Jurusan Teknik Kimia Universitas Syiah Kuala atas dukungan dan bantuannya baik administrasi maupun peralatan laboratorium.
DAFTAR PUSTAKA
Anonimous, 2007, Plastik, www.Chem-is-try.org/plastik (tanggal Akses 10 Mei 2012).
Balasuriya, P. W. dkk., 2002, Mechanical Properties of Wood Flake–Polyethylene Composites. II. Interface Modification, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 83, 2505–2521
Basuki, 2005, Wood-Fiber Reinforced Thermoplastics for Structural Housing and Automotive Interior Aplications, Sentra Teknologi Polimer, Tangerang Bledzkia K. dkk., 1998, Thermoplastics Reinforced with Wood Fillers : A
literature review, Polymer-plastics technology and engineering, vol. 37, pp. 451-468
Carrol D.R dkk, 2001, Structural Proposal of Recycled Plastics/sawdust Lumber Decking Planks, Resources, Conservation and Recycling, 3, 241-468, USA Farid M., 2012, Penggunaan Maleid Anhidrid sebagai Coupling Agent dalam
Pembuatan Komposit Berbasis Biomassa Sabut Kelapa/Jerami dan Limbah Plastik HDPE, Accepted on Jurnal Hasil Penelitian Industri, Baristand, Banda Aceh
Fatih, M., dkk, 2008, Thermal Degradation, Mechanical Properties and Morphology of Wheat Straw Flour Filled Recycled Thermoplastic Composites, Sensors, 8, 500-519
Febrianto, F., 1999, Preparation And Properties Enhancement Of Moldable Wood – Biodegradable Polymer Composites, Kyoto University, Doctoral Dissertation, Division of Forestry and Bio-material Science. Faculty of Agriculture.
Firdaus, F., 2006, Karakteristik Mekanik Produk Fiberboard dari Komposit Sampah Plastik (Thermoplastic)-Limbah Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS), Universitas Islam Indonesia, Yogyakarta.
Harper dan Charles A., 1999. Modern Plastic Handbook, McGraw-Hill
Hull, D., 1988, An Introduction to Composite Materials, Cambridge University Press, London.
Irhamsyah, 2008, Pemanfaatan Sekam Padi sebagai Pengikat Limbah Logam Berat, FMIPA UNM, Makassar.
John Z. L., dkk., 2005, Maleated wood-fiber/high-density-polyethylene composites: Coupling mechanisms and interfacial characterization, Composite Interfaces, Vol. 12, No. 1-2, pp. 125–140
Kamal, B.A, dkk., 2008, Dimensional Stability and Mechanical Behaviour of Wood-Plastic Composites Based On Recycled and Virgin High-Density Polyethylene (HDPE), Composites Part B vol. 39, 807-815
Maldas, D., 1989, Influence of coupling agents and treatments on the mechanical properties of cellulose fiber-polystyrene composites. J. Appl. Polym. Sci.
37: 751-775.
Mohanty, S. dkk. 2006, Dynamic mechanical and thermal properties of MAPE treated jute/HDPE composites, Composites Science and Technology 66, 538–547
Mohanty, S. dkk. 2007, Rheological Characterization of HDPE/Sisal Fiber Composites, Polymer Engineering and Science 1634 - 1642
Nurmimah, M., 2002, Penelitian Sifat Berbagai Bahan Kemasan Plastik dan Kertas serta Pengaruhnya terhadap Bahan yang Dikemas, http://library.usu.ac.id/download/fp/fp-mimi.pdf.
Pickering, K. L. dkk, 2003, The effect of silane coupling agents on radiata pine fibre for use in thermoplastic matrix composites, Composites Part A:
Applied Science and Manufacturing Vol. 34, 10, 915-926
Prachayawarakorn, J. dkk., 2008, Effects of Silane and MAPE Coupling Agents on the Properties and Interfacial Adhesion of Wood-Filled PVC/LDPE Blend, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 108, 6, 3523–3530
Prasetyawan, D., 2009, Sifat Fisis dan Mekanis Papan Komposit dari Serbuk Sabut Kelapa (Cocopeat) dengan Plastik Polyethylene, Departemen Hasil Hutan, Fakultas Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Bogor.
Pritchard, G., 1998. Quick reference guide. Page 12 in Plastics additives: An A-Z reference. G. Pritchard, ed. Chapman and Hall, New York, NY.
Qiu, M, dkk., 2005, Isocyanate as a compatibilizing agent on the properties of highly crystalline cellulose/polypropylene composites, Journal of Materials Science 40, 3607 – 3614
Roger M. R, 2007, Challenges in Biomass–Thermoplastic Composites, J Polym Environ, 15:229–235
Sameni, J.K. dkk., 2004, Effect of MAPE on the Mechanical Properties of Rubber Wood Fiber/Thermoplastic Natural Rubber Composites, Advances in Polymer Technology, Vol. 23, No. 1, 18–23
Setianingsih, L., 2006, Pengaruh coupling agent Maleic Anhydride (MA) terhadap struktur dan sifat mekanik bahan komposit Polipropilena/SiO2, Jurusan Teknik Kimia ITS, Surabaya.
Setyawati, D., 2003, Sifat Fisis dan Mekanis Komposit Serbuk Kayu Plastik Polipropilena Daur Ulang, [Thesis], Program Pascasarjana Institut Pertanian Bogor, Bogor.
Siagian, K.A., 2009, Pemanfaatan Limbah Plastik Polietilena (PE) sebagai Matriks Komposit dengan Bahan Penguat Serat Kaca, Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan Alam, USU, Medan.
Shu M. dan Li S., 2006, Impact of Coupling Agent on Properties of Wood Plastic Composite, China Forest Products Industry 33(4) 30-32
Standar Nasional Indonesia, 2006, Badan Standardisasi Nasional SNI 03-2105- 2006 Papan Partikel, Indonesia.
Yunus, N., 2007, Papan Partikel dari Sekam Padi, Singkat Pengenalan, http://translate.google.co.id/translate?hl=id&langpair=en|id&u=http://publi cweb.kukum.edu.my/~nordin.y/RH%2520Paper.doc. html [3 Maret 2012].
1
LAMPIRAN 1 INSTRUMEN PENELITIAN
LAMPIRAN 2 CURRICULUM VITAE
1.1 Nama Lengkap (dengan gelar) Dr. Farid Mulana, ST, M.Eng.
1.2 Jabatan Fungsional Lektor
1.3 NIP/NIK/No. Identitas lainnya 197202081997021001 1.4 Tempat dan Tanggal Lahir Dilip Lamtengah/08-02-1972
1.5 Alamat Rumah Jl. Prada 1 Lr. Seulanga No 20 Kp. Pineung Banda Aceh
1.6 Nomor Telepon/Faks -
1.7 Nomor HP 08126989750
1.8 Alamat Kantor Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Unsyiah 1.9 Nomor Telepon/Faks 0651-7412301 fax 0651-7552421
1.10 Alamat e-mail [email protected] 1.11 Matakuliah yang diampuh Proses Industri Kimia 1
Proses Industri Kimia 2
Termodinamika Teknik Kimia 1 Termodinamika Teknik Kimia 2 Neraca massa dan energi
II RIWAYAT PENDIDIKAN
2.1 Program: S1 S2 S3
2.2 Nama Perguruan
Tinggi UNSYIAH
Banda Aceh Toyohashi University of
Technology, Jepang Toyohashi University of Technology, Jepang 2.3 Bidang Ilmu Teknik Kimia Material Science Functional Materials
Engineering
2.4 Tahun Masuk 1990 2000 2002
2.5 Tahun Lulus 1996 2002 2005
1.6 Judul
Skripsi/Tesis/
Disertasi
Pra-rencana Pabrik Asam Salisilat
Preparation And Characterization Of Hydrogen Absorbing Composites
Development Of Hydrogen Absorbing Composites Prepared By Mechanical Milling Of Transition Metals And Alanates With Carbonaceous Materials 1.7 Nama
Pembimbing/
Promotor
Ir. Faisal Daud.
M.Sc
Prof. Dr. Nobuyuki Nishimiya
Prof. Dr. Nobuyuki Nishimiya
III PENGALAMAN PENELITIAN
No Tahun Judul Pendanaan
Sumber* Jml (Juta Rp) 1 2010 Pembuatan Kayu Komposit dari Plastik Daur Ulang
dengan Memanfaatkan Limbah Serbuk Kayu, Sekam Padi, Sabuk Kelapa dan Jerami sebagai Filler
Rusnas, DP2M DIKTI
Rp 50 juta
2 2008 Pembuatan Kayu Komposit dari Limbah serbuk Kayu dan Plastik Polietilen
Mandiri Rp 30 juta 3 2011 Peningkatan Reaktivitas Absorbent Ca(OH)2 untuk
Penyisihan SO2 Hasil Pembakaran Sampah Menggunakan Bag Filter Reaktor: Percobaan dan Modelling (Tahun-2)
Rusnas, DP2M DIKTI
Rp 100 juta
4 2010 Peningkatan Reaktivitas Absorbent Ca(OH)2 untuk Penyisihan SO2 Hasil Pembakaran Sampah Menggunakan Bag Filter Reaktor: Percobaan dan Modelling (Tahun-1)
Rusnas, DP2M DIKTI
Rp 100 juta
Sodium Tripolyphousphate (STTP) Terhadap Kualitas Cat Tembok Emulsi
6 2009 Studi Produksi Biodiesel Minyak Goreng Dengan Proses Heterogen Berbasis Katalis Zeolit Alam dan Kinerja Mesin
Rusnas, DP2M DIKTI
Rp 100 juta
7 2009 Studi Produksi Biodiesel dari Minyak Biji Kapas dan Kinerja Mesin
Hibah Bersaing, DIPA Unsyiah
Rp 49,4 juta
8 2008 Studi Penghilangan Cr(III) dari Limbah Cair dengan Menggunakan Larutan Alkali: Percobaan dan Modelling
Stranas, DP2M DIKTI
Rp 100 juta
9 2007 Peningkatan Mutu Minyak Nilam Aceh Menggunakan Proses Adsorpsi Dan Pengkelatan Serta Distilasi Fraksinasi
BRR-NAD Rp 100 juta
10 2006 Hydrogen Absorbing Materials in Carbonaceous-Metal Hydride
Monbukog aku, Jepang
Rp 200 juta 11 2006 Application of Mechanical Milling to Synthesize a Novel
Quarterly Hydride
Monbukog aku, Jepang
Rp 100 juta 12 2005 Application of Ball Milling Method to Synthesize Multi-
Component Hydrogen Storage Materials Based on Lithium
Monbukog aku, Jepang
Rp 200 juta
IV PENGALAMAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
No Tahun Judul Pendanaan
Sumber* Jml (Juta Rp) 1 2008 Pemberdayaan Potensi Desa Cot Karing, Kecamatan
Blang Bintang, Kabupaten Aceh Besar, melalui Pemanfaatan Limbah Air Kelapa Menjadi Sirup Kelapa Serta Teknik Pembuatan dan Pengemasannya
Ipteks, DP2M DIKTI
Rp 10 juta
2 2007 Pembuatan Tungku Briket Bioarang Sebagai Energi Alternatif di Aceh Pasca Gempa dan Tsunami Seiring Dengan Naiknya Harga BBM. Vucer Pengabdian masyarakat. di Desa Rukoh Darussalam, Banda Aceh
Vucer, DP2M DIKTI
Rp 10 juta
3 2006 Pelatihan Bidang Penyehatan Lingkungan Permukiman Kab./Kota Provinsi NAD
APBD NAD TK I
Rp 60 juta
4 2006 Penanganan dan Managemen Sampah di Lingkungan Shelter IOM Banda Aceh/Aceh Besar (Handling and management of solid waste in IOM shelter around Banda Aceh/Aceh Besar) di Desa Cot Sawa Shelter (Komplek Perhubungan 1 dan 2), Aceh Besar (kerjasama IOM-Teknik Kimia Unsyiah
ECHO, EU, IOM
Rp 900 juta (total dana)
No Tahun Judul Artikel Ilmiah Volume/Nomor Nama Jurnal 1 2006 Application of Mechanical Milling to
Synthesize a Novel Quarterly Hydride
Vol. 412 pp. 273- 280
Journal of Alloys and Compounds 2 2004 Preparation and Characterization of
Carbonaceous Material-Based Hydrogen Absorbing Composite
Vol. 372 pp. 243- 250
Journal of Alloys and Compounds 3 2004 Synthesis of Hydrogen Sorbing
Carbonaceous Composites by Mechanical Milling
Vol. 29 No. 1, pp.
33-40
Journal of The Hydrogen Energy Systems Society of Japan
4 2003 A Study of Hydrogen Sorbing Material for Water Resistant application
Vol. 2, N0. 2, hal 72
Jurnal Rekayasa Kimia &
Lingkungan, ISSN 1412-5064, Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidak-sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima risikonya.
Demikian biodata ini saya buat dengan sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan Hibah Bersaing.
Banda Aceh, 23 Nopember 2012 Ketua Peneliti,
(Dr. Farid Mulana, ST, M.Eng.)
