27
BAB IV PEMBAHASAN
4.1 KARAKTERISTIK FTIR FOURIER TRANSFORM INFRA RED RESIN POLIESTER
DAN KOMPOSIT
UPR BERPENGISI
BENTONIT TERMODIFIKASI
Karakteristik FTIR dari resin poliester tak jenuh dan komposit poliester
berpengisi bentonit termodifikasi dapat dilihat pada Gambar 4.1 di bawah ini.
Keterangan analisa gugus fungsi [46] : - 3020,53 cm
-1
: regang alkana C-H - 1708,93 cm
-1
: regang karboksil O-H - 1315,45 cm
-1
: regang ester C-O - 1053,13 cm
-1
: regang eter C-O
Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Resin Poliester Tak Jenuh dan Komposit UPR Berpengisi Bentonit Termodifikasi
Dari hasil FTIR di atas dapat dilihat bahwa terdapat beberapa hal yang berbeda antara hasil FTIR resin poliester tak jenuh dengan hasil FTIR dari komposit
UPR berpengisi bentonit termodifikasi. Hal pertama yang dapat dilihat perbedaannya adalah pada regang alkena C-H dengan bilangan gelombang 3020,53 cm
-1
dimana
70 75
80 85
90 95
100 105
110 115
397 976
1555 2133
2712 3291
3869
Komposit murni
Tr ansmi
tasi
Bilangan Gelombang cm
-1
3020,53 1708,93
1053,13 1315,45
Universitas Sumatera Utara
28 pada komposit terdapat peningkatan intensitas jika dibandingkan dengan resin
poliester tak jenuh murni. Hal ini dapat disebabkan telah terikatnya pengisi dengan matriks poliester yang menyebabkan peningkatan regang alkana pada komposit.
Kedua, peningkatan intensitas regang karboksil O-H pada bilangan gelombang 1708,93 cm
-1
. Hal ini disebabkan oleh terikatnya gugus –OH pada bentonit yang
sebelumnya berikatan pada ion kation Na
+
menjadi terikat pada ion kation yang terdapat pada CTAB oleh reaksi pertukaran kation.
C
19
H
42
N
+
Br
+
+ Na
+-
bentonit C
19
H
42
N
+-
bentonit + Na
+
Br
-
[27] Akibat dari reaksi pertukaran kation ini, terjadi penurunan sifat kepolaran dari
bentonit sehingga memungkinkan untuk terjadinya ikatan antara gugus –OH dari
bentonit dengan matriks sehingga bertambahnya gugus –OH pada komposit yang
dapat dilihat pada hasil FT-IR komposit. Ketiga, peningkatan intensitas regang ester C-O pada bilangan gelombang 1249,87 cm
-1
. Hal ini dapat disebabkan oleh terikatnya pengisi dengan matriks poliester yang menyebabkan peningkatan regang
ester pada komposit. Keempat, peningkatan intensitas regang eter C-O pada bilangan gelombang 1053,13 cm
-1
. Hal ini dapat disebabkan oleh gugus -O- dari bentonit yang terdapat pada bentonit yang sebelumnya berikaan pada ion kation Na
+
menjadi terikat pada ion kation yang terdapat pada CTAB oleh reaksi pertukaran kation. Akibat dari reaksi pertukaran kation ini adalah penurunan sifat kepolaran dari
bentonit sehingga memungkinkan untuk terjadinya ikatan antara gugus -O- dari bentonit dengan matriks sehingga terbentuknya gugus -O- pada komposit yang dapat
dilihat pada hasil FT-IR komposit.
Universitas Sumatera Utara
29
4.2 PENGARUH KANDUNGAN BAHAN PENGISI TERHADAP KEKUATAN TARIK TENSILE STRENGTH KOMPOSIT POLIESTER TIDAK
JENUH UPR
Gambar 4.2 menunjukkan pengaruh penambahan bahan pengisi bentonit termodifikasi pada matriks UPR terhadap kekuatan tarik komposit.
Gambar 4.2 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Tarik Komposit UPR Berpengisi Bentonit Termodifikasi
Dari gambar 4.2 diperoleh hasil uji tarik komposit berpengisi bentonit termodifikasi dengan kekuatan tarik bahan komposit yang menurun seiring dengan
naiknya kandungan bahan pengisi, yaitu 20,428 MPa 5, 0,05M, 15,579 MPa 10, 0,05M, 13,921MPa 15, 0,05M, dan 12,765 MPa 20, 0,05M.
Sedangkan untuk variasi konsentrasi surfaktan sebesar 0,1M diperoleh nilai kekuatan tarik komposit sebesar 30,774 MPa 5, 23,188MPa 10, 20,899 MPa 15,
dan 18,758 MPa 20, dan untuk variasi konsentrasi surfaktan sebesar 0,15M diperoleh nilai kekuatan tarik komposit sebesar 21,173 MPa 5, 18,808 MPa
10, 16,467 MPa 15, dan 14,783 MPa 20. Dari gambar 4.3 juga dapat dilihat bahwa nilai kekuatan tarik maksimum komposit yaitu pada komposisi pengisi
5 dan konsentrasi surfaktan 0,1M sebesar 30,774 MPa berada di bawah nilai kekuatan tarik untuk UPR murni yaitu sebesar 30,938 MPa.
Penurunan kekuatan tarik ini dapat disebabkan oleh sifat porositas dari komposit. Saat penambahan kadar bentonit semakin tinggi, viskositas dari resin akan
meningkat secara signifikan sehingga ada udara yang terperangkap ketika proses 5
10 15
20 25
30 35
40
Murni 5
10 15
20
Murni CTAB 0,05 M
CTAB 0,1 M CTAB 0,15 M
Keku at
an T
ar ik
MP a
Komposisi Pengisi
Universitas Sumatera Utara
30 pencampuran dan tidak bisa keluar dan tetap berada di dalam setelah proses curing
[18]. Alasan kedua adalah kemungkinan terjadinya aglomerasi bentonit yang dapat menyebabkan penurunan kekuatan mekanik komposit [2]. Benotnit yang berperan
sebagai konsentrator tegangan tidak dapat meneruskan tegangan yang diberikan pada matriks menuju pengisi akibat adanya penumpukan pengisi di mana mengakibatkan
komposit mengalami penurunan kekuatan tarik. Hasil ini juga dibuktikan dengan hasil dari uji SEM dimana terdapat aglomerasi serta void pada komposit yang
dihasilkan. Ataiwi dan Abdul-Hamead [6] juga mendapati hasil di mana penambahan kadar bentonit yang lebih besar dari 5 akan menurunkan kekuatan tarik dari
komposit. Dari hasil uji tarik di atas juga dapat dilihat bahwa kekuatan tarik komposit
memiliki nilai terbaik pada konsentrasi CTAB 0,1 M pada kandungan bahan pengisi yang sama. Namun, penambahan konsentrasi CTAB lebih dari 0,1 M akan
mengakibatkan penurunan kekuatan tarik Hal ini dapat disebabkan karena konstannya tegangan permukaan yang diturunkan oleh surfaktan walaupun
konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan melebihi konsentrasi tertentu maka surfaktan mengagregasi membentuk misel. Konsentrasi terbentuknya
misel ini disebut Critical Micelle Concentration CMC. Tegangan permukaan akan menurun hingga CMC tercapai. Setelah CMC tercapai, tegangan permukaan akan
konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi jenuh dan terbentuk misel yang berada dalam keseimbangan dinamis dengan monomernya [47]. Hal ini juga
didukung oleh hasil pemanjangan saat putus komposit di mana komposit dengan surfaktan 0,1M memiliki nilai yang lebih tinggi dari komposit dengan surfaktan
0,15M
Universitas Sumatera Utara
31
4.3 PEMANJANGAN SAAT PUTUS ELONGATION AT BREAK KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH BERPENGISI BENTONIT TERMODIFIKASI
Gambar 4.3 menunjukkan pengaruh komposisi pengisi bentonit termodifikasi pada matriks poliester tak jenuh terhadap pemanjangan saat putus komposit.
Gambar 4.3 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Pemanjangan Saat Putus Komposit Poliester Tak Jenuh Berpengisi Bentonit Termodifikasi
Gambar 4.3 menunjukkan bahwa pemanjangan pada saat putus komposit menurun dengan meningkatnya komposisi pengisi bentonit termodifikasi.
Pemanjangan pada saat putus yang terendah diperoleh pada komposisi pengisi 20 dengan konsentrasi surfaktan 0,15M, yaitu sebesar 1,790 sedangkan yang tertinggi
diperoleh pada komposisi pengisi 5 dengan konsentrasi surfaktan 0,1M, yaitu sebesar 3,912. Penurunan nilai pemanjangan saat putus ini merupaka hal yang
biasa terjadi pada polimer yang diperkuat oleh pengisi anorganik. Pengisi anorganik memiliki kekakuan lebih besar dibanding matriks dan lebih sedikit berdeformasi,
yang menyebabkan penurunan regangan pada matriks. Hal inilah yang menyebabkan perpanjangan saat putus dari komposit menurun seiring dengan meningkatnya
komposisi bentonit sebagai pengisi pada komposit [48]. Penurunan nilai pemanjangan saat putus ini juga dapat disebabkan oleh penumpukan pengisi atau
aglomerasi sehingga menyebabkan komposit menjadi lebih brittle [22]. Hasil yang sama juga didapat Sarifuddin dan Ismail [49] dimana komposit yang dihasilkan
0,0 0,5
1,0 1,5
2,0 2,5
3,0 3,5
4,0 4,5
5,0
Murni 5
10 15
20 Murni
CTAB 0,05 M CTAB 0,1 M
CTAB 0,15 M
Komposisi Pengisi Pe
m an
jangan S
aat P u
tus
Universitas Sumatera Utara
32 mengalami penurunan drastis seiring dengan penambahan komposisi pengisi pada
matriks.
4.4 PENGARUH KANDUNGAN BAHAN PENGISI TERHADAP KEKUATAN BENTUR IMPACT STRENGHT KOMPOSIT POLIESTER TIDAK
JENUH UPR.
Gambar 4.4 menunjukkan pengaruh penambahan bahan pengisi bentonit termodifikasi pada matriks UPR terhadap kekuatan bentur komposit.
Gambar 4.4 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Bentur Komposit UPR Berpengisi Bentonit Termodifikasi
Dari gambar 4.4 diperoleh hasil uji bentur komposit berpengisi bentonit termodifikasi dengan kekuatan bentur bahan komposit yang menurun seiring dengan
naiknya kandungan bahan pengisi, yaitu 8789 Jm
2
5, 0,05M, 8148,6 Jm
2
10, 0,05M, 7592,3 Jm
2
15, 0,05M, dan 7109,4 Jm
2
20, 0,05M. Sedangkan untuk variasi konsentrasi surfaktan sebesar 0,1M diperoleh nilai kekuatan bentur
komposit sebesar 9420,9 Jm
2
5, 8732,3 Jm
2
10, 8390,1 Jm
2
15, dan 7984,5 Jm
2
20, dan untuk variasi konsentrasi surfaktan sebesar 0,15M diperoleh nilai kekuatan bentur komposit sebesar 8916,4 Jm
2
5, 8253,2 Jm
2
10, 7745,2 Jm
2
15, dan 7342,1 Jm
2
20. Dari gambar juga dapat dilihat bahwa kekuatan bentur komposit yang terbaik diperoleh pada komposisi pengisi 5 dan konsentrasi
2000 4000
6000 8000
10000 12000
14000
Murni 5
10 15
20 Murni
CTAB 0,05 M CTAB 0,1 M
CTAB 0,15 M
Komposisi Pengisi Keku
at an
Im p
ak J
m
2
Universitas Sumatera Utara
33 surfaktan 0,1M, yaitu sebesar 9420,9 Jm
2
. Nilai kekuatan bentur maksimum tersebut berada di atas nilai kekuatan bentur untuk UPR murni yaitu sebesar 6266,1 Jm
2
. Peningkatan kekuatan bentur dapat disebabkan karena adanya peran pengisi
dalam meningkatkan ketahanan bentur dari komposit, dalam hal ini pengisi berperan sebagai pembentuk titik dimana mulainya pematahan crack formation dan media
pemindahan tegangan stress transferring medium [50]. Dalam penelitian ini, penambahan bentonit lebih dari 5 akan menurunkan kekuatan bentur dari bentonit.
Penurunan ini dapat disebabkan oleh adanya aglomerasi dan penurunan interaksi antara matriks dan clay. Hasil ini juga dibuktikan dengan hasil dari uji SEM dimana
terdapat aglomerasi serta void pada komposit yang dihasilkan. Hasil yang didapat juga didukung oleh penelitian Sarkar dkk [50] dimana sifat mekanik komposit yang
diperoleh dapat meningkat dengan penambahan pengisi sampai dengan 5, sedangkan penambahan pengisi lebih dari 5 dapat menurunkan sifat mekanik
komposit. Pada pengisi bentonit termodifikasi juga dicampurkan dengan titanium
dioksida TiO
2
yang berfungsi untuk meningkatkan kekuatan bentur pada komposit [51]. Inceoglu dan Yilmazer[52] melakukan penelitian kekuatan bentur yang hanya
menggunakan bentonit termodifikasi oleh surfaktan sebagai pengisi pada komposit dan memperoleh hasil di mana kekuatan bentur dari komposit yang dihasilkan
menurun seiring dengan penambahan pengisi pada komposit. Dari hasil yang diperoleh dapat dilihat bahwa kekuatan bentur dari komposit tetap melebihi kekuatan
bentur dari resin poliester tak jenuh murni meski terjadi penurunan pada penambahan pengisi lebih dari 5 sehingga dapat disimpulkan TiO
2
mampu meningkatkan sifat kekuatan bentur dari komposit yang dihasilkan.
Dari hasil uji bentur di atas juga dapat dilihat bahwa kekuatan bentur bahan komposit meningkat seiring dengan naiknya konsentrasi CTAB pada kandungan
bahan pengisi yang sama. Namun, penambahan konsentrasi CTAB lebih dari 0,1 M akan mengakibatkan penurunan kekuatan bentur. Hal ini dapat disebabkan karena
konstannya tegangan permukaan yang diturunkan oleh surfaktan walaupun konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan melebihi konsentrasi
tertentu maka surfaktan mengagregasi membentuk misel yang disebut Critical Micelle Concentration CMC seperti yang telah dijelaskan pada subbab 4.3. Hal
Universitas Sumatera Utara
34 inilah yang menyebabkan penurunan kekuatan bentur komposit pada konsentrasi
CTAB 0,15 M.
4.5 KARAKTERISTIK SCANNING ELECTRON MICROSCOPE SEM PATAHAN KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH UPR BERPENGISI
BENTONIT TERMODIFIKASI
Berikut ini merupakan karakteristik SEM Scanning Electron Microscope patahan komposit komposit poliester tak jenuh UPR berpengisi bentonit
termodifikasi
a b
c Gambar 4.5 Analisa SEM Patahan Komposit Poliester Tak Jenuh UPR Berpengisi
Bentonit Dengan Komposisi 5 a Tanpa Modifikasi Dengan Perbesaran 1000x
b Termodifikasi Dengan Perbesaran 500x c Termodifikasi Dengan Perbesaran 1000x
Aglomerasi
Universitas Sumatera Utara
35 Gambar 4.5 menunjukkan hasil analisa SEM komposit poliester tak jenuh
berpengisi bentonit termodifikasi. Gambar 4.2 a memperlihatkan bahwa patahan komposit poliester berpengisi bentonit tanpa modifikasi memiliki hasil dengan
penyebaran bentonit yang sangat tidak merata dan terdapat aglomerasi di sebagian besar komposit. Hal ini menyebabkan perlunya modifikasi pada bentonit agar
penyebaran dalam matriks lebih merata. Gambar 4.5 b dan c memperlihatkan bahwa distribusi pengisi yang berupa
bentonit termodifikasi pada umumnya telah tersebar merata pada matriks poliester tak jenuh. Jika dibandingkan dengan hasil dari bentonit tanpa modifikasi, terlihat
bahwa bentonit yang telah dimodifikasi dengan surfaktan dapat meningkatkan pendispersian dalam matriks sehingga meningkatkan sifat mekanik dari komposit
yang dihasilkan.
4.6 PENGARUH KANDUNGAN