Pengaruh Komposisi Bahan Pengeras (Gypsum) terhadap Sifat Fisik dan Mekanik Papan Partikel Resin Poliester Berpengisi Serbuk Kulit Kerang
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dewasa ini, penggunaan bahan polimer di dunia industri berkembang dengan
sangat pesat. Hal ini dikarenakan bahan polimer memiliki sifat ringan, murah, tahan
korosi, dan temperatur pemrosesannya yang relatif rendah bila dibandingkan dengan
bahan logam ataupun bahan keramik. Pada umumnya bahan polimer ini dicampurkan
dengan bahan lain untuk memperoleh sifat yang lebih baik, yang dikenal sebagai
bahan komposit.
Papan partikel ialah produk panil yang dihasilkan dengan memampatkan
partikel-partikel kayu (pengisi) dan sekaligus mengikatnya dengan suatu perekat.
Tipe –tipe papan partikel yang banyak itu sangat berbeda dalam hal ukuran dan
bentuk partikel, jumlah resin (perekat) yang digunakan dan kerapatan panil yang
dihasilkan [1]. Dengan membuat papan partikel, kita dapat mengaplikasikannya
menjadi perabot, plafon , lantai dan lain-lain.
Pada penelitian yang dilakukan (Tantra, dkk., 2015) variabel-variabel yang
dipakai adalah perbandingan matriks dan pengisi 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40 ,
dan 50:50 dengan hasil terbaik terdapat pada perbandingan 70:30. Sedangkan
ukuran mesh pada bagian makromolekul dengan hasil terbaik ada pada ukuran
partikel 170 mesh [2].
Resin poliester merupakan resin yang paling banyak digunakan dalam
berbagai aplikasi yang menggunakan resin termoset, baik itu secara terpisah maupun
dalam bentuk materal komposit. Resin ini mudah didapat, harga relatif terjangkau
serta yang terpenting adalah mudah dalam proses fabrikasinya [3]. Tetapi secara
mekanik, sifat resin poliester tidaklah terlalu baik atau hanya sedang – sedang saja
[3].
Untuk meningkatkan kekuatan dari polimer poliester ini telah banyak
dilakukan penelitian, diantaranya dengan penambahan pengisi alami. Adapun
penelitian-penelitian sebelumnya menggunakan bahan-bahan alami seperti serat ijuk
[4], serbuk kayu [5], serat kelapa [6], serat gelas jenis woven [7], dan kayu kelapa
sawit [1].
1
Universitas Sumatera Utara
Bahan lain yang juga dapat digunakan sebagai pengisi alami adalah bahanbahan yang berasal dari laut salah satunya adalah kerang. Beberapa penelitian yang
telah dilakukan menggunakan beragam jenis kerang seperti kerang simping yang
digunakan sebagai elemen bangunan [8], kerang hijau yang digunakan sebagai
bioindikator [9], kerang darah yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan beton
polimer [10], bata beton [11], lem kaca [12] dan karet alam [13].
Pada penelitian ini, sampel yang digunakan adalah kulit kerang darah
(Anadora granosa) yang mengandung CaO dan MgO yang relatif tinggi yaitu
masing-masing 66,70% dan 22,28% [11], dengan kandungan tersebut, kulit kerang
memiliki sifat yang relatif sangat kuat. Kerang darah (Anadora granosa) merupakan
salah satu kerang yang diminati masyarakat [14]. Hasil panen kerang per hektar
untuk tiap tahunnya bisa mencapai 200-300 ton kerang utuh yang menghasilkan
daging kerang 60-100 ton [10]. Sisanya yaitu kulit kerang hanya dimanfaatkan
sebagai kerajinan tangan atau seni dekoratif, juga sebagai campuran makanan ternak
guna memenuhi kadar kalsium [12]. Oleh sebab itu, keberadaan limbah kulit kerang
semakin lama semakin banyak dan menganggu. Jika limbah dibuang terus menerus
tanpa adanya pengolahan yang tepat dapat menimbulkan gangguan keseimbangan,
dengan demikian menyebabkan lingkungan tidak berfungsi seperti semula dalam arti
kesehatan, kesejahteraan, dan keselamatan hayati [15]. Oleh karena itu, limbah kulit
kerang akan dimanfaatkan sebagai pengisi alami pada papan partikel dan diharapkan
dapat meningkatkan sifat fisik dan sifat mekanik papan partikel.
Selain itu pada penelitian ini juga menggunakan bahan pengeras berupa
gypsum karena dari komposisi gypsum yang digunakan terdapat 32,57% calsium
oksida (CaO) dimana kandungan tersebut merupakan sifat yang relatif sangat kuat
sama seperti kulit kerang. Tujuan dari penambahan bahan pengeras gypsum adalah
dapat lebih mengeraskan papan partikel dan meningkatkan sifat fisik dan mekanik
papan partikel.
Oleh sebab itu penelitian ini mencoba untuk lebih memaksimalkan pengunaan
limbah kulit kerang dan bahan pengeras gypsum yang digunakan sebagai pengisi
dan pengeras papan partikel. Adapun alasan pemilihan kulit kerang ini selain untuk
memanfaatkan limbah yang ada, juga karena sifatnya yang relatif sangat keras dan
kuat karena mengandung kalsium oksida (CaO) dan magnesium oksida (MgO) yang
2
Universitas Sumatera Utara
sangat tinggi, yang cocok untuk meningkatkan sifat mekanik dari komposit. Untuk
gypsum selain untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik papan partikel, gypsum
mudah diperoleh dan murah.
Beberapa penelitian dengan bahan baku kulit kerang telah dilakukan untuk
memaksimalkan pengunaan dari limbah kulit kerang ini, diantaranya adalah [16] [17]
[18] [19]:
Beberapa penelitian terdahulu yang mendukung penggunaan kulit kerang
darah terlihat pada Tabel 1.1:
Nama
Mei, dkk., 2014
Bahan/ Proses
Hasil
Dalam penelitiannya, digunakan Dari hasil penelitian
kulit kerang yang dimodifikasi yang
sebagai
pengisi
disubstitusi
yang
dengan
karbonat
dalam
dengan
variasi
dilakukan,
akan didapat rasio pengisi
kalsium optimal kulit kerang
polipropilen termodifikasi
komposisi 15%
adalah
(wt)
untuk
tertentu dan dicampur dalam mencapai
twin-screw extruder.
keseimbangan
yang
baik antara kekuatan
dan ketangguhan dari
komposit polipropilen.
Othman, dkk.,
Dalam penelitiannya, digunakan Dari hasil penelitian
2013
kulit kerang abu kulit kerang yang dilakukan, secara
sebagai
pengganti
bahan
pengisi
semen
pembuatan beton.
dan keseluruhan
pada struktur
beton
didapat
morfologi
yang
tampak
lebih padat adalah 5%
dan 10% (wt) dimana
memengaruhi
kekuatan,
modulus
elastisitas,
permeabilitas air dan
porositas konkrit.
3
Universitas Sumatera Utara
Yao, dkk., 2012
Dalam penelitiannya, digunakan Dari hasil penelitian
limbah
kulit
kerang
yang yang
dilakukan,
modifikasi dengan furfural dan menunjukkan
bahwa
asam klorida sebagai pengisi modifikasi kulit kerang
FCS dan ACS yang kemudian menjadi
FCS
dapat
digunakan dalam polipropilen meningkatkan
dan kalsium karbonat.
kompatibilitas
dan
afinitas antara partikel
FCS
dan
matriks
polipropilen
sehingga
meningkatkan stabilitas
termal
komposit
tersebut.
Yusof dan
Amalina, 2013
Dalam penelitiannya, digunakan Dari hasil penelitian
pengisi kalsium karbonat dari yang
dilakukan,
kulit kerang yang digunakan didapat bahwa untuk
dalam polyester tak jenuh (UP).
pengisi
berukuran
mikro yaitu 574,81 µm,
modulus
lentur
meningkat
seiring
penambahan pengisi ke
dalam
komposit
bermatriks UP.
Pada kajian ini, penggunaan bahan alami yaitu serbuk kulit kerang darah
(Anadora Granosa) sebagai pengisi dan bahan pengeras gypsum pada papan partikel
poliester secara umum bertujuan untuk memperbaiki sifat dari poliester itu sendiri
yaitu meningkatkan kekuatan bentur dan kekuatan tarik dari poliester. Dengan
peningkatan pada sifat mekanik komposit, diharapkan komposit poliester-kulit
kerang darah yang dihasilkan dari penelitian ini dapat diaplikasikan sebagai bahan
pembuatan papan partikel komposit.
4
Universitas Sumatera Utara
1.2
Perumusan Masalah
Dalam penelitian ini yang menjadi permasalahan adalah bagaimana pengaruh
perbandingan komposisi bahan pengeras (toughening agent) gypsum yang digunakan
yaitu 2,5%, 5%, 7,5%, 10% dan 12,5% terhadap sifat mekanik papan partikel
berpengisi serbuk kulit kerang darah yang meliputi kerapatan, kadar air,
pengembangan tebal, Modulus of Rupture (MOR), Modulus of Elastisity (MOE),
kuat rekat internal dan kuat impak sesuai dengan JIS A 5908-2003.
1.3
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui komposisi yang terbaik dari
perbandingan komposisi bahan pengeras (toughening agent) gypsum yang digunakan
yaitu 2,5%, 5%, 7,5%, 10% dan 12,5% terhadap karakteristik papan partikel yang
dapat meningkatkan sifat mekanik papan partikel poliester dengan pengisi serbuk
kulit kerang darah meliputi kerapatan, kadar air, pengembangan tebal, MOR, MOE,
kuat rekat internal dan kuat impak sesuai dengan JIS A 5908-2003.
1.4
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat:
1. Menjadi salah satu alternatif untuk mengurangi pencemaran lingkungan yang
diakibatkan limbah padat kulit kerang yang dihasilkan rumah tangga ataupun
rumah-rumah makan.
2. Memberikan informasi tambahan bagi dunia industri tentang pemanfaatan
kulit kerang.
3. Memberikan informasi terutama dalam bidang penelitian komposit tentang
pembuatan papan partikel yang menggunakan serbuk kulit kerang sebagai
bahan pengisi pada komposit poliester
5
Universitas Sumatera Utara
1.5
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Laboratorium
Operasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas
Sumatera Utara, Adapun bahan baku yang digunakan pada penelitian ini yaitu
poliester sebagai matriks dengan penambahan bahan pengeras gypsum dan serbuk
kulit kerang (Anadora granosa) yang diperoleh dari rumah makan kecamatan Medan
Timur, kota Medan, Sumatera Utara.
Variabel yang digunakan adalah :
Variabel terikat : komposisi poliester dan serbuk kulit kerang yang diambil
70:30 [2], komposisi katalis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida) 1%
dari berat poliester karena semakin banyak katalis yang dicampurkan pada
cairan matriks akan mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akibat
mencampurkan katalis terlalu banyak membuat komposit menjadi getas .
Pemakaian katalis dibatasi sampai 1% dari volume resin [20] dan ukuran
partikel kulit kerang 290 mesh.
Variabel bebas : perbandingan komposisi bahan pengeras gypsum
(toughening agent) yaitu 2,5%, 5%, 7,5%, 10% dan 12,5%.
Uji dan analisa yang dilakukan pada komposit poliester tidak jenuh tersebut
adalah:
1. Uji kerapatan JIS A 5908-2003
2. Uji kadar air JIS A 5908-2003
3. Uji pengembangan tebal JIS A 5908-2003
4. Uji kuat rekat internal JIS A 5908-2003
5. Uji kuat impak JIS A 5908-2003
6. Uji MOR JIS A 5908-2003
7. Uji MOE JIS A 5908-2003
6
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dewasa ini, penggunaan bahan polimer di dunia industri berkembang dengan
sangat pesat. Hal ini dikarenakan bahan polimer memiliki sifat ringan, murah, tahan
korosi, dan temperatur pemrosesannya yang relatif rendah bila dibandingkan dengan
bahan logam ataupun bahan keramik. Pada umumnya bahan polimer ini dicampurkan
dengan bahan lain untuk memperoleh sifat yang lebih baik, yang dikenal sebagai
bahan komposit.
Papan partikel ialah produk panil yang dihasilkan dengan memampatkan
partikel-partikel kayu (pengisi) dan sekaligus mengikatnya dengan suatu perekat.
Tipe –tipe papan partikel yang banyak itu sangat berbeda dalam hal ukuran dan
bentuk partikel, jumlah resin (perekat) yang digunakan dan kerapatan panil yang
dihasilkan [1]. Dengan membuat papan partikel, kita dapat mengaplikasikannya
menjadi perabot, plafon , lantai dan lain-lain.
Pada penelitian yang dilakukan (Tantra, dkk., 2015) variabel-variabel yang
dipakai adalah perbandingan matriks dan pengisi 100:0, 90:10, 80:20, 70:30, 60:40 ,
dan 50:50 dengan hasil terbaik terdapat pada perbandingan 70:30. Sedangkan
ukuran mesh pada bagian makromolekul dengan hasil terbaik ada pada ukuran
partikel 170 mesh [2].
Resin poliester merupakan resin yang paling banyak digunakan dalam
berbagai aplikasi yang menggunakan resin termoset, baik itu secara terpisah maupun
dalam bentuk materal komposit. Resin ini mudah didapat, harga relatif terjangkau
serta yang terpenting adalah mudah dalam proses fabrikasinya [3]. Tetapi secara
mekanik, sifat resin poliester tidaklah terlalu baik atau hanya sedang – sedang saja
[3].
Untuk meningkatkan kekuatan dari polimer poliester ini telah banyak
dilakukan penelitian, diantaranya dengan penambahan pengisi alami. Adapun
penelitian-penelitian sebelumnya menggunakan bahan-bahan alami seperti serat ijuk
[4], serbuk kayu [5], serat kelapa [6], serat gelas jenis woven [7], dan kayu kelapa
sawit [1].
1
Universitas Sumatera Utara
Bahan lain yang juga dapat digunakan sebagai pengisi alami adalah bahanbahan yang berasal dari laut salah satunya adalah kerang. Beberapa penelitian yang
telah dilakukan menggunakan beragam jenis kerang seperti kerang simping yang
digunakan sebagai elemen bangunan [8], kerang hijau yang digunakan sebagai
bioindikator [9], kerang darah yang digunakan sebagai bahan baku pembuatan beton
polimer [10], bata beton [11], lem kaca [12] dan karet alam [13].
Pada penelitian ini, sampel yang digunakan adalah kulit kerang darah
(Anadora granosa) yang mengandung CaO dan MgO yang relatif tinggi yaitu
masing-masing 66,70% dan 22,28% [11], dengan kandungan tersebut, kulit kerang
memiliki sifat yang relatif sangat kuat. Kerang darah (Anadora granosa) merupakan
salah satu kerang yang diminati masyarakat [14]. Hasil panen kerang per hektar
untuk tiap tahunnya bisa mencapai 200-300 ton kerang utuh yang menghasilkan
daging kerang 60-100 ton [10]. Sisanya yaitu kulit kerang hanya dimanfaatkan
sebagai kerajinan tangan atau seni dekoratif, juga sebagai campuran makanan ternak
guna memenuhi kadar kalsium [12]. Oleh sebab itu, keberadaan limbah kulit kerang
semakin lama semakin banyak dan menganggu. Jika limbah dibuang terus menerus
tanpa adanya pengolahan yang tepat dapat menimbulkan gangguan keseimbangan,
dengan demikian menyebabkan lingkungan tidak berfungsi seperti semula dalam arti
kesehatan, kesejahteraan, dan keselamatan hayati [15]. Oleh karena itu, limbah kulit
kerang akan dimanfaatkan sebagai pengisi alami pada papan partikel dan diharapkan
dapat meningkatkan sifat fisik dan sifat mekanik papan partikel.
Selain itu pada penelitian ini juga menggunakan bahan pengeras berupa
gypsum karena dari komposisi gypsum yang digunakan terdapat 32,57% calsium
oksida (CaO) dimana kandungan tersebut merupakan sifat yang relatif sangat kuat
sama seperti kulit kerang. Tujuan dari penambahan bahan pengeras gypsum adalah
dapat lebih mengeraskan papan partikel dan meningkatkan sifat fisik dan mekanik
papan partikel.
Oleh sebab itu penelitian ini mencoba untuk lebih memaksimalkan pengunaan
limbah kulit kerang dan bahan pengeras gypsum yang digunakan sebagai pengisi
dan pengeras papan partikel. Adapun alasan pemilihan kulit kerang ini selain untuk
memanfaatkan limbah yang ada, juga karena sifatnya yang relatif sangat keras dan
kuat karena mengandung kalsium oksida (CaO) dan magnesium oksida (MgO) yang
2
Universitas Sumatera Utara
sangat tinggi, yang cocok untuk meningkatkan sifat mekanik dari komposit. Untuk
gypsum selain untuk meningkatkan sifat fisik dan mekanik papan partikel, gypsum
mudah diperoleh dan murah.
Beberapa penelitian dengan bahan baku kulit kerang telah dilakukan untuk
memaksimalkan pengunaan dari limbah kulit kerang ini, diantaranya adalah [16] [17]
[18] [19]:
Beberapa penelitian terdahulu yang mendukung penggunaan kulit kerang
darah terlihat pada Tabel 1.1:
Nama
Mei, dkk., 2014
Bahan/ Proses
Hasil
Dalam penelitiannya, digunakan Dari hasil penelitian
kulit kerang yang dimodifikasi yang
sebagai
pengisi
disubstitusi
yang
dengan
karbonat
dalam
dengan
variasi
dilakukan,
akan didapat rasio pengisi
kalsium optimal kulit kerang
polipropilen termodifikasi
komposisi 15%
adalah
(wt)
untuk
tertentu dan dicampur dalam mencapai
twin-screw extruder.
keseimbangan
yang
baik antara kekuatan
dan ketangguhan dari
komposit polipropilen.
Othman, dkk.,
Dalam penelitiannya, digunakan Dari hasil penelitian
2013
kulit kerang abu kulit kerang yang dilakukan, secara
sebagai
pengganti
bahan
pengisi
semen
pembuatan beton.
dan keseluruhan
pada struktur
beton
didapat
morfologi
yang
tampak
lebih padat adalah 5%
dan 10% (wt) dimana
memengaruhi
kekuatan,
modulus
elastisitas,
permeabilitas air dan
porositas konkrit.
3
Universitas Sumatera Utara
Yao, dkk., 2012
Dalam penelitiannya, digunakan Dari hasil penelitian
limbah
kulit
kerang
yang yang
dilakukan,
modifikasi dengan furfural dan menunjukkan
bahwa
asam klorida sebagai pengisi modifikasi kulit kerang
FCS dan ACS yang kemudian menjadi
FCS
dapat
digunakan dalam polipropilen meningkatkan
dan kalsium karbonat.
kompatibilitas
dan
afinitas antara partikel
FCS
dan
matriks
polipropilen
sehingga
meningkatkan stabilitas
termal
komposit
tersebut.
Yusof dan
Amalina, 2013
Dalam penelitiannya, digunakan Dari hasil penelitian
pengisi kalsium karbonat dari yang
dilakukan,
kulit kerang yang digunakan didapat bahwa untuk
dalam polyester tak jenuh (UP).
pengisi
berukuran
mikro yaitu 574,81 µm,
modulus
lentur
meningkat
seiring
penambahan pengisi ke
dalam
komposit
bermatriks UP.
Pada kajian ini, penggunaan bahan alami yaitu serbuk kulit kerang darah
(Anadora Granosa) sebagai pengisi dan bahan pengeras gypsum pada papan partikel
poliester secara umum bertujuan untuk memperbaiki sifat dari poliester itu sendiri
yaitu meningkatkan kekuatan bentur dan kekuatan tarik dari poliester. Dengan
peningkatan pada sifat mekanik komposit, diharapkan komposit poliester-kulit
kerang darah yang dihasilkan dari penelitian ini dapat diaplikasikan sebagai bahan
pembuatan papan partikel komposit.
4
Universitas Sumatera Utara
1.2
Perumusan Masalah
Dalam penelitian ini yang menjadi permasalahan adalah bagaimana pengaruh
perbandingan komposisi bahan pengeras (toughening agent) gypsum yang digunakan
yaitu 2,5%, 5%, 7,5%, 10% dan 12,5% terhadap sifat mekanik papan partikel
berpengisi serbuk kulit kerang darah yang meliputi kerapatan, kadar air,
pengembangan tebal, Modulus of Rupture (MOR), Modulus of Elastisity (MOE),
kuat rekat internal dan kuat impak sesuai dengan JIS A 5908-2003.
1.3
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui komposisi yang terbaik dari
perbandingan komposisi bahan pengeras (toughening agent) gypsum yang digunakan
yaitu 2,5%, 5%, 7,5%, 10% dan 12,5% terhadap karakteristik papan partikel yang
dapat meningkatkan sifat mekanik papan partikel poliester dengan pengisi serbuk
kulit kerang darah meliputi kerapatan, kadar air, pengembangan tebal, MOR, MOE,
kuat rekat internal dan kuat impak sesuai dengan JIS A 5908-2003.
1.4
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat:
1. Menjadi salah satu alternatif untuk mengurangi pencemaran lingkungan yang
diakibatkan limbah padat kulit kerang yang dihasilkan rumah tangga ataupun
rumah-rumah makan.
2. Memberikan informasi tambahan bagi dunia industri tentang pemanfaatan
kulit kerang.
3. Memberikan informasi terutama dalam bidang penelitian komposit tentang
pembuatan papan partikel yang menggunakan serbuk kulit kerang sebagai
bahan pengisi pada komposit poliester
5
Universitas Sumatera Utara
1.5
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Laboratorium
Operasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas
Sumatera Utara, Adapun bahan baku yang digunakan pada penelitian ini yaitu
poliester sebagai matriks dengan penambahan bahan pengeras gypsum dan serbuk
kulit kerang (Anadora granosa) yang diperoleh dari rumah makan kecamatan Medan
Timur, kota Medan, Sumatera Utara.
Variabel yang digunakan adalah :
Variabel terikat : komposisi poliester dan serbuk kulit kerang yang diambil
70:30 [2], komposisi katalis MEKPO (Methyl Ethyl Keton Peroksida) 1%
dari berat poliester karena semakin banyak katalis yang dicampurkan pada
cairan matriks akan mempercepat proses laju pengeringan, tetapi akibat
mencampurkan katalis terlalu banyak membuat komposit menjadi getas .
Pemakaian katalis dibatasi sampai 1% dari volume resin [20] dan ukuran
partikel kulit kerang 290 mesh.
Variabel bebas : perbandingan komposisi bahan pengeras gypsum
(toughening agent) yaitu 2,5%, 5%, 7,5%, 10% dan 12,5%.
Uji dan analisa yang dilakukan pada komposit poliester tidak jenuh tersebut
adalah:
1. Uji kerapatan JIS A 5908-2003
2. Uji kadar air JIS A 5908-2003
3. Uji pengembangan tebal JIS A 5908-2003
4. Uji kuat rekat internal JIS A 5908-2003
5. Uji kuat impak JIS A 5908-2003
6. Uji MOR JIS A 5908-2003
7. Uji MOE JIS A 5908-2003
6
Universitas Sumatera Utara