PENGARUH KOMPOSISI BAHAN PENGERAS
(GYPSUM) TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK
PAPAN PARTIKEL RESIN POLIESTER BERPENGISI
SERBUK KULIT KERANG
SKRIPSI
Oleh
BILLY TANUJAYA
120405097
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PENGARUH KOMPOSISI BAHAN PENGERAS
(GYPSUM) TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK
PAPAN PARTIKEL RESIN POLIESTER BERPENGISI
SERBUK KULIT KERANG
SKRIPSI
Oleh
BILLY TANUJAYA
120405097
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
JUNI 2016
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini
merupakan Skripsi dengan judul “Pengaruh Komposisi Bahan Pengeras (Gypsum) terhadap Sifat Fisik dan Mekanik Papan Partikel Resin Poliester Berpengisi
Serbuk Kulit Keramg” 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 industri tentang pemanfaatan limbah kulit kerang yang dapat diolah lebih lanjut sehingga memiliki potensi untuk dijadikan bahan baku dalam pembuatan produk papan partikel.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. M. Hendra S. Ginting, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing atas
kesabarannya dalam membimbing penulis pada penyusunan dan penulisan skripsi ini.
2. Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen
Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas
Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4. Dr. Ir. Iriany, M.Si selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran
dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
5. Dr. Maulida, S.T., M.Sc. selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan
kritik dan saran yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
6. Dr. Ir. Indra Surya, M.Sc. dan Dr. Halimatuddahlian, ST, M.Sc selaku
iv
7. Seluruh staf Dosen Teknik Kimia USU, yang telah mendidik dan
membagikan ilmu kepada penulis selama perkuliahan.
8. Pegawai Departemen Teknik Kimia USU, yang telah membantu penulis
dalam hal administrasi selama perkuliahan. 9. Fendi Suwito, selaku partner penelitian penulis.
10. Sahabat - sahabat tercinta, Elmer Surya ST, Tommy Arysaputra ST,
Addryanus Tantra ST, Adrian Hartanto ST, Kelvin Hadinatan ST, Andri Rusli ST, Sukardi ST, Kenrick, Alvian, Kelvin Kosasih, Nike Taruna dan Meilia Rusli yang telah memberikan semangat dan dorongan kepada penulis untuk melakukan penelitian.
11. Rekan-rekan asisten Laboratorium Kimia Analisa, Yoshi Rahman ST,
Joko Mulia Pratama, Aulia Bismar Panduana, Siti Maysarah, Florentina Pandiangan, Siti Maysarah.
12. Abang dan kakak senior, teman-teman stambuk 2012, dan adik-adik stambuk 2013 hingga 2015 yang tidak dapat disebutkan 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, Juni 2016 Penulis
Billy Tanujaya
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini
kepada keluarga besar penulis atas
dukungan dan kasih sayang mereka,
terutama kepada orang tua,
Tsjan Nam Sang dan Jo Hong Mui
serta abang dan adik
Andy Tanujaya
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Billy Tanujaya NIM : 120405097
Tempat/Tgl. Lahir : Medan, 25 Maret 1994 Nama orang tua : Tsjan Nam Sang
Jo Hong Mui Alamat orang tua :
Jalan Pajang No. 39 Asal Sekolah
SD Swasta Methodist-3 Medan, tahun 1999-2005
SMP Swasta Methodist-3 Medan, tahun 2005-2008
SMA Swasta Methodist-3 Medan, tahun 2009-2012 Pengalaman Organisasi/Kerja :
1. Asisten Laboratorium Kimia Analisa tahun 2014-2016 modul : Permanganometri, Asidi-Alkalimetri, Gravimetri, Kromatografi Kertas dan Identifikasi Logam Fe dengan Reaksi Warna.
2. Kerja Praktek di PTPN II Pabrik Gula Sei Semayang tahun 2015.
3. Anggota Keluarga Mahasiswa Budhis (KMB) Universitas Sumatera Utara tahun 2012-2016.
4. Anggota Himpunan Mahasiswa Teknik (HIMATEK) Universitas Sumatera Utara tahun 2012-2016.
Artikel telah disubmit dalam jurnal:
Asian Journal of Chemistry dengan judul “ Effect of Clam Shell Powder (Anadora Granosa) Compostion on Physical and Mechanical Properties of Polyester Resin Particle Board Products”
Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai:
1. Juara 2 Lomba Basket SMP Methodist-3 Medan tahun 2008 2. Juara 1 Lomba Basket SMA Methodist-3 Medan tahun 2012
vi
viii
ABSTRAK
Kebutuhan terhadap kayu tiap tahunnya terus meningkat sementara ketersediaan kayu sebagai bahan baku yang ada saat ini terus menurun dan tidak dapat mencukupi kebutuhan tersebut. Salah satu upaya untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan menggunakan bahan-bahan non kayu seperti limbah kulit kerang dan resin poliester sebagai bahan baku pembuatan papan partikel. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui komposisi yang terbaik dari bahan pengeras gypsum pada perbandingan komposisi poliester-kulit kerang dalam pembuatan papan partikel. Pada penelitian ini, papan partikel dibuat dengan resin poliester tak jenuh sebagai matriks dan dicampur dengan serbuk kulit kerang sebagai pengisi dengan katalis metil etil keton peroksida. Untuk meningkatkan karakteristik papan partikel ditambahkan bahan pengeras gypsum. Resin poliester dipilih sebagai matriks karena mudah dalam proses fabrikasinya dan mudah didapat. Serbuk kulit kerang dipilih karena kandungan kulit kerang darah yang memungkinkan untuk menguatkan komposit serta memanfaatkan kulit kerang darah yang dianggap sebagai limbah rumah makan dan gypsum dipilih sebagai pengeras karena gypsum mengandung CaO yang merupakan salah satu komponen untuk meningkatkan sifat mekanik papan partikel dan juga gypsum harganya murah. Bahan-bahan yang digunakan dalam membuat komposit adalah resin poliester tak jenuh, katalis metil etil keton peroksida, serbuk kulit kerang dan gypsum. Kulit kerang dihancurkan menjadi serbuk terlebih dahulu dengan menggunakan alat ball mill lalu diayak hingga menghasilkan ukuran partikel 290 mesh. Papan partikel dibuat dengan mencampurkan serbuk kulit kerang 290 mesh ke dalam resin poliester dengan komposisi 30:70 dan ditambahkan katalis metil etil keton peroksida sebesar 1% beserta bahan pengeras gypsum dari berat resin. Komposisi bahan pengeras yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari 2,5%, 5%, 7,5%, 10% dan 12,5%. Campuran resin diaduk hingga merata lalu dicetak menggunakan alat hot press. Papan partikel yang telah dicetak kemudian diuji sifat fisik dan sifat mekaniknya. Hasil yang didapat yaitu pada pengujian FTIR menunjukkan adanya ikatan bahan pengeras gypsum terhadap pengisi dan matriks. Hasil terbaik untuk sifat fisik dan mekanik papan partikel yaitu nilai kerapatan 1,580 gr/ml, nilai kadar air 0,2491%, nilai pengembanagan tebal 0,358%, nilai keteguhan patah (MOR) 47,081 MPa, nilai keteguhan lentur (MOE) 249,09 MPa, nilai kuat rekat internal (IB) 15,809 MPa dan nilai kekuatan bentur 10793,99 J/m2
Kata kunci : kulit kerang, poliester, gypsum, papan partikel.
ABSTRACT
The requirement for wood each year continues to increase while the availability of wood as a raw material continue to decline and can not suffice the needs. One effort to overcome this is to use non-wood materials such as seashells and polyester resin as raw material for particle board. The purpose of this study is to determine the best composition of reinforcement material in the gypsum composition ratio of the polyester-shells in the manufacture of particle board. In this study, particle board made with unsaturated polyester resins as a matrix and mixed with shells as filler powder with methyl ethyl ketone peroxide as catalyst. To improve the characteristics of particle board, gypsum added to reinforcement material. Polyester resin selected as the matrix for ease in fabrication process and easy to obtain. Powder shells selected for the content of seashells blood that makes it possible to strengthen the composite and utilize the shells of blood that is considered as waste restaurant and gypsum have been selected as toughening agent because gypsum contains CaO component to improve the mechanical properties of particle boards and gypsum is cheap. The materials used in making composites are unsaturated polyester resins, methyl ethyl ketone peroxide catalyst, seashells and gypsum powder. Seashells crushed into powder in advance by using a ball mill and sieved to produce a particle size of 290 mesh. Particle board is made by mixing powder 290 mesh shells into polyester resin with a catalyst added to the composition of 30:70 and methyl ethyl ketone peroxide at 1% along with reinforcement material gypsum from a resin. The composition of the toughening agent used in this study consisted of 2.5%, 5%, 7.5%, 10% and 12.5%. The mixture was stirred until uniform and then molded using a hot press. Particle board that has been manufactured and then tested the physical properties and mechanical properties. The result of this research are analysis of FT-IR (Fourier Transform Infra Red) show that the toughening agent gypsym attached with clamshell and resin polyester. The best reslut for physical and mechanical properties particle board are density 1,580 g / ml, water content 0,2491%, swelling thickness 0,358%, the modulus of rupture (MOR) 47,081 MPa, modulus of elasticity (MOE) 249,09 MPa, internal bond (IB) 15,809 MPa and impact strength 10793.99 J / m2.
x
DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
RIWAYAT HIDUP PENULIS vi
ABSTRAK viii
1.2 PERUMUSAN MASALAH 5
1.3 TUJUAN PENELITIAN 5
1.4 MANFAAT PENELITIAN 5
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7
2.1 KOMPOSIT 7
2.2 INTERFACE DAN INTERFASA 7
2.3 MATRIKS 9
2.3.1 Resin Poliester Tak Jenuh 10 2.3.2 Katalis Methyl Ethyl Keton Peroksida (MEKPO) 11
2.4 BAHAN PENGISI (FILLER) 12
2.4.1 Kulit Kerang Darah (Anadora Granosa) 12
2.5 GYPSUM 15
2.6 METODE PENYEDIAAN PAPAN KOMPOSIT 17
2.7 PAPAN KOMPOSIT 17 2.8 PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI BAHAN PADA PAPAN
KOMPOSIT
18
2.8.1 Penyiapan Contoh Uji 18
2.8.2 Uji Kerapatan 19
2.8.3 Uji Kadar Air 19
2.8.4 Uji MOR dan MOE 20
2.8.5 Uji Pengembangan Tebal 22 2.8.6 Uji Keteguhan Rekat Internal (Internal Bond) 22 2.8.7 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) 24 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 26 3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN 26
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 26
3.2.1 Bahan 26
3.2.1.1 Sifat Fisika dan Kimia Poliester 26 3.2.1.2 Sifat Fisika dan Kimia MEKPO 27 3.2.1.3 Sifat Fisika dan Kimia Gypsum 27
3.2.2 Peralatan 27
3.3 PROSEDUR PENELITIAN 28
3.3.1 Penyediaan Matriks Komposit 28 3.3.2 Penyediaan Pengisi Komposit 29 3.3.3 Proses Pembuatan Komposit 30
3.4 PENGUJIAN KOMPOSIT 34
3.4.1 Uji Kerapatan dengan JIS A 5908-2003 34 3.4.2 Uji Kadar Air dengan JIS A 5908-2003 34 3.4.3 Uji MOE dan MOR dengan JIS A 5908-2003 35 3.4.4 Uji Pengembangan Tebal dan Kekuatan Rekat dengan JIS A
5908-2003
35
3.4.5 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) dan Kuat Pegang Sekrup dengan JIS A 5908-2003
36
xii
PAPAN PARTIKEL RESIN POLIESTER BERPENGISI KULIT KERANG DAN PAPAN PARTIKEL RESIN POLIESTER BERPENGISI KULIT KERANG DENGAN PENAMBAHAN BAHAN PENGERAS GYPSUM
4.2 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI BAHAN PENGERAS GYPSUM TERHADAP KERAPATAN PAPAN PARTIKEL
38
4.3 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI BAHAN PENGERAS GYPSUM TERHADAP KADAR AIR PAPAN PARTIKEL
40
4.4 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI BAHAN PENGERAS GYPSUM TERHADAP PENGEMBANGAN TEBAL PAPAN PARTIKEL
41
4.5 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI BAHAN PENGERAS GYPSUM TERHADAP KETEGUHAN PATAH (MODULUS OF
RAPTURE) PAPAN PARTIKEL
43
4.6 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI BAHAN PENGERAS GYPSUM TERHADAP KETEGUHAN LENTUR (MODULUS OF
ELASTICITY) PAPAN PARTIKEL
45
4.7 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI BAHAN PENGERAS GYPSUM TERHADAP KUAT REKAT INTERNAL (INTERNAL BOND) PAPAN PARTIKEL
47
4.8 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI BAHAN PENGERAS GYPSUM TERHADAP KUAT BENTUR (IMPACT STRENGTH) PAPAN PARTIKEL
49
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 51
5.1 KESIMPULAN 51
5.2 SARAN 52
DAFTAR PUSTAKA 53
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Struktur Kimia Poliester Tak Jenuh 11 Gambar 2.2 Kulit Kerang Darah (Anadora granosa) 13 Gambar 2.3 Pola Pemotongan Uji 18 Gambar 2.7 Ukuran Dimensi Spesimen MOE dan MOR JIS A
5908-2003 Gambar 2.10 Ukuran Dimensi Spesimen Keteguhan Rekat Internal JIS
A 5908-2003
23
Gambar 2.11 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod 24 Gambar 2.12 Skema Pengujian Impak 25 Gambar 2.13 Ukuran Dimensi Spesimen Kekuatan Bentur JIS A
5908-2003
25
Gambar 3.1 Gambar Flowchart Prosedur Penyediaan Matriks Komposit
28 Gambar 3.2 Gambar Flowchart Prosedur Penyediaan Pengisi
Komposit
29
xiv
Gambar 3.11 Ukuran Dimensi Spesimen Uji Pengembangan Tebal dan Kekuatan Rekat JIS A 5908-2003
36
Gambar 3.12 Ukuran Dimensi Spesimen Uji Metode Izod JIS A 5908-2003
36
Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Papan Partikel Resin Poliester Berpengisi Kulit Kerang dan Papan Partikel Poliester Berpengisi Kulit Kerang dengan Penambahan Bahan Pengeras Gypsum
37
Gambar 4.2 Pengaruh Variasi Komposisi Bahan Pengeras Gypsum Terhadap Kerapatan Papan Partikel
38
Gambar 4.3 Pengaruh Variasi Komposisi Bahan Pengeras Gypsum Terhadap Kadar Air Papan Partikel
40
Gambar 4.4 Pengaruh Variasi Komposisi Bahan Pengeras Gypsum Terhadap Pengembangan Tebal Papan Partikel
41
Gambar 4.5 Pengaruh Variasi Komposisi Bahan Pengeras Gypsum Terhadap Keteguhan Patah (Modulus of Rapture) Papan Partikel
43
Gambar 4.6 Pengaruh Variasi Komposisi Bahan Pengeras Gypsum Terhadap Keteguhan Lentur (Modulus of Elasticity) Papan Partikel
45
Gambar 4.7 Pengaruh Variasi Komposisi Bahan Pengeras Gypsum Terhadap Kuat Rekat Internal (Internal Bond) Papan Partikel
47
Gambar 4.8 Pengaruh Variasi Komposisi Bahan Pengeras Gypsum Terhadap Kuat Bentur (Impact Strength) Papan Partikel
49
Gambar C.1 Matriks Poliester Tak Jenuh 63 Gambar C.2 Pengisi Serbuk Kulit Kerang Darah 63
Gambar C.3 Bahan Pengeras Gypsum 64 Gambar C.4 Proses Pembuatan Papan Partikel 64 Gambar C.5 Proses Pencetakan Papan Partikel 65 Gambar C.6 Produk Papan Partikel 66 Gambar C.7 Alat Uji Kuat Rekat Internal (Internal Bond) 66 Gambar C.8 Alat Uji MOR dan MOE (Modulus of Rapture dan
Modulus of Elasticity)
67 Gambar C.9 Alat Uji Bentur 67 Gambar D.1 Hasil FTIR Papan Partikel Polyeseter Berpengisi Serbuk
Kulit Kerang Tanpa Penambahan Bahan Pengeras Gypsum
68
Gambar D.2 Hasil FTIR Papan Partikel Polyeseter Berpengisi Serbuk Kulit Kerang Dengan Penambahan Bahan Pengeras Gypsum
xvi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu yang Menggunakan Bahan Kulit
Kerang Darah
3 Tabel 2.1 Spesifikasi Resin Poliester Tak Jenuh BQTN 157 11 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Serbuk Kulit Kerang 14 Tabel 2.3 Komposisi Bahan Gypsum 15 Tabel 3.1 Sifat Fisika dan Kimia Poliester 26 Tabel 3.2 Sifat Fisika dan Kimia MEKPO 27 Tabel 3.3 Sifat Fisika dan Kimia Gypsum 27 Tabel A.1 Data Hasil Densitas (Density) 59 Tabel A.2 Data Hasil Kadar Air (Water Content) 59 Tabel A.3 Data Hasil Pengembangan Tebal 59 Tabel A.4 Data Hasil Modulus of Rapture (MOR) & Modulus of
Elasticity (MOE)
60 Tabel A.5 Data Hasil Keteguhan Rekat Internal (Internal Bond/IB) 60 Tabel A.6 Data Hasil Analisis Kekuatan Bentur (Impact Strength) 60
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran A Data Penelitian 59
A.1. Data Hasil Densitas (Density) 59 A.2. Data Hasil Kadar Air (Water Content) 59 A.3. Data Hasil Pengembangan Tebal 59 A.4. Data Hasil Modulus of Rapture (MOR) & Modulus of
Elasticity (MOE)
Lampiran B Contoh Perhitungan 61 B.1 Contoh Perhitungan Fraksi Massa Bahan Baku 61 B.2 Perhitungan Kadar Air Papan Partikel 61 B.3 Perhitungan Pengembangan Tebal Papan Partikel 62 B.4 Perhitungan Densitas 62 Lampiran C Dokumentasi Penelitian 63 C.1. Matriks Poliester Tak Jenuh 63 C.2. Pengisi Serbuk Kulit Kerang Darah 63 C.3. Bahan Pengeras Gypsum 64 C.4. Proses Pembuatan Papan Partikel 64 C.5. Proses Pencetakan Papan Partikel 65 C.6. Produk Papan Partikel 66 C.7. Alat Uji Kuat Rekat Internal (Internal Bond) 66 C.8. Alat Uji MOR dan MOE (Modulus of Rapture dan
Modulus of Elasticity)
67
C.9. Alat Uji Bentur 67
Lampiran D Hasil Pengujian Lab Analisis dan Instrumen 68 D.1. Hasil FTIR Papan Partikel Polyeseter Berpengisi
Serbuk Kulit Kerang Tanpa Penambahan Bahan
xviii Pengeras Gypsum
D.2. Hasil FTIR Papan Partikel Polyeseter Berpengisi Serbuk Kulit Kerang Dengan Penambahan Bahan Pengeras Gypsum
69
DAFTAR SINGKATAN
MEKPO Methyl Etil Keton Peroksida
MOR Modulus of Rupture
MOE Modulus of Elasticity
FTIR Fourier Transform Infra-Red
JIS Japanese Industrial Standard
xx
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
BA Berat awal (udara kering) gr BKO Beerat kering oven gr
∆P Beban kgf
L Jarak sangga cm
∆y Perubahan defleksi cm
b Lebar cm
h Tebal cm
t1 Tebal bahan sebelum perendaman cm
t2 Tebal bahan setelah perendaman cm
A Luas permukaan benda cm2
E Modulus young MPa
ρ Densitas gr/cm2
σ Tegangan N/mm2
