ABSTRAK
PEMBUATAN KOMPOSIT DARI LIMBAH DOMESTIK TANPA MENGHASILKAN LIMBAH BARU DAN PELAPISAN DENGAN
MATERIAL ANTI BAKAR:
STUDI KASUS SAMPAH KOTA BANDUNG
Oleh
Neni Surtiyeni NIM: 30211006
(Program Studi Doktor Fisika)
Penumpukan sampah domestik merupakan permasalahan lingkungan yang memerlukan penanganan serius. Pengolahan sampah dengan rekayasa komposit bisa menjadi solusi terhadap masalah tersebut. Selain terjadi penurunan sampah dengan tanpa menghasilkan sampah baru, diharapkan papan komposit yang dihasilkan memiliki kekuatan menyamai papan albasiah atau papan partikel. Untuk meningkatkan kegunaan komposit dan melihat maraknya kebakaran di pemukiman penduduk, pada komposit ditambahkan serbuk anti bakar berbasis fosfor. Papan komposit sampah domestik dapat dimanfaatkan sebagai bahan bangunan untuk pemukiman penduduk miskin.
Sampah langsung variatif jenisnya dan berubah setiap hari, sehingga perlu diketahui komposisi rata-rata sampah dengan melakukan sampling sampah di berbagai tempat pembuangan sampah di Kota Bandung. Sampah dibagi menjadi lima komponen utama, melalui perhitungan statistik, diperoleh komposisi rata-rata sampah Kota Bandung yaitu sampah organik 53,49%; plastik 21,73%; kertas 11,99; kain 9,06%; dan lain-lain 3,75%. Komposisi ini digunakan sebagai acuan percobaan skala laboratorium, dengan menghilangkan komponen lain-lain.
Kekuatan komposit ditentukan oleh matriks, serat penguat, dan antarmuka serat-matriks. Pada penelitian ini digunakan sampah organik, plastik, kertas dan kain sebagai filler serta polivinil acetat (PVAc) sebagai matriks. Pembuatan komposit menggunakan moteda simple mixing dan hot-pressing. Pada sampah tidak ada perlakuan awal secara kimiawi, hanya proses fisika dengan dikeringkan, lalu dihaluskan dan dibuat serpihan (flake) untuk plastik, kertas dan kain.
Perlakuan kimiawi serat organik akan membersihkan serat dari getah sehingga menghasilkan ikatan lebih kuat antara serat dan matriks, tetapi akan dihasilkan limbah kimia baru.
Ukuran dan fraksi massa serat penguat akan menentukan kekuatan komposit. Tahap awal dibuat komposit dengan penguat tepung sampah organik yang merupakan campuran berbagai sayuran. Dilakukan penambahan berbagai serat alami (sabut kelapa, bambu, dan sekam padi) yang divariasi ukurannya. Hasil menunjukkan ukuran serat berpengaruh pada kekuatan komposit. Pada komposisi 13 g massa sampah organik kasar, 2,6 g PVAc dan 13ml air, diperoleh kekuatan maksimum mencapai 40 MPa, dengan parameter hot-press beban tekan 2 ton, suhu 125° C selama 30 menit dan 30 menit berikutnya pada suhu ruangan. Sampel komposit dibiarkan di udara terbuka selama 4 hari sebelum dilakukan uji kekuatan tekan.
Telah dibuat komposit sampah domestik dengan filler campuran sampah organik bentuk serat dan tepung, plastik, kertas, kain. Untuk meningkatkan kekuatan, dilakukan variasi massa PVAc, temperatur, tepung sampah terhadap massa total sampah organik, plastik, kertas, kain
yang dilakukan secara berurutan. Setiap tahapan variasi menggunakan parameter optimum dari tahap sebelumnya. Hasilnya, diperoleh komposisi optimum (PVAc : 3 g; sampah kasar : 5 g; tepung sampah : 4 g; kertas : 2,5 g; plastik : 1 g; kain : 1 g dan temperatur 250° C) dengan kekuatan tekan 60 MPa. Penambahan silika ukuran 30 μm menaikkan kekuatan sedikit, sedangkan panambahan silika ukuran 10 μm dan 75 nm malah menurunkan kekuatan komposit. Kekuatan komposit sampah domestik sangat ditentukan oleh variatifnya jenis dan ukuran serat penguat.
Penambahan serbuk anti bakar berbasis fosfor berhasil memperlambat laju pembakaran, baik pada metode mixing maupun metode coating. Metode mixing lebih simpel tetapi menurunkan kekuatan sedikit, sedangkan pada metode coating dengan penggunaan tiga jenis perekat (PVAc, epoksi resin, urea formaldehid) terdapat kelemahan yaitu pada penggunaan epoksi yang lama kering dibandingkan urea formaldehid, sedangkan PVAc sukar bercampur dengan serbuk anti bakar. Hasil pengukuran Thermogravimetric Analysis (TGA) dan Differential Scanning Calorimetry (DSC), menunjukkan ketahanan api yang lebih baik pada penggunaan epoksi resin.
Telah dibuat alat uji bakar dengan variabel pengukuran suhu, waktu dan tampilan visual hasil pembakaran. Pada uji bakar terhadap tiga jenis papan, menunjukkan ketahanan api papan komposit sampah lebih baik dari papan kayu albasiah dan papan partikel. Hal ini disebabkan unsur penyusun komposit yang variatif (berbagai komponen sampah dan perekat) dibanding kayu (sejenis) dan papan partikel (serbuk kayu dan perekat).
Penambahan massa serbuk anti bakar akan semakin memperlambat laju pembakaran, tetapi terdapat pengecualian pada massa tertentu penambahan serbuk malah meningkatkan laju pembakaran. Pengecualian ini terjadi pada penggunaan semua perekat (PVA, epoksi, urea formaldehid). Terdapat massa optimum dalam menahan laju pembakaran.
Pada pembuatan papan komposit ukuran besar (10,8 x 16,8) cm2 dilakukan beberapa perbaikan meliputi: pembuatan serat sampah organik dengan ukuran variatif cukup dengan satu kali proses milling sehingga lebih efisien dan penambahan serat glass sebagai struktur penguat dengan metode laminasi pada bagian tengah papan komposit. Pada uji kekuatan tekan dan uji lentur terhadap papan komposit tanpa dan dengan serat glass, papan partikel produk bagus dan sedang, kayu albasiah, borneo dan tikblok menunjukkan bahwa papan komposit dengan serat glass menghasilkan kekuatan tekan menyamai kayu albasiah dan papan partikel.
Pada proses hot-press, pemanasan dilakukan berulang-ulang dengan suhu dan lama pemanasan pada tahap kedua dan selanjutnya diturunkan untuk mencegah kerusakan bahan. Diharapkan PVAc akan membasahi seluruh bagian filler sehingga meningkatkan kekuatan komposit. Hasil uji tekan dan uji lentur menunjukkan pemanasan berulang-ulang berhasil semakin meningkatkan kekuatan komposit.
Kata kunci: sampah domestik, polimer polivinil acetat (PVAc), simple-mixing, hot-press , serbuk anti bakar, pemanasan berulang, serat glass.
ABSTRACT
A FIRE RETARDANT COMPOSITE MADE FROM DOMESTIC WASTE PROCESSED WITH NO ADDITIONAL WASTE:
A CASE STUDY OF WASTE OF BANDUNG CITY
By
Neni Surtiyeni NIM: 30211006
(Faculty of Doctoral Physics)
The issue of domestic waste rise is an environmental problem that requires serious treatment.
Waste processing with composite engineering could be the solution to the problem. In addition to a decline in waste without generating new litter, it is expected the resulting composite board has the power to match the albasiah board or particle board. To improve the usability of composite and due to rampant fire accidents in residential areas, phosphors-based anti burning powder is added to the composite. Domestic waste composite board can be used as building materials for housing of the poors.
Waste is varied and changes every day, so it is essential to know the average composition of waste in Bandung City by sampling the waste in various landfills. Waste is divided into five main components, and through a statistical calculation, the average composition of waste in Bandung is obtained, which are: organic waste 53.49%; plastic 21.73%; paper 11.99%; fabric 9.06%; and others 3.75%. This composition is used as a reference laboratory scale experiments, by removing the other components.
Strength of composite is determined by matrix, reinforced, and fiber-matrix interface. This study used organic waste, plastic, paper, and cloth as filler and Polyvinyl Acetate (PVAc) as matrix. Manufacture of the composite used simple mixing and hot-press methods. The waste did not receive any chemical pretreatment, but only the physical processes which were drying, grounding, and flaking the plastic, paper, and cloth. Chemical treatment to the organic fiber will clean the fibers from the sap so that a stronger bond between the fiber and the matrix can be formed, but it will produce a new chemical waste.
Size and mass fraction of the reinforcing fibers will determine the strength of the composite.
As the initial stage, the composite is made from organic waste flour which is a mixture of various vegetables. Natural fibers (coconut coir, bamboo, and rice husk) then are added with varying their size. Results showed that the fiber size affect the strength of the composite. With the mass composition of 13 g organic waste, 2.6 g PVAC, and 13 ml water, the maximum strength (40 MPa) is obtained, with a hot-press compressive load parameter of 2 tons, a temperature of 125˚ C for 30 minutes and other 30 minutes at room temperature. The sample is left to open air for 4 days prior to strength test.
Domestic waste composites have been made using filler which was derived from a mixture of fiber-shaped organic waste, flour, plastic, paper, and cloth. To increase the strength, varying in PVAc mass, temperature, flour bins mass ratio to the total mass of organic waste, plastic, paper, and fabrics mass are carried out sequentially. Each stage of variation used the optimum
parameters taken from the previous stage. The optimum composition was reached (PVAC: 3 g; coarse trash: 5 g; flour bins: 4 g; paper: 2.5 g; plastic: 1 g; fabric: 1 g and temperature 250° C) which generates the compressive strength of 60 MPa. The addition of silica size of 30 μm raised a little strength, while the addition of silica size of 10 μm and 75 nm decreased the strength of the composite instead. Composite strength of domestic waste is largely determined by variations in the type and size of reinforcement fibers.
The addition of phosphors-based anti-burning powder successfully slowened burn rate, both on the mixing and coating methods. The mixing method is the more simple but slightly lowers the strength, while the coating method with the use of three types of adhesive (PVAc, epoxy resins, urea formaldehyde) has a disadvantage in which the use of epoxy will dries longer than urea formaldehyde, while PVAc is difficult to mix with anti-burning powder. Measurement results of Thermogravimetric Analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC) showed the use epoxy resin resulting the best fire resistance.
Burning test instrument was made with variables consisting of temperature and time measurement as well as the visual display of the combustion products. The burning test was conducted against three different types of boards, and the result showed that the fire resistance of composite garbage is better than albasiah wood and particle board. This is due to the composite building blocks which is more varying (various components of waste and adhesive) than wood (one type) and particle board (sawdust and adhesives).
The addition of the anti-burning powder slowened the burn rate, but there were exceptions in certain mass, in which the addition of powder apparently increased the rate of combustion.
These exceptions occured in the use of all adhesives (PVAc, epoxy, urea formaldehyde). Hence, there is an optimum mass of the anti-burning material in slowening the combustion.
In the manufacture of big sized composite board (10,8 x 16.8) cm2, several improvements were done including the manufacture of organic waste fibers with various size, which is enough with one milling process to make it more efficient, and the addition of glass fiber as a reinforcing structure with laminating method in the middle of the composite board. The compressive strength test and bending test using composite board with and without glass fiber, particle board with high and medium quality, albasiah, borneo and tikblok wood, showed the result that composite board with glass fiber produces comporessive strength equal to albasiah wood and particle board.
In hot-press process, the heating was repeatedly done with the temperature and heating time at the second stage and further was lowered to prevent material damage. It was expected that PVAc is able to wet all parts of the filler thereby increasing the strength of the composite. The results of strength and bending test show that the repeated heating process succeeded in further increasing the strength of the composite.
Keywords: domestic waste, polymer polyvinyl acetate (PVAc), simple-mixing, hot-press , anti-burning powder, repeated heating, fiber glass.
