Saharman Ghea, SSi, MSi, PhD 2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Prof. Dr. Thamrin, MSc 4. Dr. Jamahir Gultom 1. 5 Modifikasi Bentonit

Telah diuji pada Tanggal : 04 Juli 2013 PANITIA PENGUJI TESIS KETUA : Dr. Marpongahtun, M.Sc Anggota :

1. Saharman Ghea, SSi, MSi, PhD 2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D

3. Prof. Dr. Thamrin, MSc 4. Dr. Jamahir Gultom

5. Prof. Dr. Yunazar Manjang

Universitas Sumatera Utara RIWAYAT HIDUP Penulis lahir di Medan Sumatera Utara pada tanggal 12 Juli 1971, anak kedua dari Bapak Syaifuddin Lubis alm dan Ibu Ida Herawati Egon almh. Penulis menimba ilmu di TK Tunas Gadjah Mada Medan pada tahun 1977-1978. Melanjutkan pendidikan di SD Inpres 066057 Medan pada Tahun 1978-1984, SMP W.R. SUPRATMAN 1 Medan pada tahun 1984-1987, dan di Sekolah Menengah Analis Kesehatan Depkes RI Medan pada tahun 1987-1990. Kemudian melanjutkan jenjang perkuliahan di Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan pada tahun 1990-1999. Lalu melanjutkan kembali pendidikan pada program Magister Ilmu Kimia di Universitas Sumatera Utara 2011-2013. Universitas Sumatera Utara KATA PENGANTAR Puji syukur kita ucapkan kepada Allah SWT Yang Maha Pengasih lagi Maha Penyayang atas segala nikmat dan karunia-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan penelitian tesis ini. Pada kesempatan ini saya mengucapkan terima kasih kepada Gubernur Sumatera Utara c.q Kepala Bappeda Provinsi Sumatera Utara yang memberikan beasiswa kepada saya sebagai Mahasiswa Program Magister Kimia di Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. Dengan selesainya tesis ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTMH, M.Sc CTM, Sp.AK atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada saya untuk menyelesaikan pendidikan program magister. Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara dan Ketua Program Studi Magister Kimia Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, M.S, Ph.D atas kesempatan yang diberikan kepada saya untuk menjadi mahasiswa Program Magister Kimia di Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Bapak Dr. Sutarman, M.Sc atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada saya untuk menyelesaikan penelitian tesis ini. Terima kasih dan penghargaan yang setinggi – tingginya ditujukan kepada : 1. Dr. Marpongahtun, MSc selaku pembimbing utama dan Saharman Gea, SSi, MSi, Ph.D, selaku anggota komisi pembimbing yang setiap saat dengan penuh perhatian memberikan bimbingan, motivasi dan saran dalam penyusunan tesis ini. 2. Kepala dan Staf Laboratorium Kimia Polimer FMIPA USU, Manager dan Staf PTPN III, khususnya Staf Laboratorium Bapak Sugimin dan Bapak Dhani, beserta asisten atas fasilitas dan sarana yang diberikan. 3. BapakIbu Dosen Pascasarjana Program Studi Kimia yang telah membimbing dan memotivasi saya sampai selesainya tesis ini. Universitas Sumatera Utara 4. Rekan –rekan Mahasiswa Magister Kimia S-2 Guru dan regular Angkatan 2011, dan Kak Leli di Sekretariat Program Studi Magister Kimia yang telah banyak membantu dalam memberikan motivasi, saran selama menjalankan perkuliahan dan penelitian. 5. Keluarga tercinta: Alm. Papa Syaifuddin Lubis dan Almh. Ibunda Ida Herawati Egon, Alm. Papa Zainal Mudni dan Umak Arifah sebagai sumber motivasi terbesar ananda dalam menyelesaikan perkuliahan, penelitian dan penulisan tesis ini. 6. Akhirnya saya mengucapkan terima kasih kepada Suami Tercinta Zainal Arif, S.Ag; bintang-bintang kecil yang selalu berkilau indah di hati kami: Izzati Fadhilah, M. Zulhadi Asshiddiqi, Athifah Yumna, M. Zaky Aula dengan kasih sayang, cinta, kesabaran, pengertian, doa restu dan dorongan sehingga saya dapat menyelesaikan pendidikan Magister Kimia di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Serta seluruh sahabat yang tak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah mendoakan saya, saya ucapkan terima kasih. Penulis menyadari bahwa tesis ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca demi kesempurnaan tesis ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan di masa yang akan datang. Hormat Penulis FITHRI INDAWAHYUNI Universitas Sumatera Utara PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI NANOKOMPOSIT KARET ALAMORGANOBENTONIT MENGGUNAKAN CETILTRIMETILAMONIUM BROMIDA, POLIETILEN GLIKOL DAN SODIUM DODESIL SULFAT SEBAGAI PEMODIFIKASI PERMUKAAN ABSTRAK Telah dilakukan pembuatan dan karakterisasi nanokomposit karet alamorganobentonit. Bentonit diisolasi dari clay yang berasal dari Kabupaten Benar Meriah, Propinsi Nanggroe Aceh Darussalam yang dimodifikasi secara organik dengan menggunakan CTAB, SDS dan PEG sebagai surfaktan kationik, anionik dan non- ionik, dengan konsentrasi 2,5 M. Bentonit yang dimodifikasi ditambahkan ke dalam karet alam yang sudah dimastikasi , dengan perbandingan 1, 3, 5, 7 dan 9 phr menggunakan two-roll mill pada temperatur kamar selama 11 menit. Untuk karakterisasi yang meliputi uji tarik, struktur, termal dan permukaan, produk dicetak tekan pada 50 kN suhu 150 o C selama 15 menit. Khusus untuk uji tarik, sampel dibuat dengan standard ASTM D635 Tipe-V. Berdasarkan hasil yang didapat dari uji tarik dan stabilitas termal, sifat mekanik nanokomposit karet alamorganobentonit mengalami peningkatan jika dibandingkan dengan nanokomposit karet alambentonit tanpa modifikasi. Nanokomposit karet alamorganobentonit PEG mulai mengalami kehilangan berat 5 pada suhu 13,44 o C dan 10 pada suhu 12,73 o C sehingga stabilitas termalnya meningkat jika dibandingkan dengan nanokomposit karet alamorganobentonit mulai mengalami kehilangan berat 5 pada suhu 10,12 o C dan 10 pada suhu 9,59 o C. Spektra 2 Ɵ dari XRD menunjukkan pertambahan jarak antar lapis bentonit. . Uji morfologi dengan SEM menunjukkan penyebaran yang merata pada nanokomposit karet alambentonit yang dimodifikasi dengan PEG. Kata kunci: nanokomposit, karet alam, organo bentonit, surfaktan Universitas Sumatera Utara PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF NATURAL RUBBER ORGANOBENTONITE NANOCOMPOSITES MODIFIED ORGANICALLY BY USING CETYLTRIMETHYLAMMONIUM BROMIDE, POLYETHYLEN GLYCOL AND SODIUM DODECYL SULFATE ABSTRACT The preparation and characterisation of natural rubberorganobentonite nanocomposites have been done. Bentonites isolated from clay obtained from Bener Meriah District, Province of Nanggroe Aceh Darussalam were modified organically by using CTAB, SDS and PEG respectively as a cationic, an anionic, and a non- anionic surfactant with the fixed concentration of 2,5 M. The modified bentonites were added to the masticated natural rubber in various composition with the ratio of 1, 3, 5, 7 and 9 phr and mixed them by using a two-roll mill at room temperature for 11 minutes. For characterizations including tensile, structural, thermal, and morphological tests, the products were put in a hot-press at 50 kN at 150 o C for 15 minutes. Specially for the tensile test, the samples were provided follow ASTM D635 type-V. The results show that the tensile strength and thermal stability of natural rubberorganobentonite nanocomposite were imporoved significantly compared to natural rubber nanocomposite without any organically modification. Weight loss 5 of natural rubber nanocomposite compared to non-modified bentonit occurs at temperature 10,12 o C and 10 at temperature 9,59 o C, while the nanocomposite with organobentonit decompose 5 at a higher temperature at 13,44° C and 10 at temperature 12,73°C, indicated an increase in thermal stability. The 2Ɵ from XRD spectra shifts to the right and morphological tests showed nanocomposites natural rubberorganobentonite modified using PEG spread evenly in the natural rubber compound. Keywords: nanocomposite, natural rubber, organo bentonite, surfactant Universitas Sumatera Utara DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR i ABSTRAK iii ABSTRACT iv DAFTAR ISI v DAFTAR TABEL viii DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR LAMPIRAN xi DAFTAR SINGKATAN xii

BAB 1 PENDAHULUAN

1 1.1.Latar Belakang 1 1.2.Permasalahan 6 1.3.Pembatasan Masalah 6 1.4.Tujuan Penelitian 6 1.5.Manfaat Penelitian 6 1.6.Metodologi Penelitian 6 1.7.Waktu dan Lokasi Penelitian 6

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 8

2.1.Bentonit 8 2.1.1 Jenis-jenis bentonit 9 2.1.2 Sifat fisika dan kimia bentonit 10 2.1.3 Kegunaan Bentonit 12 2.1.4 Bentonit Aceh 12 2.1.5 Modifikasi bentonit 14 2.1.6 Interkalasi Bentonit 15 2.2.Surfaktan 17 2.2.1 Cetiltrimetilamonium Bromida CTAB 19 Universitas Sumatera Utara 2.2.2 Polietilen Glikol PEG 20 2.2.3 Sodium Dodesil Sulfat SDS 21 2.3. Karet Alam 23 2.3.1.Sifat fisika dan kimia karet alam 26 2.3.2 Vulkanisasi karet alam 27 2.3.3.Bahan tambahan 29 2.4.Komposit 31 2.4.1. Polimer Nanokomposit 31 2.4.2. Aplikasi dan penggunaan nanokomposit 33 2.5. Analisis dan karakterisasi bahan polimer 34 2.5.1 Spektroskopi Infra merah Fourier Transform FTIR 34 2.5.2. Uji Tarik Tensile Strength 34 2.5.3 Kestabilan Termal TGA 39 2.5.4 Mikroskop Pemindai ElektronSEM 41 2.5.5. Difraksi Sinar-X XRD 41 2.5.6 Penentuan Ukuran Partikel PSA 43 BAB 3 METODE PENELITIAN 44 3.1.Alat – alat yang digunakan 44 3.2.Bahan – bahan yang digunakan 44 3.3.Prosedur Penelitian 45 3.3.1. Proses Preparasi Lempung Bentonit 45 3.3.2. Pembuatan Nanopartikel Bentonit 46 3.3.3. Proses Preparasi Lempung Bentonit menjadi Organo-Bentonit 46 3.3.4. Mastikasi Karet Alam 47 3.3.5. Pengujian Viskositas Karet Alam Termastikasi 47 3.3.6. Pembuatan Nanokomposit Karet Alam-Bentonit 48 3.4.Karakterisasi Nanokomposit Karet Alam-Bentonit 48 3.4.1. Uji KemuluranUji Tarik 48 3.4.2. Analisa Kestabilan Termal TGA 49 3.4.3. Analisis Permukaan dengan SEM 49 3.4.4. Analisis Difraksi Sinar-X XRD 50 3.5.Bagan Penelitian 51 3.5.1. Proses Preparasi Lempung Bentonit 51 3.5.2. Pembuatan Nano Bentonit 52 3.5.3. Proses Preparasi Lempung Bentonit menjadi Organo-Bentonit 53 3.5.4. Mastikasi Karet Alam 54 3.5.5. Pembuatan Nanokomposit Karet Alam-Bentonit 54 Universitas Sumatera Utara

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 55

4.1.Hasil Penelitian 55 4.1.1 Analisis Ukuran Partikel Bentonit 56 4.1.2 Uji Viskositas Mooney Karet Alam 56 4.1.3. Hasil Uji Mekanik Nanokomposit Karet Alam-Organobentonit 58 4.1.3.1 Penentuan Modulus Elastisitas Nanokomposit Karet Alam- Organobentonit 58 4.1.3.2. Analisis Uji Kestabilan Termal 62 4.1.3.3 Analisis FTIR 65 4.1.3.4 Analisis Difraksi Sinar X XRD 71 4.1.3.5 Hasil Analisis Mikroskop Pemindai ElektronSEM 77

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 79

5.1.Kesimpulan 79 5.2.Saran 80 DAFTAR PUSTAKA 81 LAMPIRAN 88 Universitas Sumatera Utara DAFTAR TABEL Nomor Judul Halaman Tabel 2.1 Komposisi Kimia Bentonit 10 Tabel 2.2 Harga Rata-rata Kapasitas Tukar Ion 15 Tabel 2.3 Komposisi Kimia Karet Alam 25 Tabel 4.1 Viskositas Karet Alam 56 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Sifat Mekanik Nanokomposit Karet Alam-Organobentonit 60 Tabel 4.3 Data kehilangan berat 5 dan 10 setelah Pengujian TGA 65 Tabel 4.4 Data Analisis FT-IR pada Partikel Nanobentonit 66 Tabel 4.5 Sudut 2 Ɵ dan nilai d-spacing dari masing-masing puncak khas Bentonit 72 Tabel 4.6 Sudut 2 Ɵ dan nilai d-spacing dari masing-masing puncak khas nanokomposit karet alambentonit 74 Universitas Sumatera Utara DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Halaman Gambar 2.1 Strukutur Kristal Montmorilonit 11 Gambar 2.2 Peta Kabupaten Bener Meriah Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam 13 Gambar 2.3 Skema dari Clay dan Organo-Clay 16 Gambar 2.4 Jenis-jenis Komposit 16 Gambar 2.5 Rumus Molekul CTAB 19 Gambar 2.6 Reaksi antara Garam Ammonium dengan Natrium Bentonit 20 Gambar 2.7 Rumus Molekul PEG 20 Gambar 2.8 Modifikasi bentonit dengan adanya ikatan hidrogen PEG 21 Gambar 2.9 Rumus Molekul SDS 21 Gambar 2.10 Modifikasi permukaan bentonit oleh molekul SDS 23 Gambar 2.11 Monomer cis-1,4 Poliisoprena Pembentuk Molekul karet alam 28 Gambar 2.12 Vulkanisasi Karet Alam 28 Gambar 2.13 Distribusi Silikat Berlapis dalam Matriks Polimer 33 Gambar 2.14 Spesimen Uji Tarik dan Perilaku Polimer Termoplastik 35 Gambar 2.15 Kurva Hubungan terhadap Regangan 36 Gambar 2.16 Kurva Tegangan Regangan Bahan Kenyal 38 Gambar 2.17 Skema Termogram bagi Reaksi Dekomposisi Satu Tahap 41 Gambar 3.1 Gambar Spesimen Uji Tarik 48 Gambar 4.1 Hasil Analisis Pengukuran Nanopartikel Bentonit 51 Gambar 4.2 Bentonit Alam dan Partikel Nanobentonit setelah Miling 56 Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Waktu Mastikasi terhadap Universitas Sumatera Utara Viskositas dan Berat Molekul Karet Alam 58 Gambar 4.4 Alat dan Sampel Uji Tarik 59 Gambar 4.5 Kurva Regangan-Tegangan Nanokomposit Karet Alam-Organobentonit 61 Gambar 4.6 Kurva Kestabilan Termal Nanokomposit Karet Alam-Organobentonit 63 Gambar 4.7 Spektrum Analisis FTIR bentonit dan organobentonit 67 Gambar 4. 8 Spektrum Analisis FTIR dari CTAB 68 Gambar 4. 9 Spektrum Analisis FTIR dari PEG 69 Gambar 4.10 Spektrum Analisis FTIR dari SDS 70 Gambar 4.12 Difraktogram bentonit tidak termodifikasi dan bentonit termodifiksi 71 Gambar 4.13 Perbesaran Difraktogram bentonit tidak termodifikasi dan bentonit yang dimodifikasi 73 Gambar 4.14 Difraktogram nanokomposit karet alambentonit tidak termodifikasi dan karet alam bentonit yang termodifikasi 74 Gambar 4.15 Perbesaran skala difraksi sinar X puncak khas bentonit 75 Gambar 4.16 Difraktogram karet alam 76 Gambar 4.17 Hasil SEM Bentonit Nanokomposit Karet Alam- CTAB 77 Gambar 4.18 Hasil SEM Bentonit Nanokomposit Karet Alam- PEG 77 Gambar 4.19 Hasil SEM Bentonit Nanokomposit Karet Alam- SDS 78 Universitas Sumatera Utara DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul Halaman Lampiran1 Daftar Konversi Mesh ke Mikron 88 Lampiran 2 Hasil Pengukuran Nanopartikel Bentonit 89 Lampiran 3 Data Hasil Pengukuran Viskositas Karet Alam 90 Lampitran 4 Data Hasil Uji Tarik Nanokomposit Karet AlamBentonit 92 Lampiran 5 Data Hasil Uji Tarik Nanokomposit Karet AlamBentonit-CTAB 93 Lampiran 6 Data Hasil Uji Tarik Nanokomposit Karet AlamBentonit-PEG 94 Lampiran 7 Data Hasil Uji Tarik Nanokomposit Karet AlamBentonit-SDS 95 Lampiran 8 Data Hasil Analisis Uji Kestabilan Termal Nanokomposit Karet AlamBentonit 96 Lampiran 9 Data Hasil Analisis Uji Kestabilan Termal Nanokomposit Karet AlamBentonit-CTAB 97 Lampiran 10 Data Hasil Analisis Uji Kestabilan Termal Nanokomposit Karet AlamBentonit-PEG 98 Lampiran 11 Data Hasil Analisis Uji Kestabilan Termal Nanokomposit Karet AlamBentonit-SDS 99 Lampiran 12 Spektrum FT-IR Nanokomposit Karet Alam Bentonit 100 Lampiran 13 Spektrum FT-IR Bentonit-CTAB 101 Lampiran14 Spektrum FT-IR Bentonit-PEG 102 Lampiran15 Spektrum FT-IR Bentonit-SDS 103 Lampiran16 Spektrum XRD Bentonit 104 Lampiran 17 Spektrum XRD Bentonit-CTAB 105 Lampiran18 Spektrum XRD Bentonit-PEG 107 Lampiran19 Spektrum XRD Bentonit-SDS 109 Lampiran 20 Spektrum XRD Nanokomposit Karet AlamBentonit 111 Lampiran 21 Spektrum XRD Nanokomposit Karet Alam Bentonit-CTAB 113 Lampiran 22 Spektrum XRD Nanokomposit Karet AlamBentonit-PEG 115 Lampiran 23 Spektrum XRD Nanokomposit Karet AlamBentonit-SDS 117 Universitas Sumatera Utara DAFTAR SINGKATAN CTAB : Cetiltrimetilamonium Bromida EPDM : Etilen Propilen Diena Monomer FT-IR : Fourier Transform-Infra Red PEG : Polietilen Glikol phr : per hundred rubber PLS : Polimer Berlapis Silikat PSA : Particle Size Analyzer SDS : Sodium Dodesil Sulfat SEM : Scanning Electron Microscope SIR : Standard Indonesian Rubber XRD : X-Ray Difraction Universitas Sumatera Utara PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI NANOKOMPOSIT KARET ALAMORGANOBENTONIT MENGGUNAKAN CETILTRIMETILAMONIUM BROMIDA, POLIETILEN GLIKOL DAN SODIUM DODESIL SULFAT SEBAGAI PEMODIFIKASI PERMUKAAN ABSTRAK Telah dilakukan pembuatan dan karakterisasi nanokomposit karet alamorganobentonit. Bentonit diisolasi dari clay yang berasal dari Kabupaten Benar Meriah, Propinsi Nanggroe Aceh Darussalam yang dimodifikasi secara organik dengan menggunakan CTAB, SDS dan PEG sebagai surfaktan kationik, anionik dan non- ionik, dengan konsentrasi 2,5 M. Bentonit yang dimodifikasi ditambahkan ke dalam karet alam yang sudah dimastikasi , dengan perbandingan 1, 3, 5, 7 dan 9 phr menggunakan two-roll mill pada temperatur kamar selama 11 menit. Untuk karakterisasi yang meliputi uji tarik, struktur, termal dan permukaan, produk dicetak tekan pada 50 kN suhu 150 o C selama 15 menit. Khusus untuk uji tarik, sampel dibuat dengan standard ASTM D635 Tipe-V. Berdasarkan hasil yang didapat dari uji tarik dan stabilitas termal, sifat mekanik nanokomposit karet alamorganobentonit mengalami peningkatan jika dibandingkan dengan nanokomposit karet alambentonit tanpa modifikasi. Nanokomposit karet alamorganobentonit PEG mulai mengalami kehilangan berat 5 pada suhu 13,44 o C dan 10 pada suhu 12,73 o C sehingga stabilitas termalnya meningkat jika dibandingkan dengan nanokomposit karet alamorganobentonit mulai mengalami kehilangan berat 5 pada suhu 10,12 o C dan 10 pada suhu 9,59 o C. Spektra 2 Ɵ dari XRD menunjukkan pertambahan jarak antar lapis bentonit. . Uji morfologi dengan SEM menunjukkan penyebaran yang merata pada nanokomposit karet alambentonit yang dimodifikasi dengan PEG. Kata kunci: nanokomposit, karet alam, organo bentonit, surfaktan Universitas Sumatera Utara PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF NATURAL RUBBER ORGANOBENTONITE NANOCOMPOSITES MODIFIED ORGANICALLY BY USING CETYLTRIMETHYLAMMONIUM BROMIDE, POLYETHYLEN GLYCOL AND SODIUM DODECYL SULFATE ABSTRACT The preparation and characterisation of natural rubberorganobentonite nanocomposites have been done. Bentonites isolated from clay obtained from Bener Meriah District, Province of Nanggroe Aceh Darussalam were modified organically by using CTAB, SDS and PEG respectively as a cationic, an anionic, and a non- anionic surfactant with the fixed concentration of 2,5 M. The modified bentonites were added to the masticated natural rubber in various composition with the ratio of 1, 3, 5, 7 and 9 phr and mixed them by using a two-roll mill at room temperature for 11 minutes. For characterizations including tensile, structural, thermal, and morphological tests, the products were put in a hot-press at 50 kN at 150 o C for 15 minutes. Specially for the tensile test, the samples were provided follow ASTM D635 type-V. The results show that the tensile strength and thermal stability of natural rubberorganobentonite nanocomposite were imporoved significantly compared to natural rubber nanocomposite without any organically modification. Weight loss 5 of natural rubber nanocomposite compared to non-modified bentonit occurs at temperature 10,12 o C and 10 at temperature 9,59 o C, while the nanocomposite with organobentonit decompose 5 at a higher temperature at 13,44° C and 10 at temperature 12,73°C, indicated an increase in thermal stability. The 2Ɵ from XRD spectra shifts to the right and morphological tests showed nanocomposites natural rubberorganobentonite modified using PEG spread evenly in the natural rubber compound. Keywords: nanocomposite, natural rubber, organo bentonite, surfactant Universitas Sumatera Utara

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Produksi karet di Indonesia meningkat secara perlahan dari 2.440.347 ton di tahun 2009 menjadi 2.990.184 ton pada 2011. Kemudian jumlah ini terus meningkat di tahun 2012 sebesar 3.040.376 dan diperkirakan pada tahun 2013 sebesar 3.100.000 ton. Produksi karet Indonesia masih didominasi oleh karet rakyat dengan luasan terbesar diusahakan oleh jutaan petani mandiri dan memberikan kontribusi besar dalam menghasilkan devisa negara. Selain itu, karet rakyat mampu menyerap CO 2 sebesar 121.942.555 ton per tahun yang dapat mengurangi pemanasan global Reducing Global Warming . Dengan demikian proses produksi karet rakyat tetap dapat menjaga nilai-nilai ramah lingkungan Environmentally Friendly Values Virdhani, 2013 Produksi karet ini tentu akan bisa ditingkatkan dengan memberdayakan lahan- lahan kosong yang masih tersedia dan disertai dengan perbaikan sistem tanam yang lebih produktif. Namun, selain upaya perluasan lahan, inovasi peningkatan mutu dan pemberian nilai tambah secara ekonomi pada produk-produk karet terus dilakukan sehingga produk-produk tersebut dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang, bahkan menjadi komponen barang-barang berteknologi tinggi. Salah satu cara adalah pemanfaatan mineral alam yang tersedia melimpah seperti montmorillonit MMT, bentonit, zeolit dan clay Bandyopadhyay, 2011. Indonesia mempunyai deposit batuan bentonit yang sangat melimpah di Indonesia dan tersebar di beberapa lokasi yaitu di Pulau Jawa, Sumatera, Kalimantan dan Sulawesi dengan jumlah cadangan lebih dari 380 juta ton. Ini merupakan aset yang sangat potensial dan harus dimanfaatkan sebaik-baiknya Syuhada dkk, 2009. Sampai saat ini pengolahan bentonit masih terbatas, terutama bentonit alam Aceh. Penelitian yang sudah dilakukan terhadap bentonit Aceh hanya sebatas penelitian tentang pemanfaatan bentonit seperti untuk pembuatan katalis Ramli dkk., Universitas Sumatera Utara 2003, untuk uji aktivitasnya pada reaksi kimia Sheilatina, 2005 dan Lubis, 2007 dan bentonit yang digunakan hanya bentonit dari salah satu daerah di Aceh Utara. Aceh merupakan daerah yang banyak mengandung bentonit yang mencapai 2.618.224.030,20 ton Pusat Sumber daya geologi Aceh, 2009 Kandungan utama bentonit adalah mineral monmorilonit 80 dengan rumus kimia MxAl 4 - xMgxSi 8 O 20 OH 4 .nH 2 O. Kandungan lain dalam bentonit merupakan pengotor dari beberapa jenis mineral seperti kwarsa, ilit, kalsit, mika dan klorit. Struktur monmorilonit terdiri dari 3 lapis yang terdiri dari 1 lapisan alumina AlO 6 berbentuk oktahedral pada bagian tengah diapit oleh 2 buah lapisan silika SiO 4 berbentuk tetrahedral. Diantara lapisan oktahedral dan tetrahedral terdapat kation monovalent maupun bivalent, seperti Na + , Ca 2+ dan Mg 2+ dan memiliki jarak d- spacing sekitar 1,2 – 1,5 μm. Studi tentang organobentonit menjadi suatu hal yang penting dalam pembuatan komposit berbasis bentonit. Lapisan-lapisan dalam bentonit teraglomerasi menggumpal karena adanya gaya tarik menarik antar partikel. Dengan teknik tertentu seperti modifikasi permukaan gaya tersebut dapat dikurangi sehingga jarak antar lapis dalam struktur bentonit d-spacing akan bertambah besar 1,5 nm. Modifikasi dapat dilakukan dengan penambahan surfaktan, dimana bentonit yang semula bersifat hidrofilik berubah menjadi hidrofobik sehingga memungkinkan bentonit berinteraksi antarmuka dengan beberapa matriks polimer yang berbeda. Bentonit hasil modifikasi dengan rantai alkil organik panjang yang disebut organo- clay. Tanpa perlakuan organik ini, bentonit tidak akan menyebar ke polimer dan tetap sebagai partikel berukuran mikron dan hanya sebagai pengisi biasa. Senyawa organik yang paling umum digunakan adalah alkilamonium, yang memiliki berbagai panjang rantai dan adanya gugus fungsi, bisa sebagai amina primer, amina sekunder, amina tersier atau amina kuarterner. Alkilammonium, sampai saat ini sangat sukses dalam sintesis dan dalam pengembangan bahan polimer nanokomposit Morgan, 2007. Perubahan sifat bentonit merupakan hasil dari penggantian kation anorganik pada bentonit dengan kation organik surfaktan. Dengan masuknya surfaktan ke dalam bentonit, d-spacing pada bentonit bertambah besar terinterkalasi. Pada proses Universitas Sumatera Utara pembuatan nanokomposit antara material polimer dan organoclay pada fasa leleh, diharapkan dengan adanya gaya puntir shear jarak antar layer pada organoclay akan semakin membesar dan akhirnya terjadi delaminasi struktur pada bentonit atau lebih dikenal dengan istilah eksfoliasi, dimana lapisan-lapisan bentonit dalam ukuran nano ini akan terdispersi dalam matriks polimer Syuhada, 2009. Kation eksternal dan internal dapat ditukar dengan ion organik atau non organik lainnya, seperti ion alkil ammonium kuaterner Lagaly,1991. Syuhada pada tahun 2005 memodifikasi permukaan bentonit dengan menggunakan di-hydrogenatedtallow- dimetilamoniumklorida DTAC dengan rumus kimia [CH 3 2 N + R 1 R 2 Cl], ternyata terjadi peningkatan stabilitas panas dan d-spacing dibandingkan bentonit murni. Yun- Hwei Shen pada tahun 2000 meneliti beberapa jenis surfaktan untuk memodifikasi permukaan clay dengan membandingkan surfaktan non ionik dan kationik, dapat disimpulkan bahwa surfaktan non ionik meningkatkan jarak antar lapis clay lebih baik dibandingkan dengan menggunakan surfaktan kationik. Singla et al, 2012 membuktikan bahwa pada modifikasi bentonit menjadi organobentonit terjadi peningkatan basal spacing sebanding dengan bertambahnya panjang rantai alkil dari ion alkil ammonium kuaterner yang digunakan sebagai surfaktan. Bahan pengisi yang dimasukkan ke dalam suatu elastomer dalam upaya untuk mengubah sifat bahan komposit sesuai yang diinginkan dan juga ditujukan untuk mengurangi biaya. Pengisi yang biasa digunakan dalam industri karet termasuk karbon hitam, mineral pengisi seperti karbonat tanah liat, silika dan kalsium. Okada et al, 1995 meneliti bahwa karet akrilonitril-butadien dengan hanya 10 phr organoclay dapat mencapai kekuatan tarik yang sama dengan menggunakan 40 phr karbon hitam. Permeabilitas gas dari Ethylene Propylene Diene Monomer EPDM-clay meningkat 30 jika dibandingkan dengan EPDM-pristin Usuki, 2002. Organoclay meningkatkan derajat ikatan silang jika dibandingkan dengan karbon hitam, dimana hanya dengan 10 phr organoclay memiliki sifat mekanik yang sama seperti kompon dengan menggunakan 40 phr karbon hitam Arroyo, 2003. Universitas Sumatera Utara Nanofillers merupakan sebuah seni dan paling menarik di antara pengisi karena dapat berfungsi sebagai pengisi yang lebih baik dalam jumlah yang lebih sedikit. Bidang nanoteknologi merupakan salah satu penelitian yang populer dalam ilmu pengetahuan dan teknologi, terutama nanokomposit berbasis karet untuk difungsikan dalam berbagai aplikasi. Beberapa tahun terakhir ini nanokomposit polimer berlapis silikat PLS telah menarik minat yang besar karena dapat meningkatkan sifat material yang luar biasa jika dibandingkan dengan polimer alami atau komposit konvensional. Peningkatan sifat ini meliputi peningkatan modulus Biswas, 2001, kekuatan dan ketahanan panas Giannelis, 1998, penurunan permeabilitas gas Messersmith, 1995, mudah terbakar Gilman, 2000, serta peningkatan biodegradabilitas polimer Ray, 2002; Vijaylekshmi, 2009. Vijaylakshmi 2009 melakukan studi tentang pembuatan nanokomposit karet alamclay nanokomposit dengan menggabungkan karet alam-g-maleat anhidrat dengan nanopartikel cloisit 30B. Penggunaan organoclay sebagai bahan pengisi juga telah diteliti oleh Viet et al, 2008 dimana terjadi peningkatan modulus dan kekerasan nanokomposit karet alam. Carli et al, 2011, telah membandingkan silika dan organoclay sebagai bahan pengisi untuk nanokomposit karet alam dimana 50 phr silika dapat digantikan dengan 4 phr organoclay dengan sifat mekanik yang sama. Pemanfaatan nanokomposit karet alam-clay telah banyak digunakan dalam bidang automotif antara lain sebagai komponen badan kendaraan, seal, dan ban. Nanokomposit dibutuhkan dalam hal ini harus bersifat tahan panas, murah, permeabilitas rendah, tahan lama, tahan kikis, hemat energi, tahan cuaca dan tidak berisik. Sifat-sifat yang diperlukan ini dapat dipenuhi oleh nanokomposit karet alam- clay. Mineral clay mudah tersedia di alam dan tidak memerlukan pengolahan dan modifikasi yang rumit untuk menghasilkan nanopartikel clay Bandyopadhyay, 2011. Dalam bidang non-automotif nanokomposit karet alamlempung menghasilkan material yang lebih tahan lama dengan kualitas lebih baik dan telah digunakan untuk pembuatan bola tenis, basket dan bola kaki, sarung tangan dan barang jadi karet lainnya Feeney, 2011. Universitas Sumatera Utara Bentonit yang akan digunakan dari penelitian ini adalah dari bentonit alam Aceh dan telah diambil dari Kecamatan Rime Gayo, Kabupaten Bener Meriah Propinsi Nanggroe Aceh Darussalam NAD. Penelitian dilakukan dengan beberapa pengujian untuk menyelidiki karakteristik dari bentonit alam Kabupaten Bener Meriah sehingga menjadi bentonit nanopartikel dan akan digunakan sebagai filler nanokomposit karet alamorganobentonit. Selanjutnya penelitian ini membandingkan modifikasi organik dari surfaktan anion, kation dan non ionik untuk dijadikan nanofiller dalam komposit karet alam. Karet alam dengan sifat istimewanya yang elastis, sementara nanopartikel bentonit yang telah dimodifikasi secara organik sedemikian rupa akan berikatan dengan karet alam diharapkan dapat menghasilkan nanokomposit dimana adanya organobentonit diharapkan dapat meningkatkan kekuatan karet alam tanpa mengurangi sifat elastisitasnya.

1.2 Permasalahan

Adapun permasalahan yang ditemui pada penelitian ini adalah : 1. Bagaimana teknik isolasi bentonit dan penyediaan nanopartikel bentonit 2. Bagaimana metode pembuatan organobentonit dengan menggunakan surfaktan anion, kation dan non ionik 3. Bagaimana memanfaatkan bentonit termodifikasi surfaktan tersebut untuk pembuatan nanokomposit karet alamorganobentonit 4. Bagaimana karakteristik bentonit termodifikasi surfaktan dan nanokomposit karet alamorganobentonit yang terbentuk.

1.3 Pembatasan Masalah

Berdasarkan uraian di atas, maka penelitian ini dibatasi sebagai berikut: 1. Bentonit yang digunakan berasal dari Kecamatan Pintu Rime Gayo, Kabupaten Bener Meriah, Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam Universitas Sumatera Utara 2. Karet Alam yang digunakan berasal dari Perkebunan PTPN III Kecamatan Dolok Merawan, Serdang Bedagai, Provinsi Sumatera Utara 3. Pembuatan nanopartikel bentonit dengan menggunakan high-energy Ball Mill 4. Modifikasi organobentonit menggunakan surfaktan CTAB, SDS dan PEG yang didapat secara komersial 5. Pembuatan nanokomposit dengan cara pencampuran terbuka menggunakan two- roll mill pada suhu kamar.

1.4 Tujuan Penelitian

1. Mengisolasi bentonit dan mengubahnya menjadi nanopartikel bentonit 2. Memodifikasi permukaan nanopartikel bentonit menjadi bentonit termodifikasi dan mengkarakterisasinya 3. Membuat nanokomposit karet alamorganobentonit 4. Menguji kekuatan tarik, kestabilan thermal, struktur dan uji morfologi dari nanokomposit karet alamorganobentonit.

1.5 Manfaat Penelitian

Hasil dari penelitian ini diharapkan dapat meningkatkan nilai tambah terhadap karet alam dan bentonit dalam menghasilkan nanokomposit serta memberikan sumbangan bagi peningkatan teknologi industri khususnya industri karet dan bahan galian bentonit.

1.6 Metodologi Penelitian

Penelitian ini bersifat eksperimen laboratorium, yaitu untuk memodifikasi permukaan bentonit dan membuat nanokomposit karet alambentonit serta dilakukan dalam beberapa tahap yaitu : Tahap I : Proses pembuatan dan karakterisasi nanopartikel bentonit Tahap II : Pembuatan dan karakterisasi organobentonit dengan pemodifikasi permukaan Universitas Sumatera Utara CTAB, PEG dan SDS Tahap III: Pembuatan dan karakterisasi nanokomposit karet alamorganobentonit Adapun variabel yang digunakan adalah : Variabel bebas : Komposisi nanopartikel bentonit Variabel terikat : Hasil analisa uji XRD, SEM, uji tarik dan uji kestabilan termal, analisa ukuran partikel dan pengukuran viskositas Variabel tetap : 1. Konsentrasi surfaktan 2,5 M 2. Temperatur Hot Press 150 o C 3. Waktu vulkanisasi 15 menit

1.7. Waktu dan Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan mulai bulan Januari 2013 sampai dengan Mei 2013 di Laboratorium Kimia Polimer FMIPA USU, Laboratorium Pengujian Mutu Pabrik Gunung Para PTPN III, Laboratorium Penelitian Teknik Kimia USU, Laboratorium Penelitian FMIPA ITB dan Laboratorium Teknik Kimia Politeknik Lhokseumawe. Universitas Sumatera Utara

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bentonit

Bentonit merupakan istilah dalam dunia perdagangan untuk clay yang mengandung monmorillonit. Kandungan utama bentonit adalah mineral monmorilonit 80 dengan rumus kimia [Al l.67 Mg 0.33 Na 0.33 ]Si 4 O 10 OH 2 . Warnanya bervariasi dari putih ke kuning, sampai hijau zaitun, coklat kebiruan. Bentonit berasal dari perubahan hidrotermal dari abu vulkanik yang disimpan dalam berbagai air tawar misalnya, danau alkali dan cekungan laut fosil laut yang melimpah dan batu kapur, ditandai dengan energi pengendapan yang rendah oleh lingkungan dan kondisi iklim sedang. Hamparan bentonit berkisar pada ketebalan dari beberapa sentimeter hingga puluhan meter sebagian 0,3-1,5 m dan dapat lebih dalam lagi sampai ratusan kilometer. Bentonit banyak terdapat secara luas di semua benua. Kandungan lain dalam bentonit merupakan pengotor dari beberapa jenis mineral seperti kwarsa, ilit, kalsit, mika dan klorit Utracki, et. al, 2004. Bentonit dikenal dan dipasarkan dengan berbagai sinonim seperti sabun tanah liat, sabun mineral, wilkinite, staylite, vol-clay, aquagel, ardmorite , dan refinite Johnston, 1961.

2.1.1 Jenis-jenis Bentonit

Klasifikasi bentonit dibuat dengan terlebih dahulu menyelidiki karakteristik struktural seperti komposisi kimia dan mineralogi, kapasitas tukar kation dan luas permukaan spesifik. Bentonit alam baik natrium atau kalsium bentonit memiliki sifat dan kegunaan yang berbeda. Berdasarkan jenisnya, bentonit dibagi menjadi dua, yaitu : 1. Na-bentonit – Swelling bentonite Tipe Wyoming Na bentonit memiliki daya mengembang hingga delapan kali apabila dicelupkan ke dalam air, dan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air. Dalam keadaan kering berwarna putih atau krem, pada keadaan basah dan terkena sinar matahari akan Universitas Sumatera Utara berwarna mengkilap. Perbandingan soda dan kapur tinggi, suspensi koloidal mempunyai pH: 8,5-9,8, tidak dapat diaktifkan, posisi pertukaran diduduki oleh ion- ion sodium Na + . Kandungan Na 2 O dalam natrium bentonit umumnya lebih besar dari 2. Karena sifat- sifat tersebut maka mineral ini sering dipergunakan untuk lumpur pemboran, penyumbat kebocoran bendungan pada teknik sipil, bahan pencampur pembuatan cat, bahan baku farmasi, dan perekat pasir cetak pada industri pengecoran logam.

2. Ca-bentonit – non swelling bentonite.

Ca-bentonit ditandai dengan kemampuan penyerapan air dan kemampuan mengembang yang rendah dan tidak mampu untuk tetap tersuspensi dalam air. Perbandingan kandungan Na dan Ca rendah, suspensi koloidal memiliki pH 4-7. Posisi pertukaran ion lebih banyak diduduki oleh ion-ion kalsium dan magnesium. Dalam keadaan kering bersifat rapid slaking, berwarna abu-abu, biru, kuning, merah dan coklat. Bentonit jenis ini sangat baik digunakan sebagai lempung pemucat warna pada minyak kelapa Porta, 2010 dan Supeno, 2009.

2.1. 2 Sifat Fisika dan Kimia Bentonit

Sifat –sifat fisika bentonit antara lain berkilap lilin, umumnya lunak dan plastis, berwarna pucat dengan kenampakan putih, hijau muda, kelabu hingga merah muda dalam keaadaan segar dan menjadi krem bila lapuk yang kemudian berubah menjadi kuning, merah coklat hingga hitam. Bila diraba terasa licin seperti sabun. Bila dimasukkan ke dalam air, akan menyerap air, sedikit atau banyak, bila kena air hujan bentonit dapat berubah menjadi bubur dan bila kering akan menimbulkan rekahan yang nyata. Sifat fisik lainnya berupa massa jenis 2,2-2,8 gL; indeks bias 1,547-1,557; dan titik lebur 1330-1430 o C Johnstone, 1961. Bentonit termasuk mineral yang memiliki gugus aluminosilikat. Unsur-unsur kimia yang terkandung dalam bentonit diperlihatkan pada Tabel 2.1. Universitas Sumatera Utara Tabel 2.1. Komposisi Kimia Bentonit Senyawa Na-Bentonit Ca-Bentonit SiO 2 61,3-61,4 62,12 Al 2 O 3 19,8 17,33 Fe 2 O 3 3,9 5,30 CaO 0,6 3,68 MgO 1,3 3,30 Na 2 O 2,2 0,50 K 2 O 0,4 0,55 H 2 O 7,2 7,22 Sumber: Puslitbang Tekmira, 2005 Struktur bangun lembaran bentonit terdiri dari 2 lapisan tetrahedral yang disusun unsur utama Silika O, OH yang mengapit satu lapisan oktahedral yang disusun oleh unsur M O,OH M = Al, Mg, Fe yang ditunjukkan pada Gambar 2. 1 yang disebut juga mineral tipe 2:1. Ruang dalam lembaran ini dapat menyusun hampir 85 dari bentonit Ray, 2003, Utracki, 2004. Struktur utama bentonit selalu bermuatan negatif walaupun pada lapisan oktahedral ada kelebihan muatan positif yang akan dikompensasi oleh kekurangan muatan positif pada lapisan oktahedral. Hal ini terjadi karena terjadinya substitusi isomorfik ion-ion, yaitu pada lapisan tetrahedral terjadi substitusi ion Si 4+ oleh Al 3+ , sedangkan lapisan oktahedral terjadi substitusi ion Al 3+ oleh Mg 2+ dan Fe 2+ . Ruang dalam lapisan bentonit dapat mengembang dan diisi oleh molekul-molekul air dan kation-kation lain Alexandre dan Dubois, 2000. Universitas Sumatera Utara Gambar. 2.1. Struktur Kristal Montmorillonit, terdiri dari tiga unit lapisan, yaitu dua unit lapisan tetrahedral mengandung ion silika yang mengapit satu lapisan oktahedral mengandung ion besi dan magnesium Montmorilonit umumnya berukuran sangat halus, sedangkan komponen- komponen dalam lapisan tidak terikat kuat. Jika mengadakan persentuhan dengan air, maka ruang di antara lapisan mineral mengembang, menyebabkan volume clay dapat berlipat ganda. Terdapat tanda bahwa jarak dasar basal spacing montmorilonit meningkat secara seragam jika terjadi penyerapan air. Beberapa peneliti mencatat bahwa meningkatnya jarak dasar dapat berlangsung perlahan-lahan, yaitu pertanda pembentukan kulit hidrasi di sekeliling kation-kation yang terdapat di antara lapisan. Tingginya daya mengembang atau mengerut dari montmorilonit menjadi alasan kuat mengapa mineral ini dapat menyerap dan memfiksasi ion-ion logam dan persenyawaan organik Dari keanekaragaman jenis lempung, montmorilonit ditemukan dalam bentuk tanah kebanyakan. Tingginya daya plastis, mengembang dan mengkerut, mineral ini menyebabkan tanah menjadi plastis jika basah dan keras jika kering. Retakan-retakan pada permukaan tanah akan terlihat jika permukaan tanah mengering. Universitas Sumatera Utara

2.1.3 Kegunaan Bentonit

Bentonit terutama digunakan dalam dalam pengecoran pasir, lumpur bor, pengecoran logam, absorben, sebagai campuran berbagai komposit, bahan makanan untuk unggas dan hewan peliharaan, penjernihan, pembuatan makanan, kosmetik dan obat-obatan. Bentonit telah digunakan untuk penjernihan cairan terutama anggur putih dan jus. Bentonit juga merupakan adsorben yang paling banyak digunakan, juga berfungsi sebagai zat pemutih bleaching dan katalis. Sekitar 6 juta ton bentonit diproduksi setiap tahunnya Utracki, 2004.

2.1.4 Bentonit Aceh

Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam yang terletak di ujung Barat Laut Pulau Sumatera, luasnya mencakup 12,26 Pulau Sumatera atau totalnya sekitar 55.390 km 2 . Provinsi ini memiliki 23 kota kabupaten dengan berbagai kekayaan alamnya seperti minyak bumi dan gas alam. Disamping itu Aceh juga terkenal dengan sumber hutan dan mineralnya. Jenis bahan galian yang termasuk kelompok mineral logam dan non logam. Kandungan mineral daerah Aceh cukup potensial, hal ini disebabkan oleh faktor geologi, terutama karena berada pada jalur patahan Sumatera dan adanya jalur tunjaman subduction zone di sebelah barat Sumatra yang masih aktif sampai saat ini, akibat tujaman tersebut sebagian batuannya mengalami mineralisasi. Bahan galian logam dan bukan logam di Aceh banyak yang belum di kembangkan dan dioptimalkan. Beberapa bahan galian logam, seperti emas, tembaga, mangan, besi, timbal, pasir besi, belerang, batu bara, timah dan nikel dan bahan galian non logam yang banyak terdapat di Aceh diantaranya adalah pasir kuarsa, lempung, sirtu, andesit, felspar, batu gamping, batu sabak, bentonit dan gabro, granit, basal, kuarsit, diorin dan andesit. Daerah-daerah yang mempunyai bentonit di Aceh adalah Kabupaten Aceh Utara, Kabupaten Bener Meriah, Kabupaten Sabang, Kabupaten Aceh Tengah, dan Kabupaten Simeulue http:bisnis investasi. Acehprov.go.id pertambangan.php. Kabupaten Bener Meriah dengan Ibukotanya Simpang Tiga Redelong terletak antara 40 33‘50‖ - 40 54‘50‖ δintang Utara dan 960 40‘75‖ – 970 17‘50‖ Bujur Timur Universitas Sumatera Utara dengan tinggi rata-rata di atas permukaan laut 100 - 2.500 meter. Kabupaten yang memiliki luas 1.919,69 km2 terdiri dari 10 kecamatan,dan 23 kampung http:www.benermeriahkab.go.idindex.phptata-ruanggeografi-tofologi. Gambar 2.2. Peta Kabupaten Bener Meriah Provinsi Nanggroe Aceh Darussalam Secara adminitratif, batas-batas wilayah Kabupaten Bener Meriah adalah sebagai berikut : di sebelah barat berbatasan dengan kabupaten Aceh Tengah, di sebelah Timur berbatasan dengan kabupaten Aceh Timur, di sebelah Utara dengan kabupaten Aceh Utara dan Bireuen, dan di sebelah selatan dengan kabupaten Aceh Tengah. Secara geografis daerah ini terletak pada posisi koordinat 96 o 40‘ 15‘‘ – 97 o 19‘ 19‘‘ Bujur timur dan 4 o 34‘ 42‘‘ – 4 o 58‘ 13‘‘ δintang Utara. Desa Negeri Antara merupakan Universitas Sumatera Utara salah satu desa yang terletak di kecamatan Rime Gayo, kecamatan ini berbatasan langsung dengan Kabupaten Bireuen. Hasil inventarisasi dan evaluasi Pusat Sumber Daya Geologi, Badan Geologi, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral 2010, baik dari pengamatan lapangan serta analisa laboratorium, di Kabupaten Bener Meriah, geologi yang teramati sebanyak 8 formasi dari 28 formasi dan terdapat 23 lokasi bahan galian bukan logam berupa: andesit, bentonit, batu gamping, feldspar, granit, diorit, lempung, magnesit, batu mulia nephrit, serpentinit, sirtu dan tras. Endapan bentonit untuk Desa Negeri Antara sampai saat ini belum diteliti.

2. 1. 5 Modifikasi Bentonit

Clay biasanya mengandung muatan negatif yang memungkinkan terjadinya reaksi pertukaran kation. Muatan ini berasal dari satu atau lebih dari beberapa reaksi yang berbeda. Sumber utama dari muatan negatif tersebut, yaitu substitusi isomorfis dan disosiasi dari gugus hidroksil yang terbuka. Ion-ion yang dapat dipertukarkan adalah ion-ion yang berada di sekitar mineral lempung silika alumina. Reaksi pertukaran ion bersifat stoikiometris dan berbeda dengan penyerapan atau sorpsi dan desorpsi. Pertukaran ion adalah suatu proses dimana kation yang biasanya terdapat pada antarlapis kristal digantikan oleh kation dari larutan. Dalam air, kation pada permukaan lapisan menjadi lebih mudah digantikan oleh kation lain yang terdapat dalam larutan, yang dikenal dengan‖exchangeable cation‖. Kemampuan tersebut dinyatakan dalam mili equivalent per 100 gram clay kering yang disebut cation exchange capacity CEC atau kapasitas tukar kation KTK. Kapasitas tukar kation KTK tanah didefinisikan sebagai kapasitas tanah untuk menyerap dan mempertukarkan kation. Harga KTK mineral clay bervariasi menurut tipe dan jumlah koloid dalam clay tersebut. Tabel 2.2 menunjukkan harga rata-rata KTK berbagai mineral clay. Diantara mineral-mineral yang lain, montmorilonit mempunyai harga KTK yang paling tinggi. Faktor utama tingginya harga KTK pada montmorilonit yaitu Universitas Sumatera Utara pemutusan ikatan dan substitusi dalam struktur kristal. Pemutusan ikatan di sekitar sudut satuan silika-alumina dalam montmorilonit akan menimbulkan ketidakseimbangan muatan permukaan. Substitusi Al 3+ untuk Si 4+ dalam lembar tetrahedral dan substitusi ion-ion valensi lebih rendah, terutama Mg 2+ untuk Al 3+ dalam lembar oktahedral menghasilkan muatan yang tidak seimbang pada satuan struktur montmorilonit Galimberti, 2011. Tabel 2.2 Harga Rata-Rata Kapasitas Tukar Kation Jenis Mineral KTK mek100 gram Montmorillonit 80-120 Hektorit 120 Saponit 85 Vermikulit 150 Kaolinit 3-15 Sepiolit-palygorskit 20-30 Allophan 25 Imogolit 17-40 Sumber: Galimberti, 2011

2. 1. 6 Interkalasi Bentonit