Komposit Polietilena Dengan Serbuk Sekam Padi Sebagai Alternatif Bahan Jerigen Plastik

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Magister Sains

Dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika

Pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh

MARYONO

067026014/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

TESIS

Oleh

MARYONO

067026014/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

Program Studi : Ilmu Fisika

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D) Ketua

(Prof. Drs. Mohammad Syukur, M.Sc) (Dra. Nursyamsu Bahar, M.S)

Anggota Anggota

Ketua Program Studi Direktur

(Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc) (Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B., M.Sc)

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D Anggota : 1. Prof. Drs. Mohammad Syukur, M.Sc

2. Dra. Nursyamsu Bahar, M.S 3. Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc

4. Dra. Justinon, M.Si

5. Drs. Nasruddin MN., M.Eng.Sc 6. Drs. Oloan Harahap, M.Sc

PE dengan SSP dengan komposisi SSP 10%, 20%, 30%, 40% dan 50% kedalam mesin Ekstruder. Ekstrudat yang dihasilkan kemudian dibentuk menjadi film dengan menggunakan mesin Hot Press dengan variasi waktu untuk masing-masing komposisi selama 5 menit, 10 menit, 15 menit, 20 menit, 25 menit dan 30 menit. Sebagai pembanding komposit PE-SSP yang dihasilkan adalah PE murni dan Jerigen Plastik Industri (JPI). Karakterisasi terhadap film komposit PE-SSP meliputi Uji Tarik, Uji Defferential Thermal Analysis (DTA) dan Uji Scanning Electrone Microscope (SEM).

Data hasil Uji Tensil bahan komposit PE-SSP menunjukkan bahwa penambahan SSP pada PE menurunkan kekuatan tarik komposit PE-SSP. Hasil Uji SEM menunjukkan bahwa bahan SSP pada komposit PE-SSP dapat tercampur secara homogen. Hasil uji DTA menunjukkan bahwa penambahan SSP pada PE, menurunkan temperature transisi glass (TG) dan titik leleh PE serta menaikkan

temperatur dekomposisi PE.

Sebagai pembanding terhadap komposit PE-SSP adalah PE murni dan JPI. Berdasarkan data hasil Uji Karaktristik terhadap PE dan JPI diperoleh kesimpulkan bahan komposit PE-SSP yang dihasilkan lebih rendah dari bahan Jerigen Plastik Industri (JPI).

Kata Kunci: Polietilena, Serbuk Sekam Padi, Jerigen Plastik Industri,Temperatur

Extruder Machine. Extrudat was producted than be prosessed by Hot Press Machine on different variety time, example 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 mintes, 25 minutes and 30 minutes. Comparative composit PE-SSP was product is pure polietilena (PE) and Jerigen Plastik Industri (JPI). Caracteristic of film including Tensile Test, Defferential Thermal Analysis (DTA) Test and Scanning Electrone Microscope (SEM) Test.

Produced by Tensile Test pointed, by added SSP as fill matrix PE to turn strength matrix. Produced by SEM Test pointed to add SSP on PE can homogen mixed. Produced DTA Test pointed by added SSP to turn Glass Temperature Transition (TG), Melting Point PE and to high Decomposition Temperature PE.

According by produced characteristic Test for PE-SSP composit matrix, PE matrix and JPI matrix as comperativ can mean PE-SSP composit produced increase Jerigen Plastik Industri (JPI)

Key Word: Polietilena, Serbuk Sekam Padi, Jerigen Plastik Industri, Glass Temperature Transition, Melting Point, Dekomposition Temperature.

dari awal hingga akhir. Shalawat beserta salam atas junjungan Rasulullah Muhammad SAW, keluarga dan sahabatnya yang telah memberikan petunjuk bagi umat manusia menuju kejalan yang benar.

Kemudian penulis sampaikan ucapan terimakasih kepada kedua orang tua Miran dan Tasmi, Ibu mertua Hj. Nadjahah Adrais, Istri Juleta Lubis, anak-anak Siti Nurrahmah, Fauziyah Husna dan Ikhwanul Luthfi, yang selalu setia dan tidak henti-hentinya memberikan dukungan dan dorongan serta tidak putus-putusnya berdo’a kepada Allah SWT.

Kemudian penulis sampaikan ucapan terimakasih kepada komisi pembimbing Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D., Bapak Prof. Drs. Muhammad Syukur, M.Sc., Ibu Dra. Nursyamsu Bahar, M.S. Ketua Program Studi Ilmu Fisika Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc. Sekretaris Program Studi Ilmu Fisika Bapak Drs. Muhammad Nasir Saleh, M.Sc. Bapak, Ibu dosen beserta Staf Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara yang telah meluangkan waktu dan memberikan ilmunya, semoga Allah Tuhan Yang Maha Esa yang mambalasnya.

Kemudian penulis sampaikan ucapan terimakasih kepada Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. Chairuddin P Lubis, DTM & H, Sp.A (K), Direktur Sekolah Pascasarjana Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, M.Sc. Beserta Staf yang telah memfasilitasi proses pendidikan di kampus ini.

Kemudian penulis sampaikan ucapan terimakasih kepada Pemprovsu, Kepala Dinas Pendidikan Tk.I dan Kepala Dinas Pendidikan Tk.II yang telah memberikan kesempatan dan beasiswa kepada penulis.

Seterusnya penulis sampaikan ucapan terimakasih kepada Bapak H. Zainal Arifin Hasibuan selaku mantan Kepala SMA Negeri 8 Medan, Bapak Drs. Salmi Effendi, M.Pd selaku kepala SMA Negeri 8 Medan, Bapak/Ibu guru dan staf tata usaha SMA Negeri 8 Medan, serta siswa-siswi SMA Negeri 8 Medan yang telah memberikan kesempatan, dorongan, dukungan serta do’anya.

Akhirnya penulis sampaikan ucapan terimakasih kepada semua pihak yang telah memberikan kesempatan, dorongan, dukungan dan do’anya, kepada Allah Tuhan Yang Maha Esalah penulis serahkan untuk membalasnya. Semoga ilmu yang telah penulis dapatkan dapat berguna bagi nusa, bangsa dan Negara. Amiin.

Penulis,

M A R Y O N O

Nama lengkap berikut gelar : Drs. Maryono

Tempat dan Tanggal Lahir : Hinai, 25 Januari 1968

Alamat Rumah : Jl. Benteng Hulu Gang Amin No. 18 AB/5

Medan Kode Pos 20225

Telepon : (060) 77807975

Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri 8 Medan

Alamat Kantor : Jl. Sampali No. 23 Medan Kode Pos 20211

Telepon : (061) 4530343

DATA PENDIDIKAN

SD : SD Negeri 053985 Hinai Tamat : 1982

SMP : SMP Negeri 2 Tanjung Pura Tamat : 1985

SMA : SMA Negeri 1 Tanjung Pura Tamat : 1988

Strata-1 : FMIPA IKIP Medan Tamat : 1993

ABSTRAK ...i

ABSTRACT ...ii

KATA PENGANTAR ...iii

RIWAYAT HIDUP ... iv

DAFTAR ISI ...v

DAFTAR TABEL ...vii

DAFTAR GAMBAR ...viii

DAFTAR LAMPIRAN ...ix

BAB I PENDAHULUAN ...1

1.1. Latar Belakang Masalah ...1

1.2. Rumusan Masalah ...3

1.3. Tujuan Penelitian ...3

1.4. Manfaat Penelitian ...4

1.5. Lokasi Penelitian ...4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...5

2.1. Komposit ...5

2.2. Polimer ...5

2.3. Polietilena ...15

2.4. Sekam Padi ...15

2.5. Jerigen Plastik (a). JPI. (b). JPI Kemasan Minyak Goreng Ukuran 5 liter ...17

BAB III METODE PENELITIAN ...18

3.1.Alat ...18

3.2. Bahan ...18

3.3. Penyediaan Serbuk Sekam Padi (SSP) Sebagai Penguat Komposit Plastik Polietilena (PE) ...19

3.6. Penyediaan Jerigen Plastik Industri (JPI) dan Polietilena

(PE) sebagai Pembanding Komposit PE-SSP ...22

3.7. Karakteristik Polimer JPI dan PE ...22

3.8. Bagan Penelitian ...23

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...24

4.1. Analisis Sifat Kimia dan Komposisi Serbuk Sekam Padi ...24

4.2. Analisis Sifat Fisis dan Morfologis Serbuk Sekam Padi ... 25

4.3. Analisis Visual Bahan Komposit ... 26

4.4. Hasil Uji Mekanik Spesimen ...28

4.5. Hasil Uji SEM Spesimen ………...33

4.6. Hasil Uji DTA Spesimen...35

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...39

5.1. Kesimpulan ...39

5.2. Saran ...39

DAFTAR PUSTAKA ...40

2.1 Kekuatan Tarik, Tekan dan Lentur Bahan Polimer ...14 4.1 Sifat Kimia dan Komposisi Serbuk Sekam Padi ... 24 4.2 Sifat Fisis dan Morfologi Serbuk Sekam Padi ...26 4.3 Kekuatan Tarik dan Kemuluran PE, JPI dan PE-SSP pada

Kondisi Optimum...30 4.4 Temperatur Transisi Glass, Titik Leleh dan Temperatur

2.1 Ikatan Kimia Polietilena (a). Etilena. (b). Polietilena ...6

2.2 Konsumsi Plastik Dunia ... 7

2.3 Kurva Tegangan-Regangan Beberapa Bahan ...11

2.4 Kurva Tegangan-Regangan Logam Kenyal ...12

2.5 Padi (oryza sativa)...16

2.6 Jerigen Plastik (a). JPI (b). JPI Kemasan Minyak Goreng Ukuran 5 Liter...17

3.1 (a). Sekam Padi. (b). Serbuk Sekam Padi ...19

3.2 Ekstrudat SSP. (a). Ekstrudat SSP 10%. (b). Ekstrudat SSP 20%. (c).Ekstrudat SSP 30%. (d). Ekstrudat SSP 40%. (e) Ekstrudat SSP 50%... 20

3.3 Dimensi Spesimen Uji Tarik ...21

3.4 (a). Potongan JPI. (b). Polietilena ...22

3.5 Bagan Penelitian ...23

4.1 Film Spesimen. (a). Film PE 100%. (b). Film JPI. (c). Film Komposit PE-SSP 10%. (d). Film Komposit PE-SSP 20%. (e). Film Komposit PE-SSP 30%. (f). Film Komposit PE-SSP 40%. (g). Film Komposit PE-SSP 50% ... 27

4.2 Film Spesimen Kondisi Optimum Setelah Dilakukan Uji Tarik... 31

4.3 Kurva Tegangan-Regangan Spesimen. (a). PE 100%-20 Menit. (b).JPI 100%-15 Menit. (c). PE-SSP 20%-15 Menit...32

4.4 Permukaan Spesimen Sebelum Uji Tarik dan Daerah Patahan pada Kondisi Optimum. (a). Permukaan PE Sebelum Uji Tarik. (b). Permukaan PE pada Daerah Patahan Sesudah Uji Tarik. (c). Permukaan JPI Sebelum Uji Tarik. (d). Permukaan JPI pada Daerah Patahan Sesudah Uji Tarik. (e). Permukaan PE-SSP Sebelum Uji Tarik. (f). Permukaan PE-SSP pada Daerah Patahan Sesudah Uji Tarik ...34

4.5 Diagram DTA Spesimen Kondisi Optimum. (a). Bahan PE. ((b). Bahan JPI. (c). Bahan PE-SSP...36

A Data Hasil Uji Morfologi Serbuk Sekam Padi ...41

B Data Hasil Uji Komposisi Serbuk Sekam Padi ...42

C Data Hasil Uji Tarik/Uji Mulur Spesimen (ASTM D Type IV)...43

D Kekuatan Tarik dan Kemuluran Spesimen ...44

E Kurva Tegangan-Regangan Hasil Uji Karakteristik Spesimen ...45

F Foto Permukaan dan Daerah Patahan Spesimen Hasil Uji SEM Laboratorium Pendidikan Teknik Kima Industri (PTKI) Medan...59

G Gambar Kurva DTA Bahan PE, JPI dan Komposit PE-SSP Hasil Uji DTA Laboratorium Pendidikan Teknik Kimia Industri (PTKI) Medan ...65

H Foto - Foto Alat dan Sampel Saat Pembuatan dan Uji...69 Karakteristik Spesimen

1.1. LATAR BELAKANG MASALAH

Penggunaan plastik dewasa ini sedemikian meluasnya bahkan karena sangat tingginya tingkat ketergantungan pada plastik, hampir-hampir tidak dapat dipisahkan lagi dari kehidupan sehari-hari, tidak terkecuali untuk kemesan. Tidak heran bagi kita bila hal ini terjadi, karena plastik merupakan bahan kemasan yang relatif sangat murah harganya, mudah didapat dan tahan lama.

Di industri kemasan plastik kini mendapat persoalan menyangkut ketahanan kemasannya ketika diisi dengan media, dimana masih didapatkan kegagalan daya tahan terhadap beban tekan, beban tarik, dan beban impak pada proses transportasi, sehingga keutuhan media yang diisi di dalamnya tidak terjamin. Kegagalan tersebut bisa terjadi karena beberapa faktor, antara lain pemilihan komposisi bahan baku yang belum optimum.

Kegagalan fungsi sebuah kemasan plastik dalam mempertahankan keutuhan isi di dalamnya perlu dicegah. Bila kemasan plastik dibuat terlalu kuat konsekuensinya kurang ekonomis. Ada beberapa cara untuk meningkatkan kualitas kemasan yang terbuat dari bahan plastik antara lain dengan menambahkan serat sebagai penguat pada saat proses pembuatan bahan kemasan itu sendiri.

Persoalan yang tidak kalah pentingnya dari sebuah kemasan adalah menemukan bahan pembuat kemasan yang relatif murah, kualitas unggul, tidak merusak kesehatan dan ramah lingungan (bahan biodegradable). Bahan biodegradable polimer termasuk salah satu produk terbaru yang dikembangkan di indonesia. Bahan tersebut lebih murah dibanding bahan plastik lainnya, dapat terdegradasi dalam waktu singkat, bahan ini juga tidak beracun dan sangat aman untuk bahan kemasan.

Berbagai penelitian sudah dilakukan seperti penelitian tentang pemanfaatan serbuk tandan kosong sawit sebagai poliblen poliolefin yang cukup baik dan kuat untuk digunakan sebagai film kemasan serta terdegradasi oleh pengaruh mikroba dan cuaca (Wirjosentono, B. dkk. 1999). Plastik biodegradabel dari pati singkong dan khitosan menjadi salah satu alternatif bahan pembungkus atau kemasan. Selain ramah lingkungan karena mudah terurai, juga memiliki karakteristik awet dan tahan lama (Firdaus, F. dkk 2006). Karakteristik komposit polimer dengan bahan baku (penguat) serat nenas, serat kelapa dan serat rami merupakan salah satu alternatif penggunaan serat alam sebagai bahan penguat komposit (Abdullah, A.H.D dan Judawisasta, H. 2006). Penambahan serat tandan kosong sawit sebagai bahan pengisi matrik polietina meningkatkan nilai kekuatan tarik bahan komposit dan ramah lingkungan. (Nurjana, S. 2007).

Dari hasil penelitian yang telah dilakakukan oleh para peneliti seperti tersebut di atas, maka sangat dimungkinkan untuk mencari alternatif bahan polimer dengan serat alam yang lain sebagai penguat sehingga diperoleh bahan baku kemasan plastik

dengan harga yang murah, kualitas unggul, tidak merusak kesehatan dan ramah lingkungan.

Observasi dilapangan menunjukkan bahwa sekam padi (kulit padi) merupakan bahan alternatif yang sampai saat ini belum dimanfaatkan secara optimum. Oleh karena itu muncul pemikiran untuk meneliti dengan memanfaatkan serbuk sekam padi sebagai penguat bahan kemasan seperti jerigen plastik.

1.2. RUMUSAN MASALAH

Yang menjadi rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :

1. Apakah Serbuk Sekam Padi (SSP) dapat digunakan sebagai penguat bahan komposit Polietilena.

2. Apakah campuran Polietilena dengan Serbuk Sekam Padi (SSP) dapat

membentuk bahan komposit yang homogen.

3. Bagaimana karakteristik bahan komposit antara Polietilena (PE) dengan Serbuk Serat Padi (SSP) sebagai bahan pengganti jerigen plastik.

1.3. TUJUAN PENELITIAN

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Membuat Serbuk Sekam Padi (SSP) sebagi penguat bahan komposit Polietilena (PE).

2. Membuat campuran Polietilena (PE) dengan Serbuk Serat Padi (SSP) agar terbentuk bahan komposit yang homogen dan diharapkan lebih ramah lingkungan.

3. Mengadakan Uji Karakteristik bahan komposit antara Polietilena (PE) dengan Serbuk Sekam Padi (SSP) sebagai bahan pengganti jerigen plastik.

1.4. MANFAAT PENELITIAN

Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang komposit Polietilena (PE) dengan Serbuk Sekam Padi (SSP) sebagai alternatif bahan jerigen plastik.

1.5. LOKASI PENELITIAN

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer FMIPA USU, Laboratorium Penelitian FMIPA USU dan di Laboratorium Pendidikan Teknik Kimia Industri (PTKI) Medan.

2.1. KOMPOSIT

Komposit adalah suatu sistem bahan yang tersusun melalui pencampuran atau penggabungan dua atau lebih makrokonstitutein yang berbeda dalam bentuk dan atau komposisi material dan tidak larut satu sama lain (Wirjosentono, B. 1996). Pada umumnya bahan komposit antara dua atau lebih dari tiga bahan yang memiliki sejumlah sifat yang tidak mungkin dimilki oleh masing-masing komponennya. Dalam pengertian ini sudah barang tentu kombinasi tersebut tidak perlu terbatas kepada bahan polimernya, tetapi mencakup bahan logam dan keramik (Surdia, T dan Saito, S. 1985).

2.2. POLIMER

Polimer berasal dari bahasa Yunani, polus yang berarti banyak dan meris yang berarti bahagian. Jadi polimer diartikan sebagai rangkaian atom yang panjang dan berulang-ulang yang dihasilkan daripada sambungan beberapa molekul yang dinamakan monomer. Salah satu contoh polimer adalah polietilena. Contoh ikatan kimia polietilena seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

(a) (b)

(Surdia, T. dan Saito, S., 1985)

Gambar 2.1. Ikatan Kimia Polietilena (a). Etilena, (b). Polietilena

Penggunaan polimer sebagai material teknis, terus menunjukkan perkembangan yang sangat pesat. Plastik adalah salah satu contoh polimer yang banyak digunakan sebagai bahan kemasan.

Produk plastik telah mendominasi setiap bidang dari kehidupan manusia sekarang ini, mulai dari peralatan rumah tangga, pertanian, industri, rumah sakit, sampai pada tekhnologi ruang angkasa. Bahan plastik secara bertahap mulai menggantikan gelas, kayu dan logam di bidang industri. Kecenderungan ini dapat dilihat pada Gambar 2.2. Tampak dari grafik menunjukkan adanya peningkatan penggunaan plastik dunia yang relatif lebih besar dibanding penggunaan bahan seng, tembaga, karet, aluminium maupun baja.

(Plastics Additives & Coumpounding Word Buyers’ Guide, 2006) Gambar 2.2. Konsumsi Plastik Dunia

Pemilihan polimer sebagai alternatif bahan kemasan karena secara umum polimer memiliki sifat-sifat umum yang khas, diantaranya adalah:

1. Mampu cetak adalah baik. Pada temperature relative rendah bahan dapat dicetak dengan penyuntikan , penekanan, ekstrusi dan seterusnya akibatnya biaya pembuatan relatif lebih rendah dibanding pada logam atau keramik.

2. Produk yang ringan dan kuat dapat dibuat. Berat jenis polimer adalah rendah dibanding logam dan keramik, yaitu 1,0 – 1,7 yang memungkinkan dapat diproduksi barang yang kuat dan dan ringan.

3. Banyak diantara polimer bersifat isolator listrik yang baik. Polimer mungkin juga dibuat konduktor dengan jalan mencampurnya dengan serbuk logam, butiran karbon, serbuk alam dan lain-lain.

4. Baik sekali dalam ketahanan air dan ketahanan zat kimia. Pemilihan bahan yang baik akan mengfhasilkan produk yang mempunyai sifat-sifat baik sekali.

5. Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung pada cara pembuatannya. Dengan mencampur zat pemplastis, pengisi dan sebagainya, sifat-sifat dapat berubah dalam daerah yang luas.

6. Secara umum bahan polimer relatif lebih murah.

7. Kurang tahan terhadap panas. Hal ini sangat berbeda dengan logam dan keramik. Walaupun ketahanan panas bahan polimer tidak sekuat logam dan keramik, pada penggunaannya harus cukup diperhatikan.

8. Kekerasan permukaan yang sangat kurang. Bahan polimer yang keras ada, tetapi masih jauh di bawah kekerasan logam dan keramik.

9. Kurang tahan terhadap pelarut. Umumnya larut dalam zat pelarut tertentu kecuali beberapa bahan khusus seperti politetrafluoretilen. Kalau tidak dapat larut, mudah retak karena kontak yang terus menerus denagn pelarut dan disertai adanya tegangan. Oleh karena itu perlu perhatian yang cukup.

10. Mudah termuatilistrik secara elektrolistatik. Kecuali beberapa bahan yang khusus agar dibuat menjadi hantaran listrik, kurang higroskopoi dan dapat dimuati listrik. 11. Bebara bahantahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang kecil.(Surdya, T.

dan Saito, S., 1986)

Penggunaan bahan polimer sebagai bahan teknik misalnya dalam industri suku cadang mesin, konstruksi bangunan dan transportasi, tergantung sifat mekanisnya, yaitu ganbungan antara kekuatan yang tinggi dan elastisitas yang baik. Sifat mekanis yang khas ini disebabkan oleh adanya dua macam ikatan dalam bahan polimer, yaitu ikatan kimia yang kuat antara atom dan interaksi antara rantai polimer

yang lebih lemah. Dalam hal bahan logam yang merupakan zat padatpolikristalin, sifat mekanis ini tergantung dari sifat patah bahan karena adanya cacat kristal. Karena itu kekuatan mekanis bahan logam jauh lebih kecil dari sifat kekuatan mekanis teoritisnya yang diperkirakan dari energi ikatan antar ion.

Sifat mekanis biasanya dipelajari dengan mengamati sifat kekuatan tarik ( ) menggunakan alat pengukur tensometer atau dinamometer , bila terhadap bahan diberikan tegangan. Secara praktis, kekuatan tarik diartikan sebagai besarnya beban maksimum (Fmaks) yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen bahan, dibagi

dengan luas penampang.. Karena selama dibawah pengaruh tegangan, spesimen mengalami perubahan bentuk (deformasi) maka definisi besarnya beban maksimum (Fmaks) yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen bahan dibagi dengan luas

penampang mula-mula (Ao). Secara matematis ditulis:

t j 0 = A F j maks

maks (2.1)

dimana:

maks

j = kekuatan tarik (N/m2 = Pa). maks

F = gaya (N).

0

A = luas penampang (m2). (Wirjosentono, B., 1995)

Selama deformasi, dapat diasumsikan bahwa volume spesimen tidak berubah sehingga perbandingan luas penampang semula dengan luas penampang sertiap saat

0 0 = I I A A i

dengan I dan I0 masing-masing adalah panjang spesimen setiap saat dan

mula-mula. Bila didefinisikan besaran kemululuran

( )

sebagai nisbah pertambahan

panjang terhadap panjang mula-mula =

0 I

I

i maka diperoleh hubungan:

(

i

)

A A

+ 1

= 0 (2.2)

Hasil pengamatan sifat kekuatan tarik ini dinyatakan dalam bentuk kurva

tegangan yakni nisbah beban dengan luas penampang

A

= F terhadap perpanjangan

bahan (regangan) yang disebut dengan kurva tegangan-regangan. Bentuk kurva tegangan-regangan ini merupakan karakteristik yang menunjukkan indikasi sifat mekanis bahan yang lunak, keras, kuat, lemah, rapuh atau liat, Gambar 2.3. merupakan contoh kurva tegangan-regangan beberapa bahan. Tampak dari kurva yang ditunjukkan bahwa untuk jenis bahan yang berbeda akan memiliki kurva yang berbeda bergantung pada besar tegangan dan regangan masing-masing bahan.

(Wirjosentono, B., 1995)

Gambar 2.3. Kurva Tegangan-Regangan Beberapa Bahan

Bila bahan polimer (elastis) dikenakan gaya tarikan dengan laju yang tetap, mula-mula kenaikan tegangan yang diterima bahan berbanding lurus dengan perpanjangan spesimen. Sampai dengan titik elastis bila mana tegangan dilepaskan maka spesimen akan kembali seperti bentuk semula, tetapi bila tegangan dinaikkan sedikit saja, akan terjadi perpanjangan yang besar. Kemiringan kurva pada keadaan ini disebut modulus atau kekakuan, sedangkan besarnya tegangan dan perpanjangan mencapai titik elastis ini masing-masing disebut tegangan yield dan kemuluran pada yield. Di atas titik elastis ini molekul-molekul polimer berorientasi searah dengan tarikan dan hanya memerlukan sedikit tegangan untuk menaikkan perpanjangan. Bila

semua rantai polimer telah tersusun teratur, membentuk struktur kristalin, bahan menjadi lebih liat dan diperlukan tegangan yang lebih besar untuk menaikkan perpanjangan. Akhirnya bahan akan terputus bila bila tegangan telah melampaui gaya interaksi total antar segmen. Perpanjangan dan tegangan pada saat bahan terputus ini

masing-masing disebut kemuluran dan kekuatan tarik akhir . Gambar 2.4.

berikut memperlihatkan sebuah digram tegangan-regangan suatu logam kenyal.

( )

i _jt

(Sears, F.W and Zemansky, M.W.,1962) Gambar 2.4. Kurva Tegangan-Regangan Logam Kenyal

Tegangannya tegangan tarikan sederhana dan regangannya menunjukkan prosentase perpanjangan. Dibagian awal kurva (sampai regangan yang kurang dari 1%), tegangan dan regangan adalah proporsional samapai titik a (batas proporsional) tercapai. Hubungan proporsional antara tegangan dan regangan dalam daerah ini disebut hukum Hooke. Mulai a sampai b tegangan dan regangan tidak proporsional,

tetapi walaupun demikian bila beban ditiadakan disembarang titik antara 0 dan b, kurva akan menelurusi jejaknya kembali dan bahan yang bersangkutan akan kembali pada panjang awalnya. Dikatakanlah bahwa dalam daerah 0b bahan itu elastis atau memperlihatkan sifat elastis dan titik b dinamakan batas elastis. Kalau bahan itu ditambah bebannya, regangan akan bertambah dengan cepat, tetapi apabila beban dilepas disuatu titik melewati titik b, misalkan di titik c, bahan tidak akan kembali kepanjang awlnya, melainkan akan mengikuti garis putus-putus. Panjangnya pada tegangan nol kini lebih besar dari panjang awalnya dan bahan itu dikatakan mempunyai suatu regangan tetap (permanent set). Penambahan beban lagi sehingga melampaui c akan sangat menambah regangan sampai tercapai titik d, dimana bahan menjadi putus. Dari b ke d, logam itu dikatakan mengalami arus plastis atau depormasi platis, di mana terjadi luncuran dalam logam itu sepanjang bidang yang tegangan luncurnya maksimum. Jika antara batas elastis dan titik putus terjadi depormasi plastis yang besar, logam iti dikatakan kenyal (duktil). Akan tetapi jika pemutusan terjadi segera setelah melewati batas elastis, logam itu dikatakan rapuh. (Sears, F.W and Zemansky, M.W., 1962).

Besar kekuatan tarik, kekuatan tekan dan kekuatan lentur bahan polimer massa jenis tanggi dan bahan polimer massa jenis rendah seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1. beriukut.

Tabel 2.1. Kekuatan Tarik, Tekan dan Lentur Bahan Polimer Kekuatan

Tarik Perpanjangan

Modulus Elastisitas Kekuatan Tekan Kekuatan Lentur Polietilena

(MPa) (%) (MPa) (MPa) (MPa)

Polietilena Massa

Jenis Tinggi (HDPE)

21 - 38 15 - 100 4 - 10 22 7

Polietilena Massa

Jenis Rendah (LDPE)

7 - 14 90 - 650 1,4 - 2,4 - -

(Dieter, G, E., 1986)

Laju mulur

(

didefinisikan sebagai perbandingan pertambahan panjang dengan panjang mula-mula yang dinyatakan dalam persen. Secara matematis ditulis:

)

i % 100 -= 0 0 x L L L i f (2.5) dimana =

i laju mulur % =

,

0 Lf

L panjang spesimen sebelum dan sesudah diberi tarikan (mm).

Laju mulur yang diperbolehkan dalam industri adalah 10-7 – 10-4 % / jam,

akan tetapi secara praktis tidak mudah memriksa sifat sifat melar bahan pada laju regangan yang demikian rendah, oleh karena itu pengujian dilakukan pada orde pangkat dua lebih besar yaitu : 10-5 – 10-2 % / jam.

Untuk melihat karakteristik spesimen maka dapat dilakukan dengan menggunakan Uji SEM. SEM (Scanning Electron Mikroskope) adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen secara mikroskopik.

2.3. POLIETILENA

Polietilena merupakan suatu polimer yang terbentuk dari unit-unit berulang dari monomer etilena. Polietilena disebut juga polietena atau politena atau etena homopolimer. Polietilena adalah bahan termoplastik yang transparan, berwarna putih, mempunyai titik leleh bervariasi antara 1100C samapi 1370C. Umumnya polietilena

bersifat resisten terhadap zat kimia. Pada suhu kamar, polietilena tidak larut dalam pelarut organik dan anorganik. Polietilena dapat teroksidasi di udara pada temperatur tinggi atau dengan sinar Ultraviolet (Surdia, T. dan Saito, S., 1986)

2.4. SEKAM PADI

Padi (Oryza sativa) merupakan salah satu sumber bahan makanan pokok terbesar yang dikonsumsi Bangsa Indonesia saat ini. Budi daya tanaman padi bagi Bangsa Indonesia merupakan warisan nenek moyang kita yang diturunkan secara turun temurun sejak zaman dahulu, sehingga tanaman padi bukan hal yang baru lagi bagi kita. Berikut ini merupakan salah satu contoh gambar padi yang banyak dibudidayakan oleh petani Indonesia.

(http//:www.tribun-timur.com) Gambar 2.5. Padi (oryza sativa)

Beras merupakan hasil olahan padi melalui proses penggilingan atau penumbukan padi (gabah). Gabah yang telah kering disimpan atau langsung ditumbuk/digiling, sehingga beras terpisah dari sekam (kulit gabah). Sekam padi merupakan kulit padi yang dihasilkan dari mesin pengupas biji padi menjadi beras. 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, A., Rosman, A. , dan Jusriani, 2008).

2.5. JERIGEN PLASTIK INDUSTRI (JPI)

Salah satu polimer produk industri yang sekarang ini banyak kita jumpai di lapangan adalah Jerigen Plastik Industri (JPI), yaitu suatu pruduk jerigen dengan berbagai macam model (bentuk), ukuran dan kualitas. Gambar 2.7.(a). merupakan contoh jerigen plastik industri yang ditawarkan oleh sebuah perusahaan yang bergerak dibidang bisnis.

(a) (b)

(http://tunasmakmurlancar.indonetwork.or.id)

Gambar 2.6. Jerigen Plastik (a). JPI. (b). JPI Kemasan Minyak Goreng Ukuran 5 Liter

Salah satu pemanfaatan JPI adalah sebagai kemasan yang berisi produk industri seperti minyak goreng. Dalam hal ini yang menjadi bahan penelitian adalah jenis jerigen plastik industri ukuran 5 (lima) liter yang digunakan sebagai kemasan minyak makan yang beredar di pasaran, seperti ditunjukkan pada gambar 2.7.(b).

3.1. ALAT

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: 1. Extruder (gambar 1 halaman L-28 Lampiran H)

2. Hot Press (gambar 2 halaman L-28 Lampiran H)

3. Neraca Analitik

4. Seker / Ayakan

5. Alat Uji Tarik/Alat Uji Kemuluran (gambar 3 halaman L-29 Lampiran H) 6. Alat Uji SEM (gambar 5 halaman L-30 Lampiran H)

7. Alat Uji DTA (gambar 6 halaman L-30 Lampiran H)

3.2. BAHAN

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: 1. Jerigen Plastik Industri (gambar 2.7.b. halaman 17)

2. Serbuk Sekam Padi (gambar 3.1.b. halaman 19) 3. Polietilena 100 % (gambar 3.4.b. halaman 22)

3.3. PENYEDIAAN SERBUK SEKAM PADI (SSP) SEBAGAI PENGUAT KOMPOSIT PLASTIK POLIETILENA (PE)

Sekam padi yang akan dijadikan sebagai bahan penelitian berasal dari salah satu mesin pengupas padi menjadi beras (Kilang Padi). Selanjutnya sekam padi yang telah ditentukan dijemur sampai kering selama tiga hari berturut-turut, dengan harapan dapat diperoleh sekam padi yang tidak mengandung air. Setelah sekam padi diyakini sudah kering, selanjutnya sekam padi dihaluskan. Langkah selanjutnya adalah proses pengayakan dengan menggunakan mesin ayak dengan ukuran kehalusan 180 MESH yang ada di Laboratorium Kimia Polimer FMIPA USU. Dengan demikian diperoleh Serbuk Sekam Padi (SSP) sebagai penguat komposit plastik Polietilena (PE). Berikut ini merupakan gambar sekam padi dan serbuk sekam padi.

(a) (b)

3.4. PENCAMPURAN SERBUK SEKAM PADI (SSP) DENGAN POLIETILENA (PE) DALAM MESIN PENGEKSTRUSI (EKSTRUDER) DAN PEMBENTUKAN SPESIMEN KOMPOSIT

Pencampuran PE dengan SSP dilakukan secara manual. Rasio PE:SSP adalah 0:100, 10:90, 20:80, 30:70, 40:60 dan 50:50. Langkah selanjutnya adalah mencampur SSP dan PE yang berbeda komposisinya kedalam Extruder (mesin pengekstrusi) pada suhu 1400C. Ekstrudat yang dihasilkan dari proses pencapuran seperti ditunjukkan

pada gambar berikut:

(a) (b) (c) (d) (e)

Gambar 3.2. Ekstrudat SSP (a). Ekstrudat SSP 10%. (b). Ekstrudat SSP 20%. (c). Ekstrudat SSP 30%. (d). Ekstrudat SSP 40%. (e). Ekstrudat SSP 50%

Dari gambar terlihat bahwa semakin besar komposisi SSP pada PE maka warna komposit PE-SSP akan semakin gelap. Langkah selanjutnya adalah proses pengepresan panas dengan menggunakan mesin Hot Press. Variasi lama pemanasan untuk masing-masing campuran PE- SSP adalah 5 menit, 10 menit, 15 menit, 20 menit, 25 menit dan 30 menit. Proses pengepresan dilakukan dengan cara memasukkan ekstrudat kedalam cetakan (pola) sesuai dengan ketentuan untuk uji karakteristiknya yaitu standar ASTM D638 type IV. Selain proses pegepresan PE-SSP, juga dilakukan proses pengepresan Polietilena (PE) murni (100%) dan Jerigen

Plastik Industri (JPI). Perlakuannya adalah sama dengan perlakuan yang dilakukan pada campuran PE-SSP sehingga diperoleh spesimen PE, PE-SSP dan JPI. Langkah selanjutnya adalah pengujian spesimen.

3.5. KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIETILENA (PE) DENGAN SERBUK SEKAM PADI (SSP) SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN JERIGEN

Untuk mengetahui sifat-sifat mekanis spesimen PE, PE-SSP dan JPI dilakukan Uji Tarik/Uji kemuluran dengan menggunakan standar ASTM D638 type IV, Uji DTA (Defferensial Thermal Analysis), dan Uji SEM (Scanning Electron

Mikroscope). Untuk mengetahui sifat mekanis spesimen komposit PE-SSP setelah

diadakan Uji Tarik maka spesimen yang patah setelah melalui Uji Tarik, dilakukan kembali Uji SEM. Dengan demikian akan didapat gambaran karakteristik spesimen sebelum patah dengam spesimen setelah patah. Untuk pengambilan data sifat mekanik, ukuran spesimen dibuat sesuai standart ASTM D 638 type IV dengan dimensi seperti gambar berikut:

3.6. PENYEDIAAN JERIGEN PLASTIK INDUSTRI (JPI) DAN POLIETILENA (PE) SEBAGAI PEMBANDING KOMPOSIT PE-SSP

Sebagai pembanding karakteristik komposit PE-SSP adalah Polietilena (PE) murni (100%) dan Jerigen Plastik Industri (JPI) kemasan minyak goreng isi 5 liter. Untuk membuat JPI menjadi spesimen JPI maka dilakukan prosedur sebagai berikut. JPI yang sudah ditentukan dipotong kecil-kecil seperti gambar 3.4.(a), agar mudah dilakukan pencetakan. JPI yang sudah dipotong kecil-kecil selanjutnya dilakukan cetak tekan panas dengan menggunakan mesin Hot Press pada suhu 140 0C.

Sedangkan polietilena (gambar 3.4.(b)) langsung dilakukan cetak tekan panas dengan menggunakan mesin Hot Press pada suhu 140 0C, sehingga dihasilkan film JPI dan

film PE yang selanjutnya dibentuk sesuai dengan ketentuan ASTM 638 D Type IV.

(a) (b)

Gambar 3.4. (a). Potongan JPI. (b). Polietilena

3.7. KARAKTERISTIK POLIMER JPI DAN PE

Untuk mengetahui karakteristik polimer JPI dan polimer PE juga dilakukan Uji Tarik/Uji Kemuluran, Uji DTA dan Uji SEM. Hasil yang diperoleh dari Uji Karakteristik ini, selanjunya akan dibandingkan dengan hasil Uji Karakteristik komposit PE-SSP.

3.8. BAGAN PENELITIAN

Sekam Padi

Rasio PE-SSP = 10:90, 20:80,30:70,40:60,50:50

Serbuk Sekam Padi

Extruder (1400) SSP (180 MESH)

Extrudat

Hot Press (1400)

Uji Karaktristik

JPI 100% Polietilena (PE) 100%

Film Komposit/Polimer

Uji Tarik/Uji Mulur

Uji SEM Uji DTA

Kondisi Optimum Kondisi Optimum Hasil Hasil Spesimen ASTM D638 IV

Hasil

4.1. ANALISIS SIFAT KIMIA DAN KOMPOSISI SERBUK SEKAM PADI

Analisis sifat kimia bertujuan untuk mengetahui komposisi kimia yang terdapat dalam bahan baku, yang terdiri dari kadar mineral (abu), kadar lignin, kadar sari, kadar alfa selulosa, kadar pentosan, serta kelarutannya dalam 1 % NaOH yang dilakukan menurut SNI. Hasil analisis sifat kimia dan komposisi Serbuk Sekam Padi seperti ditunjukkan pada tabel berikut:

Tabel. 4.1. Sifat Kimia dan Komposisi Serbuk Sekam Padi

Komponen Kimia Komposisi (%)

Kadar abu 37,18

Kadar Lignin (Metode Klason) 11,90

Kadar Sari 10,42

Kadar Alfa Selulosa 20,03

Kadar Total Selulosa 29,65

Kadar Pentosan sebagai Hermiselulosa 9,62

Kelarutan dalam NaOH 1 % tidak bisa disaring (membentuk gel) Sumber: Laboratorium Balai Besar Pulp dan Kertas

Uji Kadar Abu dilakukan untuk menentukan kadar abu yang terdapat dalam Serbuk Sekam Padi. Uji lignin dilaksanakan untuk mengetahui jumlah lignin yang terdapat dalam Serbuk Sekam Padi. Lignin yaitu bagian yang terdapat dalam lamela

tengah dan dinding sel yang berfungsi sebagai perekat antar sel, merupakan senyawa aromatik berbentuk amorf. Komposit akan mempunyai sifat fisik atau kekuatan yang baik apabila mengandung sedikit lignin, karena lignin bersifat kaku dan rapuh. Uji kadar sari (ekstrak alkohol-benzena) dilaksanakan untuk mengetahui jumlah kandungannya yang terdapat dalam Serbuk Sekam Padi. Sari (ekstrak) alkohol benzena adalah zat dalam SSP yang terekstrasi oleh alkohol benzena sebagai pelarut, dilakukan pada titik didih pelarut dalam waktu tertentu. Uji kadar selulosa dilaksanakan untuk menentukan kadar selulosa g, dan , yang ada dalam Serbuk Sekam Padi. Uji dalam larutan natrium hidroksida satu persen dilaksanakan untuk menyatakan banyaknya komponen yang larut, meliputi senyawa anorganik dan organik, antara lain karbohidrat, tanin, kinon, zat wama dan sebagian lignin.

4.2. ANALISIS SIFAT FISIS DAN MORFOLOGI SERBUK SEKAM PADI

Penentuan morfologi Serbuk Sekam Padi bertujuan untuk mengetahui dimensi serat dan turunannya. Hal itu dilakukan menurut Standar Nasional Indonesia (SNI). Setiap materi bila dilihat dibawah mikroskop, akan terlihat serat-seratnya yang melekat satu dengan yang lainnya. Dari penampang melintangnya serat-serat tersebut mempunyai dinding dan lubang tengahnya yang disebut lumen. Senyawa yang melekat satu serat dengan serat lainnya disebut lignin, yang terdapat didalam lamela tengah. Uji morfologi serbuk dilaksanakan untuk menunjukkan panjang serbuk dalam keadaan utuh, dalam hal ini panjang serbuk merupakan sifat utama untuk menentukan

kekuatan komposit. Hasil analisis sifat fisis dan morfologi Serbuk Sekam Padi seperti ditunjukkan pada tabel berikut:

Tabel 4.2. Sifat Fisis dan Morfologi Serbuk Sekam Padi

Parameter Besar Satuan

Panjang Serbuk Minimal - mm

Panjang Serbuk Maksimal - mm

Panjang Serbuk Rata-Rata L 0,636 mm

Diameter Luar D 40,47 µm

Diameter Dalam l - µm

Tebal Dinding W - µm

Bilangan Runkel (2 x W/l) -

-Kelangsingan (L/D) x 1000 -

-Kekakuan (W/D) -

-Kelenturan (l/D) -

-Muhisiep Ratio (D2-i2/D2 x 100) - -

Sumber: Laboratorium Balai Besar Pulp dan Kertas

4.3. ANALISIS VISUAL BAHAN KOMPOSIT

Bahan komposit yang dihasilkan berbentuk film tipis dengan ketebalan 2 mm kemudian dibentuk sesuai dengan ASTM D 638 Type IV. Tampilan film bahan Polietilena (PE) murni (100%), Jerigen Plastik Industri (JPI), komposit PE-SSP dengan komposisi 10%, 20%, 30%, 40% dan 50% dapat dilihat seperti pada gambar berikut:

a b

d e

c

g f

Gambar 4.1. Film Spesimen (a). Film PE 100%. (b). Film JPI. (c). Film Komposit SSP 10%. (d). Film Komposit SSP 20%. (e). Film Komposit 30%. (f). Film Komposit SSP 40%. (g). Film Komposit 50%

Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa bahan PE dan bahan JPI tidak terdapat perbedaan warna yang berarti walaupun waktu yang diberikan pada saat

cetak tekan panas berbeda. Namun dengan bahan PE-SSP terjadi perbedaan yang berarti untuk bahan yang berbeda komposisinya yaitu ditandai dengan warna yang lebih gelap dengan bertambahnya komposisi SSP. Selanjutnya film PE, JPI dan film komposit PE-SSP dilakukan uji mekanik yaitu Uji Tarik/Uji Kemuluran.

4.4. HASIL UJI MEKANIK SPESIMEN

Dari 42 (empat puluh dua) buah film PE, JPI dan Komposit PE-SSP hanya 36 (tiga puluh enam) buah film yang dilakukan Uji/Uji Mulur, yaitu film PE 100%, film JPI 100%, film PE - SSP 10%, 20%, 30% dan 40% masing-masing sebanyak 6 buah. Sedangkan film PE - SSP 50% tidak dilakukan pengujian. Hal ini disebabkan film komposit yang yang dihasilkan dari proses cetak tekan panas kondisi fisiknya tidak memungkinkan, kondisi ini dapat dilihat dari bentuk film yang penampangnya berongga (keropos) akibat terbakar saat dilakukan cetak tekan panas. Data lengkap hasil Uji Tarik/Uji Mulur spesimen ditunjukkan pada tabel Lampiran C.

Berdasarkan tabel pada Lampiran C, maka kekuatan tarik dan kemuluran spesimen dapat dicari berdasarkan perhitungan sebagai berikut:

1 kgf = 9,807 N.

Luas penampang awal Ao (mm2) untuk spesimen PE 100% - 5 menit adalah:

Ao = 1,888 mm x 5,960 mm = 11,205 mm2.

Fmaks = 14,65 x 9,807 N

Maka kekuatan tarik jmax (strees) spesimen adalah: . 822 , 12 = . / 822 , 12 = 205 , 11 673 , 143 = = 2 2 0 MPa j mm N j mm N A F j maks maks maks maks

Kemuluran i merupakan perbandingan antara pertambahan panjang L dengan

panjang mula-mula L0, dimana panjang mula-mula spesimen 65 mm dan

pertambahan panjang specimen 110,91 mm maka diperoleh:

% 63 , 170 = % 100 000 , 65 91 , 110 = % 100 = 0 i x i x L L i

Dengan cara yang sama maka kekuatan tarik dan kemuluran spesimen diperoleh hasil perhitungan seperti yang tertera pada tabel Lampiran D. Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa bahan PE dan JPI pada kondisi optimum (PE 100% - 20 menit dan JPI 100% - 15 menit), kekuatan tarik dan kemuluran spesimen hampir sama, yaitu berturut-turut sebesar 29,927 MPa dan 959,72%; 29,998 MPa dan 514,05%. Sedangkan bahan PE-SSP pada kondisi optimum (PE-SSP 20% - 15 menit), kekuatan tarik dan kemuluran specimen sebesar 22,76 MPa dan 593,05%. Berdasarkan data literatur menyatakan untuk polietilena bermassa jenis tinggi sebesar 21-38 MPa dan kemulurannya sebesar 15% – 100% . (Dieter, G, E., 1986). Dari data hasil uji tarik specimen diperoleh perbedaan pengaruh kandungan bahan pengisi terhadap nilai kekuatan tarik dan kemuluran bahan komposit. Kekuatan tarik bahan komposit

menurun dengan penambahan bahan pengisi serbuk sekam padi terhadap matriks polietilena. Penurunan nilai kekuatan tarik ini disebabkan rendahnya sifat adhesi bahan matriks polietilena , selain itu sifat kepolaran bahan matriks dan bahan pengisi yang berbeda menghalangi terjadinya interaksi antar keduanya. Nilai kekuatan tarik/kemuluran bahan PE, JPI dan komposit PE-SSP pada kondisi optimum seperti ditunjukkan pada table berikut:

Tabel 4.3.Kekuatan Tarik dan Kemuluran PE,JPI dan PE-SSP pada Kondisi Optimum

Kekuatan Tarik Kemuluran

Sampel

(MPa) (%)

PE 100%-20 menit 299,22 959,72

JPI 100%-15 menit 299,98 514,05

SSP 10%-25 menit 103,88 88,54

SSP 20%-15 menit 199,48 593,05

SSP 30%-25 menit 123,99 113,40

SSP 40%-05 menit 108,60 38,37

Sumber: Laboratorium Penelitian FMIPA Universitas Sumatera Utara)

Gambar spesimen PE, JPI dan komposit PE-SSP pada kondisi optimum setelah dilakukan uji tarik seperti ditunjukkan pada Gambar 4.2. berikut:

a b c

Gambar 4.2. Film Spesimen Kondisi Optimum Setelah Dilakukan Uji Tarik

Gambar 4.3.a. merupakan bahan komposit PE-SSP 20%-15 menit, Gambar 4.3.b. merupakan bahan PE 100%-20 menit dan Gambar 4.3.c. merupakan bahan JPI 100%-15 menit. Dari gambar terlihat bahwa terdapat perbedaan kondisi spesimen setelah dilakukan Uji tarik/Uji mulur. Perbedaan ini menentukan perbedaan besarnya kekuatan tarik dan kekuatan kemuluran spesimen. Begitu juga dengan kurva Tegangan-Regangan yang dihasilkan secara otomatis pasti menunjukkan perbedaan. Kurva Tegangan-Regangan PE, JPI dan PE-SSP kondisi optimum hasil uji tarik/uji kemuluran seperti ditunjukkan pada Gambar 4.3. berikut:

(a) (b) (c) Regangan Regangan Regangan Te g an g an Te g an g an Te g an g an

Sumber: Laboratorium Penelitian FMIPA Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.3. Kurva Tegangan-Regangan Spesimen.(a). PE 100% - 20 Menit (b). JPI 100% - 15 Menit (c). PE-SSP 20% - 15 Menit

Dari kurva Tegangan-Regangan ketiga specimen pada kondisi optimum menunjukkan adanya perbedaan bentuk. Hal ini disebabkan oleh adanya perbedaan zat pengisi pada ketiga bahan. Namun jika dibandingkan dengan kurva Tegangan-Regangan beberapa bahan (halaman 11), diperoleh bahwa komposit yang dihasilkan adalah jenis komposit yang keras dan liat (Wirjosentono, B., 1995).

4.5. HASIL UJI SEM SPESIMEN

SEM adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan specimen secara mikroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada spesimen . Interaksi berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapa fenomena yaitu hamburan balik berkas elektron, sinar X, elektron sekunder dan absorbsi elektron. Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisa permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang tebalnya sekitar 20 µm dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan tofografi dengan segala tonjolan, lekukan dan lubang pada permukaan. Gambar tofografi diperoleh dari penangkapan elekron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkan ditangkap oleh oleh detektor dan diteruskan ke monitor. Pada monitor akan diperoleh gambar yang khas yang menggambarkan struktur permukaan spesimen. Selanjutnya gambar dimonitor dapat dipotret dengan menggunakan film hitam putih.Hasil Uji SEM terhadap bahan PE, JPI dan PE-SSP yang memiliki kondisi optimum seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Gambar 4.4. Permukaan Spesimen Sebelum Uji Tarik dan Daerah Patahan pada Kondisi Optimum. (a). Permukaan PE Sebelum Uji Tarik. (b). Permukaan PE pada daerah patahan sesudah Uji Tarik. (c). Permukaan JPI sebelum Uji Tarik. (d). Permukaan JPI pada daerah patahan sesudah Uji Tarik. (e).Permukaan PE-SSP sebelum Uji Tarik. (f). Permukaan PE-SSP pada daerah patahan sesudah Uji Tarik

Dari Gambar 4.4.(a) dan (c) di atas dapat dijelaskan bahwa terdapat perbedaan bentuk permukaan walaupun sama-sama berasal dari bahan polietilena. Hal ini dapat dipahami sebab diduga bahan JPI sudah tidak lagi berasal dari polietilena murni

melainkan sudah digunakan bahan penghubung sehingga diperoleh karakteristik yang khas. Akibatnya pada daerah patahanpun akan terjadi perbedaan (gambar b dan d). Begitu juga halnya dengan komposit PE-SSP yang sudah ada didalamnya bahan SSP maka sudah dapat dipastikan adanya perbedaan permukaan baik permukaan sebelum dilakukan uji tarik maupun pada daerah patahan sesudah dilakukan uji tarik. Namun kehadiran SSP pada PE dapat terdistribusi secara homogen (gambar e).

4.6. HASIL UJI DTA SPESIMEN

Karakteristik termal memegang peranan penting terhadap sifat suatu bahan karena berkaitan erat dengan struktur dalam bahan itu sendiri. Suatu bahan bila dipanaskan akan terjadi perubahan struktur yang mengakibatkan adanya perubahan dalam kapasitas atau energi termal bahan tersebut. Teknik analisa termal digunakan untuk mendeteksi perubahan fisika (penguapan) dan perubahan kimia (dekomposisi) suatu bahan yang ditunjukkan dengan penyerapan panas (endotermik) untuk mencairkan bahan dan pelepasan panas (eksotermik) untuk menguapkan bahan.

Uji DTA dilakukan terhadap bahan PE, JPI dan PE-SSP yang memiliki kondisi optimum. Hasil Uji DTA seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

(a)

(b)

(c) Sumber: Laboratorium PTKI Medan

Gambar 4.5. Diagram DTA Spesimen Kondisi Optimum. (a). Bahan PE. (b). Bahan JPI. (c). Bahan PE-SSP

Dari gambar kurva Uji DTA di atas dapat diidentifikasi bahwa temperatur transisi glass (Tg), titik leleh dan temperatur dekomposisi untuk bahan PE, JPI dan komposit PE-SSP pada kondisi optimum seperti ditunjukkan pada tabel 4.4. berikut:

Tabel 4.4. Temperatur Transisi Glass, Titik Leleh dan Temperatur Dekomposisi Spesimen pada Kondisi Optimum

Temperatur Transisi Glas Titik Leleh Temperatur Dekomposisi

Spesimen

(0C) (0C) I (0C) II (0C)

PE 140 360 450 -

JPI 140 370 450 -

PE-SSP 120 315 450 600

Sumber:Laboratorium PTKI Medan

Selain informasi tentang temperatur transisi, titik leleh dan temperatur dekomposisi, juga dapat dijelaskan dari gambar (a) dan (b) bahwa adanya perbedaan bentuk grafik yang ditunjukkan. Perbedaan ini terjadi diduga disebabkan oleh bahan JPI yang tidak lagi berasal dari polietilena murni (100%) melainkan sudah ditambah dengan zat penghubung lainnya sehingga diperoleh kemasan yang memenuhi SNI. Begitu juga dengan gambar (c) bila dibandingkan dengan gambar (a) dan (b) terlihat adanya perbedaan yang sangat signifikan. Perbedaan ini terjadi akibat adanya bahan pengisi serbuk sekam padi pada polietilena. Dari data Uji morfologis serbuk sekam padi (tabel 4.1. halaman 24) diperoleh informasi bahwa besarnya kadar abu (37,18%), kadar total selulosa (29,65%), kadar alfa selulosa (20,03%), kadar lignin (11,90%), kadar sari (10,42%) dan kadar pentosan (9,62%). Besarnya kadar zat-zat yang terkandung didalam serbuk sekam padi sudah barang tentu akan mempengaruhi

temperatur transisi glass (Tg), titik leleh dan temperatur dekomposisi dari komposit PE-SSP. Akibatnya grafik yang ditunjukkan juga memiliki perbedaan-perbedaan. Dari tabel 4.4. untuk komposit PE-SSP diperoleh informasi bahwa dengan penambahan SSP pada PE akan menurunkan temperatur transisi glass (Tg), temperaratur leleh dan menaikkan temperatur dekomposisi. Dari gambar 4.5. diagram DTA untuk komposit PE-SSP tampak bahwa temperatur dekomposisi terjadi dua kali yang ditandai dengan adanya dua puncak setelah titik leleh, yaitu pada temperatur 450 0C dan pada temperatur 600 0C. Hal ini diduga penyebabnya adalah pada suhu

450 0C polietilena mulai terbakar dan pada suhu 600 0C lignin yang terapat pada

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KESIMPULAN

Setelah dilakukan penelitian dan pengujian terhadap bahan komposit Polietilena dengan Serbuk Sekam Padi (PE-SSP) maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Serbuk Sekam Padi dapat digunakan sebagai pengisi bahan komposit Polietilena,

namun interaksinya masih rendah.

2. Telah dihasilkan bahan komposit campuran polietilena dengan serbuk sekam padi (PE-SSP) yang homogen.

3. Karakteristik komposit PE-SSP yang dihasilkan lebih rendah dari bahan Jerigen Plastik Industri

5.2. SARAN

Untuk lebih sempurnanya penelitian ini, maka disarankan:

1. Bahan komposit PE-SSP mungkin dapat dimanfaatkan sebagai kemasan yang lain yang mempunyai persyaratan lebih rendah tetapi tetap ramah lingkungan.

1. Untuk meningkatkan interaksi antara SSP dengan PE perlu penambahan senyawa penghubung agar karakteristik bahan komposit yang dihasilkan meningkat.

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah, A. H. D,. dan Judawisastra, H. 2006. Karakteristik Komposit Polimer Dengan Bahan Baku (Penguat) Serat Nenas, Serat Kelapa Dan Serat Rami Merupakan Salah Satu Alternatif Penggunaan Serat Alam Sebagai Bahan Penguat Komposit. Pusat Penelitian Fisika – LIPI. Indonesia.

Budiman, N., 2007. Polimer Biodegradable. Universitas Indonesia

Dieter, G, E., 1986, Mechanical Methallurgy, Third Edition, McGraw-Hill, New york Firdaus, F., Mulyaningsih, S., Darmawan, E, 2005. Plastik Biodegradable dari Pati Singkong dan Khitosan. D P P M (Direktorat Penelitian dan Pengabdian Masyarakat) Universitas Islam Indonesia (UII). Jogjakarta

Irhamsyah, A,. Rosman, A,. dan Jusriani. 2008. Pemanfaatan Sekam Padi sebagai Pengikat Limbah Logam Berat. FMIPA UNM. Makasar. Indonesia.

Nurjana, S. 2007. Komposit Polietilena dengan Penguat Serat Tandan Kosong Sawit. FMIPA USU Medan

Smallman, R.E. 1985. Modern Phisical Metallurgi. PT. Gramedia Pustaka Tama. Indonesia.

Surdia, T. dan Saito, S. 1985. Pengetahuan Bahan Teknik. PT. Dainippon Gitakarya Printing. Indonesia

Sears, F.W and Zemansky, M.W., 1962. Fisika untuk Universitas. P.T. Binacipta Jakarta. Indonesia.

The International Magazine for Users of Additives, Plastics Additives & Coumpunding-Word Buyers’ guide 2006, Published by Elsevier.

Wirjosentono, B. 1999. Degradasi dan Pemantapan Polimer Hidrokarbon Poliolefin. FMIPA USU Press Medan . Indonesia.

Wirjosentono, B. 1995. Analisis dan Karakterisasi Polimer FMIPA USU Press Medan. Indonesia.

--- 2008. Budi Daya Padi. http//:www.tribun-timur.com.

LAMPIRAN

Lampiran A

Lampiran B

Lampiran C

Data Hasil Uji Tarik/Uji Mulur Spesimen (ASTM D 638 Type IV)

Sampel Thickness Widdth Ao Beban saat Putus Regangan (mm) (mm) (mm2) (kgf) (mm)

PE 100% - 05‘ 1,880 5,960 11,205 14,65 110,91 PE 100% - 10’ 1,980 5,970 11,821 34,71 605,24 PE 100% - 15’ 1,950 5,940 11,583 24,25 437,98 PE 100% - 20’ 1,980 5,960 11,622 35,46 623,82 PE 100% - 25’ 1,900 5,960 11,324 24,71 388,26 PE 100% - 30’ 1,950 5,970 11,642 24,50 319,93 JPI 100% - 05’ 1,880 5,960 11,205 27,67 387,63 JPI 100% - 10’ 1,980 5,940 11,761 34,06 350,59 JPI 100% - 15’ 1,910 5,960 11,384 34,82 334,13 JPI 100% - 20’ 1,850 5,990 11,082 27,57 347,67 JPI 100% - 25’ 1,950 5,990 11,681 33,12 333,57 JPI 100% - 30’ 1,950 6,000 11,700 31,97 347,77 SSP 10% - 05’ 1,980 5,960 11,801 11,76 18,32 SSP 10% - 10’ 1,980 6,000 11,880 12,56 12,65 SSP 10% - 15’ 1,950 5,970 11,642 10,06 94,81 SSP 10% - 20’ 1,980 5,960 11,801 8,79 32,77 SSP 10% - 25’ 1,980 5,960 11,801 12,50 57,55 SSP 10% - 30’ 1,910 6,000 11,460 9,65 22,53 SSP 20% - 05’ 1,980 5,970 11,821 13,80 220,87 SSP 20% - 10’ 1,880 5,960 11,205 21,15 314,62 SSP 20% - 15’ 1,868 5,990 11,819 22,76 385,48 SSP 20% - 20’ 1,870 5,990 11,201 12,62 83,68 SSP 20% - 25’ 1,900 5,968 11,339 21,05 366,29 SSP 20% - 30’ 1,890 5,968 11,280 18,88 309,45 SSP 30% - 05’ 1,980 5,990 11,860 13,95 29,81 SSP 30% - 10’ 1,980 5,960 11,801 14,69 107,80 SSP 30% - 15’ 1,900 5,980 11,362 14,18 56,72 SSP 30% - 20’ 1,900 5,940 11,286 13,63 149,80 SSP 30% - 25’ 1,860 6,000 11,160 14,11 73,71 SSP 30% - 30’ 1,880 5,960 11,205 13,47 80,95 SSP 40% - 05’ 1,950 5,960 11,622 12,87 24,94 SSP 40% - 10’ 1,900 5,990 11,381 12,35 32,55 SSP 40% - 15’ 1,980 5,950 11,781 12,31 30,40 SSP 40% - 20’ 1,980 5,960 11,801 11,46 47,56 SSP 40% - 25’ 1,900 5,990 11,381 11,97 24,20 SSP 40% - 30’ 1,920 5,940 11,405 11,89 53,61

Lampiran D

Kekuatan Tarik dan Kemuluran Spesimen

Sampel Kekuatan Tarik Kemuluran

(MPa) (%)

PE 100% - 05‘ 12,822 170,63 PE 100% - 10’ 28,797 931,14 PE 100% - 15’ 20,532 73,82 PE 100% - 20’ 29,922 959,72 PE 100% - 25’ 21,400 612,71 PE 100% - 30’ 20,639 492,20 JPI 100% - 05’ 24,218 596,35 JPI 100% - 10’ 28,401 539,37 JPI 100% -15’ 29,998 514,05 JPI 100% - 20’ 24,399 534,88 JPI 100% - 25’ 27,808 513,18 JPI 100% - 30’ 26,797 535,03 SSP 10% - 05’ 9,773 28,18 SSP 10% - 10’ 10,368 19,46 SSP 10% - 15’ 8,475 145,86 SSP 10% - 20’ 7,305 50,42 SSP 10% - 25’ 10,388 88,54 SSP 10% - 30’ 8,258 34,66 SSP 20% - 05’ 11,449 339,80 SSP 20% - 10’ 18,812 484,03 SSP 20% - 15’ 19,948 593,05 SSP 20% - 20’ 11,049 128,74 SSP 20% - 25’ 18,206 563,52 SSP 20% - 30’ 16,415 476,08 SSP 30% - 05’ 11,535 45,86 SSP 30% - 10’ 12,208 165,85 SSP 30% - 15’ 12,239 87,26 SSP 30% - 20’ 11,844 230,46 SSP 30% - 25’ 12,399 113,40 SSP 30% - 30’ 11,790 124,54 SSP 40% - 05’ 10,860 38,37 SSP 40% - 10’ 10,642 50,08 SSP 40% - 15’ 10,247 46,77 SSP 40% - 20’ 9,524 73,17 SSP 40% - 25’ 10,315 37,23 SSP 40% - 30’ 10,224 82,48

Regangan

Te

g

an

g

an

Gambar 1. Kurva Tegangan-Regangan Polietilena 100% - 5 Menit

Te

g

an

g

an

Regangan

Te

g

an

g

an

Regangan

Gambar 3. Kurva Tegangan-Regangan Polietilena 100% - 15 Menit

Te

g

an

g

an

Regangan

Te

g

an

g

an

Regangan

Gambar 5. Kurva Tegangan-Regangan Polietilena 100% - 25 Menit

Te

g

an

g

an

Regangan

Te

g

an

g

an

Regangan

Gambar 7. Kurva Tegangan-Regangan JPI 100% -5 Menit

Te

g

an

g

an

Regangan

Te

g

an

g

an

Regangan

Gambar 9. Kurva Tegangan-Regangan JPI 100% -15 Menit

Te

g

an

g

an

Regangan

Te

g

an

g

an

Regangan

Gambar 11. Kurva Tegangan-Regangan JPI 100% - 25 Menit

Te

g

an

g

an

Regangan

Regangan Te g an g an Te g an g an Regangan

Gambar 13. Kurva Tegangan-Regangan SSP 10% - 5 Menit dan SSP 10% - 10 Menit

Regangan Te g an g an Regangan Te g an g an

Regangan Te g an g an Te g an g an Regangan Te g an g an

Gambar 15. Kurva Tegangan-Regangan SSP 10% -25 Menit dan SSP 10% - 30 Menit

Regangan Te g an g an

Te

g

an

g

an

Regangan

Gambar 17. Kurva Tegangan-Regangan SSP 20% - 10 Menit

Te

g

an

g

an

Regangan

Te

g

an

g

an

Regangan

Gambar 19. Kurva Tegangan-Regangan SSP 20% - 20 Menit

Te

g

an

g

an

Regangan

Te

g

an

g

an

Regangan

Gambar 21. Kurva Tegangan-Regangan SSP 20% - 30 Menit

Te

g

an

g

an

Regangan

Te

g

an

g

an

Regangan

Te g an g an Regangan Te g an g an Regangan

Gambar 23. Kurva Tegangan-Regangan SSP 30% -15 Menit dan SSP 30% - 20 Menit

Regangan Te g an g an Te g an g an Regangan

Regangan Te g an g an Te g an g an Te g an g an

Gambar 25. Kurva Tegangan-Regangan SSP 40% - 5 Menit dan SSP 40% - 10 Menit

Te g an g an Regangan Regangan Te g an g an

Te

g

an

g

an

Regangan

Gambar 27. Kurva Tegangan-Regangan SSP 40% - 25 Menit

Te

g

an

g

an

Regangan

1. Gambar Permukaan Polietilena 100% pada Kondisi Optimum dengan Perbesaran 200 kali

2. Gambar Permukaan Daerah Patahan Polietilena 100% pada Kondisi Optimum dengan Perbesaran 200 kali

3. Gambar Permukaan Jerigen Plastik Industri pada Kondisi Optimum dengan Perbesaran 200 kali

4. Gambar Permukaan daerah Patahan Jerigen Plastik Industri pada Kondisi Optimum dengan Perbesaran 200 kali

5. Gambar Permukaan Komposit PE-SSP pada Kondisi Optimum dengan Perbesaran 200 kali

6. Gambar Permukaan Daerah Patahan Komposit PE-SSP pada Kondisi Optimum dengan Perbesaran 200 kali

1. Gambat Extruder Laboratorium Kimia Polimer FMIPA USU tempat pembuatan ekstrudat PE dan komposit PE-SSP

2. Gambar Hot Press Laboratorium Kimia Polimer FMIPA USU tempat pembuatan ekstrudat PE, JPI dan komposit PE-SSP

3. Gambar Alat Uji Tarik/Uji Mulur Laboratorium Penelitian FMIPA USU. Torse. Elestronic System Universal Testing Machine Type SC-2DE.

Kapasitas 2 000 kgf

4. Foto Komposit PE-SSP 20%, PE 100% dan JPI 100% Kondisi Optimum Hasil Uji Tarik/Uji Mulur Laboratorium Penelitian FMIPA USU

5. Gambar Alat Scanning Electron Microscope Laboratorium PTKI Medan tempat dilakukan Uji SEM sample. ASM-5X. Compac Coater CC-50.

Shimadzu.

6. Gambar Alat Defferential Thermal Analisis Laboratorium PTKI Medan tempat dilakukan Uji DTA sampel. Thermal Analyzer DT-30

66

67

Lampiran H

Foto-Foto Alat dan Sampel Saat Pembuatan dan Uji Karakteristik Spesimen

1. Gambat Extruder Laboratorium Kimia Polimer FMIPA USU tempat pembuatan ekstrudat PE dan komposit PE-SSP

2. Gambar Hot Press Laboratorium Kimia Polimer FMIPA USU tempat pembuatan ekstrudat PE, JPI dan komposit PE-SSP

69

3. Gambar Alat Uji Tarik/Uji Mulur Laboratorium Penelitian FMIPA USU. Torse. Elestronic System Universal Testing Machine Type SC-2DE.

Kapasitas 2 000 kgf

4. Foto Komposit PE-SSP 20%, PE 100% dan JPI 100% Kondisi Optimum Hasil Uji Tarik/Uji Mulur Laboratorium Penelitian FMIPA USU

70

5. Gambar Alat Scanning Electron Microscope Laboratorium PTKI Medan tempat dilakukan Uji SEM sample. ASM-5X. Compac Coater CC-50.

Shimadzu.

6. Gambar Alat Defferential Thermal Analisis Laboratorium PTKI Medan tempat dilakukan Uji DTA sampel. Thermal Analyzer DT-30