Pengaruh Penambahan Bentonit Termodifikasi Sebagai Pengisi Terhadap Sifat Mekanik dan Penyerapan Air Pada Komposit Poliester Tak Jenuh
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bahan Komposit
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih
material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat
mekanik dari masing-masing material pembentuknya berbeda. Material komposit
merupakan material non logam yang saat ini semakin banyak digunakan mengingat
kebutuhan material disamping memprioritaskan sifat mekanik juga dibutuhkan sifat
lain yang lebih baik misalnya ringan, tahan korosi dan ramah lingkungan [9].
Komposit merupakan bahan gabungan dua atau lebih yang terdiri dari komponen
bahan utama (matriks) dan bahan rangka (reinforcement) atau penguat. Matriks
berfungsi sebagai pengikat dari isian/ penguat tadi, dan jika dikenai beban ia akan
terdeformasi dan mendistribusikan beban (tegangan) tadi keseluruh unsur-unsur isian
penguat,dan berfungsi sebagai unsur penguat struktur komposit. Sedangkan materialmaterial penguat pada umumnya merupakan unsur kekuatan komposit. Selain itu,
material juga tahan terhadap panas, reaksi kimia, tahanan, atau konduktor listrik, dan
sifat-sifat yang lain [1].
Adapun kelebihan-kelebihan material komposit dibandingkan material yang
lain adalah [10]:
-
Mempunyai ketahan terhadap degradasi lingkungan dan korosi yang baik.
-
Mempunyai nilai kekuatan dan kekakuan yang cukup tinggi.
-
Mudah diproses sesuai dengan kebutuhan produk, misalnya diproses
membuat profil aerodinamis.
-
Komposit lebih stabil dengan konduktivitas termal yang rendah
Pembuatan
atau
perakitannya
termasuk
sederhana,
sehingga
dapat
mengurangi biaya pembuatan.
2.2 Antarmuka Dan Antarfasa
Adanya pencampuran bahan yang berbeda dalam bahan komposit, maka
dalam komposit tersebut akan selalu terdapat daerah berdampingan (contiguous
5
Universitas Sumatera Utara
region). Definisi sederhananya yaitu sebuah antarmuka (interfaces) atau dengan kata
lain permukaan membentuk batasan dalam konstituen. Pada beberapa kasus, daerah
berdampingan sering juga dianggap sebagai fasa tambahan yang dinamakan dengan
antarfasa (interphases). Sebagai contoh, pada lapisan serat gelas dalam plastik
berpengisi dan bahan adesif yang mengikat lapisan bersamaan. Ketika terdapat suatu
antarfasa maka akan terdapat dua antarmuka, yaitu pada permukaan antarfasa dan
konstituen di tengahnya [11].
2.3 Poliester Tidak Jenuh (Unsaturated Polyester Resin)
Poliester adalah polimer yang mengandung gugus fungsi ester pada rantai
utamanya. Berdasarkan pada struktur kimianya poliester dapat bersifat termoplastik atau
termoset, namun pada umumnya bersifat termoplastik. Poliester pada umumnya terbuat
dari asam karboksilat dan glikol yang mengalami reaksi polikondensasi. Jenis asam
karboksilat yang terkonversi menjadi produk inilah yang menentukan jenis polilester
jenuh (saturated) atau tidak jenuh (unsaturated).
Poliester jenuh (saturated) dapat
terbuat dari asam karboksilat jenis terephthalic acid, dan hellip, poliester tidak jenuh
(unsaturated) dapat terbuat dari asam karboksilat jenis asam fumarik dan asam maleat ,
penggunaan asam tak jenuh dengan berbagai cara sebagai bagian dari asam dibasa, yang
menyebabkan terdapat ikatan tak jenuh dalam rantai utama poliester yang dihasilkan,
sehingga disebut poliester tak jenuh. Adapun salah satu reaksi pembentukan poliester
ditunjukkan pada Gambar 2.1 dimana terjadi reaksi antara 1,3-bis(karboksimetoksi)
benzena, asam benzoat 2-[3-karboksipropenoil amino], dan maleat anhidrat dengan
diol-diol jenuh seperti etilen, dietilen, propilen, 1,4-tetrametilen dan 1,6heksametilen glikol.
6
Universitas Sumatera Utara
1,3bis(karboksimetoksi)
benzena
asam benzoat 2-[3karboksipropenoil amino]
Diol
Maleat
Anhidrat
Poliester Tidak Jenuh
Gambar 2.1 Reaksi Pembentukan Poliester Tidak Jenuh [12]
Poliester merupakan resin yang paling banyak digunakan sebagai matrik pada
fiber glass untuk badan kapal, mobil, tandon air dan sebagainya. Umumnya resin
poliester mempunyai karakteristik tahan terhadap dingin relatif baik, sifat listriknya
terbaik diantara resin termoset, tahan terhadap asam kuat kecuali asam pengoksida, tetapi
lemah terhadap alkali. Kemampuan terhadap cuaca sangat baik, juga tahan terhadap
kelembaban dan sinar UV pada pemakaian outdoor. Pada umumnya resin poliester tak
jenuh ini disebut sebagai poliester. Bahan ini berupa cairan dengan viskositas yang
relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis metal etil keton
peroksida (MEKP) yang berfungsi sebagai zat untuk mempersingkat waktu pengerasan.
Pada proses pengerasan tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak
resin termoset yang lainnya [13].
Unsaturated Polyester Resin (UPR) yang digunakan dalam penelitian ini
adalah
seri
Yukalac
157® BQTN-EX Series,
dimana
memiliki
beberapa
spesifikasi sendiri, yaitu :
Tabel 2.1 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157® BTQN-EX [14]
Item
Satuan
Nilai Tipikal
Catatan
Berat Jenis
1,215
250 C
Kekerasan
_
40
Barcol/GYZJ 934-1
Penyerapan air
%
0,188
24 jam
( suhu ruang)
%
0,466
7 hari
Kekuatan Fleksural
kg/mm2
9,4
_
2
Modulus Fleksural
kg/mm
300
_
Daya Rentang
kg/mm2
5,5
_
Elongasi
%
1,6
_
7
Universitas Sumatera Utara
2.4 Metil Etil Keton Peroksida (MEKP)
Metil Etil Keton Peroksida (MEKP) adalah suatu bahan kimia yang dikenal
dengan sebutan katalis. Katalis ini termasuk senyawa polimer dengan bentuk cair,
berwarna bening. Fungsi dari katalis adalah mempercepat proses pengeringan
(curing) pada bahan matriks suatu komposit. Semakin banyak katalis yang
dicampurkan pada cairan matriks akan mempercepat proses laju pengeringan, tetapi
akibat mencampurkan katalis terlalu banyak adalah membuatan komposit menjadi
getas. Penggunaan katalis sebaiknya diatur berdasarkan kebutuhannya [15].
Reaksi curing yang terjadi pada matriks poliester tidak jenuh dengan katalis
metil etil keton peroksida (MEKP) ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Poliester tidak jenuh
Stirena
Metil Etil Keton Peroksida
Curing
Dimana :
2-amino-benzena
1,3- bis (metoksi benzena)
Gambar 2.2 Reaksi Curing Poliester Tidak Jenuh [12]
8
Universitas Sumatera Utara
Mekanisme reaksi dari reaksi curing poliester tidak jenuh yaitu [16]:
a) Katalis peroksida terurai menjadi radikal bebas yang bertindak sebagai inisiator
menyerang ikatan rangkap pada poliester tidak jenuh (R’’’=C4H9O2/ tersier butil
dioksi)
2R'''O.
R'''OOR'''
b) Akibat adanya serangan katalis yang merupakan radikal bebas akan membuat
terbentuknya elekron tidak berpasangan pada poliester tidak jenuh.
R'''O.
R'''O.
O
[
O
O
..
O
O
C-R"-C-ORO-C-CH=CH-C-ORO
2
O
C-CH CH-C-R'-C-ORO
O
O
C-CH=CH-C-R'-C-ORO
O R'''O.
[
O
O
O
O R'''O.
]
O
..
]
C-R"-C-ORO-C-CH CH-C-ORO
2
c) Elektron yang tidak berpasangan pada ikatan rangkap poliester tidak jenuh
kemudian menyerang ikatan rangkap pada stirena sehingga terbentuklah suatu
ikatan sambung silang antara poliester tidak jenuh dengan stirena.
O OR'''
[
O
O
.
C-CH CH-C-R'-C-ORO
O
2
O
O
O OR'''
.
]
C-R"-C-ORO-C-CH CH-C-ORO
CH=CH2
CH=CH2
d) Setelah terbentuknya ikatan sambung silang antara poliester tidak jenuh dengan
stirena, maka terbentuklah lagi elektron tidak berpasangan pada molekul stirena.
Elektron tidak berpasangan ini kemudian menyerang molekul poliester tidak
jenuh lainnya dan terbentuk suatu radikal bebas baru yang akan menyerang
molekul stirena lainnya. Reaksi ini terus berlangsung hingga poliester tidak jenuh
telah mengeras (cured).
9
Universitas Sumatera Utara
O OR'''
[
O
O
O
O
C-CH CH-C-R'-C-ORO
2
O OR'''
]
C-R"-C-ORO-C-CH CH-C-ORO
.
.
CH CH2
CH CH2
O
[
O
O
O
O
C-CH=CH-C-R'-C-ORO
2
O
O
O
C-R"-C-ORO-C-CH=CH-C-ORO
]
2.5 Bentonit
Bentonit adalah tanah liat alami dari keluarga smektit. Bentonit adalah istilah
dari lempung yang termasuk kelompok dioktohedral. Secara geologi bentonit terjadi dari
hasil pelapukan, hidrotermal, akibat transformasi dan sedimentasi. Terdapat 2 jenis
bentonit alam yang umum dikenal serta digunakan, yaitu:
1. Na-bentonit
Bentonit ini mempunyai kemampuan mengembang hingga delapan kali apabila
dicelupkan di dalam air dan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air. Dalam
keadaan kering berwarna putih dan krem, pada keadaan basah dan terkena sinar
matahari akan berwarna mengkilap, mempunyai pH 8,5-9,8.
2. Mg, Ca-bentonit
Bentonit ini kurang mengembang apabila dicelupkan ke dalam air, mempunyai pH 47. Dalam keadaan kering berwarna abu-abu, biru, kuning, merah dan coklat.
Bentonit mengandung montmorillonit, dan sisanya sebagai mineral pengotor
yang terdiri dari campuran mineral kuarsa, feldspar, kalsit, gipsum, dan lain-lain.
Bentonit
dapat
digunakan
sebagai
material
paduan
karena
merupakan
nanoreinforcement yang memiliki lapisan-lapisan berukuran nano [17].
Bentonit mempunyai kemampuan yang tinggi untuk menjernihkan warna seperti
pada pengolahan minyak yang berasal dari binatang atau tumbuh-tumbuhan [18].
Pemakaian yang lain adalah untuk pengecoran logam, pembuatan pelet konsentrat besi
dan logam lain, teknik sipil, sebagai bahan pemucat, katalis, dan lain-lain.
Penggunaan utama Ca-bentonit adalah untuk pembuatan Na-bentonit sintetis dan
lempung aktif. Selain itu, juga digunakan untuk pembersih minyak bakar, pelumas,
minyak goreng, farmasi, kimia, kertas, keramik, dan lainnya. Ca-bentonit untuk
10
Universitas Sumatera Utara
pembuatan Na-bentonit sintetis mempunyai lebih banyak keuntungan daripada lempung
lain, kecuali lempung asam, misalnya saat penggerusan, penyaringan dan pengeringan.
Selain itu, penggunaan Ca-bentonit untuk pembuatan Na-bentonit sintetis juga
menghasilkan produk sampingan yaitu precipitated calcium carbonate [17].
Bentonit memiliki kemampuan swelling yang besar serta sifar adesif yang
banyak dieksploitasi oleh industri. Kemampuan bentonit untuk menyerap air
sebagian disebabkan oleh ukuran kristal yang kecil dan memiliki muatan permukaan
yang menarik molekul polar yang membuat bentonit dapat digunakan sebagai pengisi
pada bahan polimer [19]. Penelitian tentang penggunaan bentonit sebagai pengisi
pada bahan-bahan polimer telah banyak dilakukan diantaranya :
1. Juliani (2013) melakukan penelitian tentang penggunaan bentonit sebagai pengisi
pada matriks high density polyethylene (HDPE) [1].
2. Othman (2007) membuat komposit polipropilen berpengisi bentonit [20].
3. Motawie dkk (2014) menggunakan bentonit yang telah dimodifikasi dengan
surfaktan sebagai pengisi pada poliester tidak jenuh [21].
2.6 Surfaktan
Surfaktan atau zat aktif permukaan merupakan molekul organik yang terdiri
dari gugus liofilik (suka pelarut) dan gugus liofobik (tidak suka pelarut). Jika
pelarutnya adalah air maka kedua gugus tersebut disebut sebagai hidrofilik dan
hidrofobik. Molekul surfaktan terdiri atas dua bagian, yaitu kepala dan ekor yang
menunjukkan sifat yang berbeda. Bagian kepala bersifat hidrofilik (suka air) dan
bagian ekor bersifat hidrofobik (tidak suka air). Bagian hidrofilik surfaktan
merupakan ion logam atau senyawaan logam, sedangkan bagian hidrofobik surfaktan
merupakan rantai hidrokarbon alkil atau alkilaril. Karena surfaktan terbentuk dari
dua bagian yang memiliki kecenderungan yang berbeda itulah maka surfaktan dapat
dikatakan memiliki kepribadian ganda. Surfaktan dapat dikelompokkan berdasarkan
muatan pada gugus hidrofiliknya, antara lain:
1. Surfaktan non-ionik
Surfaktan non-ionik memiliki gugus hidrofilik yang tidak bermuatan di dalam
larutan. Umumnya surfaktan non-ionik merupakan senyawa alkohol. Contoh
surfaktan non-ionik adalah eter alkohol.
11
Universitas Sumatera Utara
2. Surfaktan kationik
Surfaktan kationik memiliki gugus hidrofilik yang bermuatan positif di dalam
larutan. Umumnya surfaktan kationik merupakan senyawa amonium kuartener.
Contoh surfaktan kationik adalah heksadesiltrimetil amonium bromida
(HDTMA+Br-) C16H33N+(CH3)3Br- dan oktadesiltrometil amonium bromida
(OTMABr) C18H37N+(CH3)3Br-.
3. Surfaktan anionik
Surfaktan anionik memiliki gugus hidrofilik yang bermuatan negatif di dalam
larutan. Surfaktan anionik mengandung gugus sulfat, sulfonat, atau karboksilat.
Contoh surfaktan anionik diantaranya adalah alkyl sulphates, alkyl ethoxylate
sulphate dan sabun.
4. Surfaktan zwitter ionik (amfoter)
Surfaktan zwitter ionik memiliki gugus hidrofilik yang dapat bermuatan
positif (kationik), negatif (anionik) maupun tidak bermuatan (non-ionik) di
dalam larutan, bergantung pada pH larutan. Umumnya surfaktan zwitter ionik
merupakan senyawa betain dan asam amino. Contoh surfaktan zwitter ionik
adalah alkyl betaine.
Dalam mineralogi, kapasitas pertukaran kation (KTK) atau cation exchange
capacity (CEC) didefinisikan sebagai kapasitas mineral untuk dapat menyerap dan
melakukan pertukaran kation. Nilai KTK dinyatakan dalam jumlah miliekuivalen ion
(mek) per 100 gram mineral liat. Secara umum, kebanyakan jenis clay dan material
organik di dalam tanah memiliki nilai KTK yang tinggi. Tipe clay yang berbeda
memiliki nilai KTK yang beragam [22]. Bentonit memiliki nilai KTK 48,7490
mek/100 gram bentonit [23]. Penambahan surfaktan pada bentonit akan mengubah
sifat bentonit yang semula bersifat hidrofilik berubah menjadi organofilik. Perubahan
sifat bentonit merupakan hasil dari penggantian kation anorganik pada bentonit
dengan kation organik surfaktan. Dengan masuknya surfaktan ke dalam bentonit, dspacing pada bentonitpun bertambah besar (terinterkalasi) [5].
2.7 Cetyltrimethylammonium Bromida (CTAB)
Cetyltrimethylammonium Bromida (CTAB) adalah surfaktan kationik yang
paling banyak digunakan sebagai stabilizing agent dalam mengontrol bentuk dan
12
Universitas Sumatera Utara
ukuran dari nanopartikel [24]. Cetyltrimethylammonium Bromida (CTAB)
menawarkan kation CTA+ untuk digabungkan dengan kelompok karboksil yang
terikat
dengan
permukaan
fiber
untuk
membentuk
pasangan
ion
[25].
Cetyltrimethylammonium Bromida (CTAB) juga digunakan secara luas sebagai
bahan antiseptik, dan dapat ditemukan dalam berbagai produk rumah tangga seperti
shampo, produk kondisioner rambut dan kosmetik [26]. Sebagai surfaktan, CTAB
banyak digunakan sebagai buffer larutan untuk mengekstraksi DNA dan sebagai
pemodifikasi permukaan dalam pembuatan komposit clay.
Gambar 2.3 Rumus Molekul CTAB
Permukaan clay yang bermuatan negatif dapat dimodifikasi dengan surfaktan
melalui reaksi pertukaran ion. Modifikasi ini menyebabkan clay yang semula hidrofilik
menjadi organofilik. Reaksi pertukaran ion memudahkan surfktan kationik terinterkalasi
ke dalam lapisan clay, sehingga menambah jarak basal spacing antarlapis clay. Polaritas
mineral clay dapat diganti dengan kation organik, dimana ion logam anorganik
melepaskan muatan negatif pada lapisan silikat. Reaksi antara CTAB dengan bentonit
ditunjukkan sebagai berikut [27]:
C19H42N+Br+ + Na+-bentonit
C19H42N+-bentonit + Na+Br-…….…...(2.1)
2.8 Titanium Dioksida
Titanium dioksida (TiO2) juga bisa disebut Titania atau Titanium (IV) oksida
merupakan bentuk oksida dari titanium secara kimia dapat dituliskan TiO2. Senyawa
ini dimanfaatkan secara luas dalam bidang anatas sebagai pigmen, bakterisida, pasta
gigi, fotokatalis dan elektroda dalam sel surya. Titanium dioksida (TiO2) dapat
dihasilkan dari reaksi antara senyawa titanium tetraklorida (TiCl4) dan O2 yang
dilewatkan melalui lorong silika pada suhu 700oC. Senyawa TiO2 bersifat amfoter,
terlarut secara lambat dalam H2SO4(aq) pekat, membentuk kristal sulfat dan
menghasilkan produk titanat dengan alkali cair. Sifat senyawa TiO2 adalah tidak
13
Universitas Sumatera Utara
tembus cahaya, mempunyai warna putih, lembam, tidak beracun, dan harganya
relatif murah. Titanium dioksida dapat dihasilkan dari proses sulfat ataupun klorin.
Titanium dioksida (TiO2) memiliki tiga fase struktur kristal, yaitu anatas,
rutil, brookit. Akan tetapi hanya anatas dan rutil saja yang keberadaanya di alam
cukup stabil. Kemampuan fotoaktivitas semikonduktor TiO2 dipengaruhi oleh
morfologi, luas permukaan, kristanilitas dan ukuran partikel. Anatas diketahui
sebagai kristal titania yang lebih fotoaktif daripada rutil. Hal ini disebabkan harga Eg
TiO2 jenis anatas yang lebih tinggi yaitu sebesar 3,2 eV sedangkan rutil sebesar 3,0
eV. Harga Eg yang lebih tinggi akan menghasilkan luas permukaan aktif yang lebih
besar sehingga menghasilkan fotoaktivitas yang lebih efektif.
Serbuk TiO2 dengan struktur rutil paling luas penggunaanya karena indeks
biasanya yang tinggi, warna yang kuat, dan sifat kimianya yang inert. Struktur anatas
lebih baik untuk aplikasi sel surya berbasis sensitiser zat warna pada lapis tipis TiO 2
[28].
2.9 Metoda Penyediaan Komposit
Salah satu metoda penyediaan komposit yaitu metoda hand lay-up merupakan
metoda yang digunakan untuk mencetak bahan polimer termoset yang mengalami
pengeringan (curing) pada suhu ruangan. Reaksi kimia pada resin polimer diawali
dengan adanya penambahan katalis yang mengakibatkan resin mengeras. Dalam
pencetakan, sebuah cetakan terbuka (open mold) digunakan. Untuk mendapatkan
permukaan yang baik, maka terlebih dahulu disemprotkan sebuah pigmen gel coat
pada permukaan cetakan. Resin dan pengisi kemudian ditempatkan di cetakan. Udara
yang masih ada dihilangkan dengan menggunakan kuas, roller, ataupun brush
dabbing. Lapisan pengisi dan resin ditambahkan dengan tujuan untuk penebalan
kemudian ke dalamnya ditambahkan katalis atau akselerator
yang akan
mengeringkan resin tanpa perlu adanya penambahan panas. Oleh karena itu, proses
curing pada metoda hand lay-up dikatakan berlangsung pada suhu ruangan. Metoda
hand lay up sangat cocok digunakan untuk keperluan produksi yang rendah karena
menggunakan peralatan dan biaya yang tidak begitu besar [11].
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Metoda Hand Lay-Up [29]
2.10
Pengujian/Karakterisasi Bahan Komposit
2.10.1 Analisa Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
Kekuatan tarik merupakan salah satu sifat bahan polimer yang terpenting dan
sering digunakan untuk uji sifat suatu bahan polimer. Penarikan suatu bahan
biasanya menyebabkan terjadi perubahan bentuk dimana penipisan pada tebal dan
pemanjangan. Kekuatan tarik (tensile strength) suatu bahan ditetapkan dengan
membagi gaya maksimum dengan luas penampang mula-mula, dimensinya sama
dengan tegangan.
Pada peregangan suatu bahan polimer, pemanjangan tidak selalu berbanding
lurus dengan beban yang diberikan, dan pada penurunan kembali beban,sebahagian
regangannya hilang, karena bahan polimer bukan merupakan bahan sepenuhnya
elastis tetapi ada sifat viskositasnya [30].
2.10.2 Analisa Kekuatan Bentur (Impact Strength)
Pengujian impak dilakukan untuk mengetahui karakteristik patah dari bahan.
Pengujian ini biasanya mengikuti dua metoda yaitu metoda Charpy dan Izod yang
dapat digunakan untuk mengukur kekuatan impak, yang kadang juga disebut seabgai
ketangguhan ketok (notch toughness). Untuk metoda Charpy dan Izod, spesimen
berupa dalam bentuk persegi dimana terdapat bentuk V-notch (Gambar 2.4).
15
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod [31]
Peralatan untuk melakukan kekuatan impak spesimen V-notch ditunjukkan
pada Gambar 2.4. Beban didapat dari tumbukan pendulum yang dilepas dari
ketinggian h. Spesimen diletakkan di dasar seperti pada Gambar 2.4. Ketika dilepas
ujung pisau pada pendulum akan menghantam dan mematahkan spesimen pada titik
ketoknya (notch) yang bekerja sebagai titik tegangan untuk benturan kecepatan
tinggi. Pendulum terus berayun, naik sampai ketinggian maksimum h' yang lebih
rendah dari h. Energi yang diserap, yang diukur dari perbedaan ketinggian h dan h'
merupakan pengukuran kekuatan impak. Perbedaan antara metoda Charpy dan Izod
yaitu bergantung pada peletakan support spesimen seperti ditunjukkan pada Gambar
2.5 [31].
Scale
Starting Position
Pointer
Hammer
End of Swing
Specimen
Anvil
Gambar 2.6 Skema Pengujian Impak [31]
2.10.3 Analisa Penyerapan Air oleh Komposit
Menurut Lokantara dan Suardan, penyerapan air (water-absorption) dalam
komposit merupakan kemampuan komposit dalam menyerap uap air dalam waktu
16
Universitas Sumatera Utara
tertentu. Penyerapan air pada komposit merupakan salah satu masalah terutama
dalam penggunaan komposit di luar ruangan. Semua komposit polimer akan
menyerap air jika berada di udara lembab atau ketika polimer tersebut dicelupkan
di dalam air [32]. Salah satu sifat bentonit adalah dapat mengembang atau swelling,
ketika struktur dari montmorillonit yang merupakan penyusun utama bentonit
mengalami kontak dengan air, akan terjadi pertukaran ion dan air akan masuk ke
antara lapisan. Hal ini dapat mengakibatkan pengembangan pada lapisan struktur
montmorillonit. Hal ini membuktikan bahwa struktur dari clay dapat mempercepat
laju penyerapan air. Penurunan ikatan antarmuka komposit menyebabkan penurunan
sifat mekanis komposit tersebut. Karena itu, pengaruh dari penyerapan air sangat
vital untuk penggunaan komposit berpenguat bentonit di lingkungan terbuka
[32]. Adapun dari beberapa hasil penelitian sebelumnya didapatkan analisa
penyerapan air komposit serat bambu yang dilakukan oleh Hirmawan (2011)
mendapatkan penyerapan air sebesar 0,36% dan 2,27%. Begitu juga dengan
penelitian yang dilakukan oleh Supraptiningsih (2012) mendapatkan nilai
penyerapan air yang berkisar antara 0,960% sampai dengan 3,322% pada komposit
PVC-CaCO3 berpengisi serbuk serat batang pisang [33-34]. Dari kedua penelitian
tersebut dapat diambil sebuah kesimpulan bahwa kekuatan penyerapan air suatu
komposit berkisar di bawah 5%.
2.10.4 Karakterisasi Fourier-Transform Infra-Red (FT – IR).
Spektrofotometer infra merah terutama ditujukan untuk senyawa organik
yaitu menentukan gugus fungsional yang dimiliki senyawa tersebut. Pola pada
daerah sidikjadi sangat berbeda satu dengan yang lain, karenanya hal ini dapat
digunakan untuk mengidentifikasi senyawa tersebut. Penetapan secara kualitatif
dapat dilakukan dengan membandingkan tinggi peak (transmitansi) pada panjang
gelombang tertentu yang dihasilkan oleh zat yang diuji dan zat yang standar. Dalam
ilmu material analisa ini digunakan untuk mengetahui ada tidaknya reaksi atau
interaksi antara bahan-bahan yang dicampurkan. Selain itu, nilai intensitas gugus
yang terdeteksi dapat menentukan jumlah bahan yang bereaksi atau yang terkandung
dalam suatu campuran [35].
17
Universitas Sumatera Utara
2.10.5 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM)
Analisa SEM dilakukan untuk mempelajari sifat morfologi terhadap sampel.
SEM adalah adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen
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
absorpsi 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 um dari permukaan. Gambar permukaan yang
diperoleh merupakan tofografi dengan segala tonjolan, lekukan dan lubang pada
permukaan. Gambar toforgrafi diperoleh dari penangkapan elektron sekunder yang
dipancarkan oleh spesimen. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkan ditangkap oleh
detektor yang diteruskan ke monitor. Pada monitor akan diperoleh gambar yang khas
menggambarkan struktur permukaan spesimen. Selanjutnya gambar di monitor dapat
dipotret dengan menggunakan film hitam putih atau dapat pula direkam ke dalam
suatu disket. Sampel yang dianalisa dengan teknik ini harus mempunyai
konduktifitas yang tinggi, karena polimer mempunyai konduktifitas rendah, maka
bahan perlu dilapisi dengan bahan konduktor (bahan pengantar) yang tipis. Bahan
yang biasa digunakan adalah perak, tetapi jika dianalisa dalam waktu yang lama,
lebih baik digunakan emas atau campuran emas dan pallladium [36].
2.11
Aplikasi Produk Komposit
Komposit berpengisi clay dapat diaplikasikan pada beberapa bidang seperti
pengemasan, transportasi, elektronik, dan konstruksi. Struktur lapisan dari clay
seperti ketebalannya memiliki keunggulan dalam memperkuat matriks polimer,
seperti kekakuan dan kekuatan, daya penghalang, dan ketahanan api. Sebagai
kepedulian pada senyawa halogen pada lingkungan yang meningkat, clay ditemukan
sebagai alternatif penahan api yang menarik untuk beberapa aplikasi, terutama pada
transportasi, kabel, dan alat elektronik [37].
Clay menarik perhatian sebagai penguat material polimer karena aspek rasio
tinggi dan karakterisasi interkalasi unik. Penambahan clay dalam jumlah sedikit pada
18
Universitas Sumatera Utara
matriks polimer menghasilkan sifat tak terduga termasuk menurunkan permeabilitas
gas, meningkatkan daya tahan terhadap pelarut, peningkatan sifat mekanik, stabilitas
termal, dan daya tahan api. Karena kekuatan dan kekakuan tinggi yang dimilikinya
clay juga telah digunakan untuk meningkatkan performa dari polimer pada industri
otomotif [37].
Dalam penelitian ini, produk berupa komposit berpengisi bentonit
termodifikasi dapat digunakan sebagai bahan baku untuk berbagai macam aplikasi
industri. Untuk pemakaian di bidang otomotif, komposit UPR-Bentonit termodifkasi
belum begitu cocok untuk diterapkan karena penggunaan matriks UPR yang
merupakan jenis resin termoset tidak begitu unggul bila dibandingkan dengan jenis
resin termoplastik dalam biaya pemrosesan. Selain itu, matriks dari kelas
termoplastik memiliki kefleksibilitas rancangan dan kemudahan pencetakan bagian
kompleks [38]. Sifat inilah yang membuat mayoritas pabrikan mobil menggunakan
matriks termoplastik bila dibandingkan dengan matriks termoset.
19
Universitas Sumatera Utara
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bahan Komposit
Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih
material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat
mekanik dari masing-masing material pembentuknya berbeda. Material komposit
merupakan material non logam yang saat ini semakin banyak digunakan mengingat
kebutuhan material disamping memprioritaskan sifat mekanik juga dibutuhkan sifat
lain yang lebih baik misalnya ringan, tahan korosi dan ramah lingkungan [9].
Komposit merupakan bahan gabungan dua atau lebih yang terdiri dari komponen
bahan utama (matriks) dan bahan rangka (reinforcement) atau penguat. Matriks
berfungsi sebagai pengikat dari isian/ penguat tadi, dan jika dikenai beban ia akan
terdeformasi dan mendistribusikan beban (tegangan) tadi keseluruh unsur-unsur isian
penguat,dan berfungsi sebagai unsur penguat struktur komposit. Sedangkan materialmaterial penguat pada umumnya merupakan unsur kekuatan komposit. Selain itu,
material juga tahan terhadap panas, reaksi kimia, tahanan, atau konduktor listrik, dan
sifat-sifat yang lain [1].
Adapun kelebihan-kelebihan material komposit dibandingkan material yang
lain adalah [10]:
-
Mempunyai ketahan terhadap degradasi lingkungan dan korosi yang baik.
-
Mempunyai nilai kekuatan dan kekakuan yang cukup tinggi.
-
Mudah diproses sesuai dengan kebutuhan produk, misalnya diproses
membuat profil aerodinamis.
-
Komposit lebih stabil dengan konduktivitas termal yang rendah
Pembuatan
atau
perakitannya
termasuk
sederhana,
sehingga
dapat
mengurangi biaya pembuatan.
2.2 Antarmuka Dan Antarfasa
Adanya pencampuran bahan yang berbeda dalam bahan komposit, maka
dalam komposit tersebut akan selalu terdapat daerah berdampingan (contiguous
5
Universitas Sumatera Utara
region). Definisi sederhananya yaitu sebuah antarmuka (interfaces) atau dengan kata
lain permukaan membentuk batasan dalam konstituen. Pada beberapa kasus, daerah
berdampingan sering juga dianggap sebagai fasa tambahan yang dinamakan dengan
antarfasa (interphases). Sebagai contoh, pada lapisan serat gelas dalam plastik
berpengisi dan bahan adesif yang mengikat lapisan bersamaan. Ketika terdapat suatu
antarfasa maka akan terdapat dua antarmuka, yaitu pada permukaan antarfasa dan
konstituen di tengahnya [11].
2.3 Poliester Tidak Jenuh (Unsaturated Polyester Resin)
Poliester adalah polimer yang mengandung gugus fungsi ester pada rantai
utamanya. Berdasarkan pada struktur kimianya poliester dapat bersifat termoplastik atau
termoset, namun pada umumnya bersifat termoplastik. Poliester pada umumnya terbuat
dari asam karboksilat dan glikol yang mengalami reaksi polikondensasi. Jenis asam
karboksilat yang terkonversi menjadi produk inilah yang menentukan jenis polilester
jenuh (saturated) atau tidak jenuh (unsaturated).
Poliester jenuh (saturated) dapat
terbuat dari asam karboksilat jenis terephthalic acid, dan hellip, poliester tidak jenuh
(unsaturated) dapat terbuat dari asam karboksilat jenis asam fumarik dan asam maleat ,
penggunaan asam tak jenuh dengan berbagai cara sebagai bagian dari asam dibasa, yang
menyebabkan terdapat ikatan tak jenuh dalam rantai utama poliester yang dihasilkan,
sehingga disebut poliester tak jenuh. Adapun salah satu reaksi pembentukan poliester
ditunjukkan pada Gambar 2.1 dimana terjadi reaksi antara 1,3-bis(karboksimetoksi)
benzena, asam benzoat 2-[3-karboksipropenoil amino], dan maleat anhidrat dengan
diol-diol jenuh seperti etilen, dietilen, propilen, 1,4-tetrametilen dan 1,6heksametilen glikol.
6
Universitas Sumatera Utara
1,3bis(karboksimetoksi)
benzena
asam benzoat 2-[3karboksipropenoil amino]
Diol
Maleat
Anhidrat
Poliester Tidak Jenuh
Gambar 2.1 Reaksi Pembentukan Poliester Tidak Jenuh [12]
Poliester merupakan resin yang paling banyak digunakan sebagai matrik pada
fiber glass untuk badan kapal, mobil, tandon air dan sebagainya. Umumnya resin
poliester mempunyai karakteristik tahan terhadap dingin relatif baik, sifat listriknya
terbaik diantara resin termoset, tahan terhadap asam kuat kecuali asam pengoksida, tetapi
lemah terhadap alkali. Kemampuan terhadap cuaca sangat baik, juga tahan terhadap
kelembaban dan sinar UV pada pemakaian outdoor. Pada umumnya resin poliester tak
jenuh ini disebut sebagai poliester. Bahan ini berupa cairan dengan viskositas yang
relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis metal etil keton
peroksida (MEKP) yang berfungsi sebagai zat untuk mempersingkat waktu pengerasan.
Pada proses pengerasan tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan seperti banyak
resin termoset yang lainnya [13].
Unsaturated Polyester Resin (UPR) yang digunakan dalam penelitian ini
adalah
seri
Yukalac
157® BQTN-EX Series,
dimana
memiliki
beberapa
spesifikasi sendiri, yaitu :
Tabel 2.1 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157® BTQN-EX [14]
Item
Satuan
Nilai Tipikal
Catatan
Berat Jenis
1,215
250 C
Kekerasan
_
40
Barcol/GYZJ 934-1
Penyerapan air
%
0,188
24 jam
( suhu ruang)
%
0,466
7 hari
Kekuatan Fleksural
kg/mm2
9,4
_
2
Modulus Fleksural
kg/mm
300
_
Daya Rentang
kg/mm2
5,5
_
Elongasi
%
1,6
_
7
Universitas Sumatera Utara
2.4 Metil Etil Keton Peroksida (MEKP)
Metil Etil Keton Peroksida (MEKP) adalah suatu bahan kimia yang dikenal
dengan sebutan katalis. Katalis ini termasuk senyawa polimer dengan bentuk cair,
berwarna bening. Fungsi dari katalis adalah mempercepat proses pengeringan
(curing) pada bahan matriks suatu komposit. Semakin banyak katalis yang
dicampurkan pada cairan matriks akan mempercepat proses laju pengeringan, tetapi
akibat mencampurkan katalis terlalu banyak adalah membuatan komposit menjadi
getas. Penggunaan katalis sebaiknya diatur berdasarkan kebutuhannya [15].
Reaksi curing yang terjadi pada matriks poliester tidak jenuh dengan katalis
metil etil keton peroksida (MEKP) ditunjukkan pada Gambar 2.6.
Poliester tidak jenuh
Stirena
Metil Etil Keton Peroksida
Curing
Dimana :
2-amino-benzena
1,3- bis (metoksi benzena)
Gambar 2.2 Reaksi Curing Poliester Tidak Jenuh [12]
8
Universitas Sumatera Utara
Mekanisme reaksi dari reaksi curing poliester tidak jenuh yaitu [16]:
a) Katalis peroksida terurai menjadi radikal bebas yang bertindak sebagai inisiator
menyerang ikatan rangkap pada poliester tidak jenuh (R’’’=C4H9O2/ tersier butil
dioksi)
2R'''O.
R'''OOR'''
b) Akibat adanya serangan katalis yang merupakan radikal bebas akan membuat
terbentuknya elekron tidak berpasangan pada poliester tidak jenuh.
R'''O.
R'''O.
O
[
O
O
..
O
O
C-R"-C-ORO-C-CH=CH-C-ORO
2
O
C-CH CH-C-R'-C-ORO
O
O
C-CH=CH-C-R'-C-ORO
O R'''O.
[
O
O
O
O R'''O.
]
O
..
]
C-R"-C-ORO-C-CH CH-C-ORO
2
c) Elektron yang tidak berpasangan pada ikatan rangkap poliester tidak jenuh
kemudian menyerang ikatan rangkap pada stirena sehingga terbentuklah suatu
ikatan sambung silang antara poliester tidak jenuh dengan stirena.
O OR'''
[
O
O
.
C-CH CH-C-R'-C-ORO
O
2
O
O
O OR'''
.
]
C-R"-C-ORO-C-CH CH-C-ORO
CH=CH2
CH=CH2
d) Setelah terbentuknya ikatan sambung silang antara poliester tidak jenuh dengan
stirena, maka terbentuklah lagi elektron tidak berpasangan pada molekul stirena.
Elektron tidak berpasangan ini kemudian menyerang molekul poliester tidak
jenuh lainnya dan terbentuk suatu radikal bebas baru yang akan menyerang
molekul stirena lainnya. Reaksi ini terus berlangsung hingga poliester tidak jenuh
telah mengeras (cured).
9
Universitas Sumatera Utara
O OR'''
[
O
O
O
O
C-CH CH-C-R'-C-ORO
2
O OR'''
]
C-R"-C-ORO-C-CH CH-C-ORO
.
.
CH CH2
CH CH2
O
[
O
O
O
O
C-CH=CH-C-R'-C-ORO
2
O
O
O
C-R"-C-ORO-C-CH=CH-C-ORO
]
2.5 Bentonit
Bentonit adalah tanah liat alami dari keluarga smektit. Bentonit adalah istilah
dari lempung yang termasuk kelompok dioktohedral. Secara geologi bentonit terjadi dari
hasil pelapukan, hidrotermal, akibat transformasi dan sedimentasi. Terdapat 2 jenis
bentonit alam yang umum dikenal serta digunakan, yaitu:
1. Na-bentonit
Bentonit ini mempunyai kemampuan mengembang hingga delapan kali apabila
dicelupkan di dalam air dan tetap terdispersi beberapa waktu di dalam air. Dalam
keadaan kering berwarna putih dan krem, pada keadaan basah dan terkena sinar
matahari akan berwarna mengkilap, mempunyai pH 8,5-9,8.
2. Mg, Ca-bentonit
Bentonit ini kurang mengembang apabila dicelupkan ke dalam air, mempunyai pH 47. Dalam keadaan kering berwarna abu-abu, biru, kuning, merah dan coklat.
Bentonit mengandung montmorillonit, dan sisanya sebagai mineral pengotor
yang terdiri dari campuran mineral kuarsa, feldspar, kalsit, gipsum, dan lain-lain.
Bentonit
dapat
digunakan
sebagai
material
paduan
karena
merupakan
nanoreinforcement yang memiliki lapisan-lapisan berukuran nano [17].
Bentonit mempunyai kemampuan yang tinggi untuk menjernihkan warna seperti
pada pengolahan minyak yang berasal dari binatang atau tumbuh-tumbuhan [18].
Pemakaian yang lain adalah untuk pengecoran logam, pembuatan pelet konsentrat besi
dan logam lain, teknik sipil, sebagai bahan pemucat, katalis, dan lain-lain.
Penggunaan utama Ca-bentonit adalah untuk pembuatan Na-bentonit sintetis dan
lempung aktif. Selain itu, juga digunakan untuk pembersih minyak bakar, pelumas,
minyak goreng, farmasi, kimia, kertas, keramik, dan lainnya. Ca-bentonit untuk
10
Universitas Sumatera Utara
pembuatan Na-bentonit sintetis mempunyai lebih banyak keuntungan daripada lempung
lain, kecuali lempung asam, misalnya saat penggerusan, penyaringan dan pengeringan.
Selain itu, penggunaan Ca-bentonit untuk pembuatan Na-bentonit sintetis juga
menghasilkan produk sampingan yaitu precipitated calcium carbonate [17].
Bentonit memiliki kemampuan swelling yang besar serta sifar adesif yang
banyak dieksploitasi oleh industri. Kemampuan bentonit untuk menyerap air
sebagian disebabkan oleh ukuran kristal yang kecil dan memiliki muatan permukaan
yang menarik molekul polar yang membuat bentonit dapat digunakan sebagai pengisi
pada bahan polimer [19]. Penelitian tentang penggunaan bentonit sebagai pengisi
pada bahan-bahan polimer telah banyak dilakukan diantaranya :
1. Juliani (2013) melakukan penelitian tentang penggunaan bentonit sebagai pengisi
pada matriks high density polyethylene (HDPE) [1].
2. Othman (2007) membuat komposit polipropilen berpengisi bentonit [20].
3. Motawie dkk (2014) menggunakan bentonit yang telah dimodifikasi dengan
surfaktan sebagai pengisi pada poliester tidak jenuh [21].
2.6 Surfaktan
Surfaktan atau zat aktif permukaan merupakan molekul organik yang terdiri
dari gugus liofilik (suka pelarut) dan gugus liofobik (tidak suka pelarut). Jika
pelarutnya adalah air maka kedua gugus tersebut disebut sebagai hidrofilik dan
hidrofobik. Molekul surfaktan terdiri atas dua bagian, yaitu kepala dan ekor yang
menunjukkan sifat yang berbeda. Bagian kepala bersifat hidrofilik (suka air) dan
bagian ekor bersifat hidrofobik (tidak suka air). Bagian hidrofilik surfaktan
merupakan ion logam atau senyawaan logam, sedangkan bagian hidrofobik surfaktan
merupakan rantai hidrokarbon alkil atau alkilaril. Karena surfaktan terbentuk dari
dua bagian yang memiliki kecenderungan yang berbeda itulah maka surfaktan dapat
dikatakan memiliki kepribadian ganda. Surfaktan dapat dikelompokkan berdasarkan
muatan pada gugus hidrofiliknya, antara lain:
1. Surfaktan non-ionik
Surfaktan non-ionik memiliki gugus hidrofilik yang tidak bermuatan di dalam
larutan. Umumnya surfaktan non-ionik merupakan senyawa alkohol. Contoh
surfaktan non-ionik adalah eter alkohol.
11
Universitas Sumatera Utara
2. Surfaktan kationik
Surfaktan kationik memiliki gugus hidrofilik yang bermuatan positif di dalam
larutan. Umumnya surfaktan kationik merupakan senyawa amonium kuartener.
Contoh surfaktan kationik adalah heksadesiltrimetil amonium bromida
(HDTMA+Br-) C16H33N+(CH3)3Br- dan oktadesiltrometil amonium bromida
(OTMABr) C18H37N+(CH3)3Br-.
3. Surfaktan anionik
Surfaktan anionik memiliki gugus hidrofilik yang bermuatan negatif di dalam
larutan. Surfaktan anionik mengandung gugus sulfat, sulfonat, atau karboksilat.
Contoh surfaktan anionik diantaranya adalah alkyl sulphates, alkyl ethoxylate
sulphate dan sabun.
4. Surfaktan zwitter ionik (amfoter)
Surfaktan zwitter ionik memiliki gugus hidrofilik yang dapat bermuatan
positif (kationik), negatif (anionik) maupun tidak bermuatan (non-ionik) di
dalam larutan, bergantung pada pH larutan. Umumnya surfaktan zwitter ionik
merupakan senyawa betain dan asam amino. Contoh surfaktan zwitter ionik
adalah alkyl betaine.
Dalam mineralogi, kapasitas pertukaran kation (KTK) atau cation exchange
capacity (CEC) didefinisikan sebagai kapasitas mineral untuk dapat menyerap dan
melakukan pertukaran kation. Nilai KTK dinyatakan dalam jumlah miliekuivalen ion
(mek) per 100 gram mineral liat. Secara umum, kebanyakan jenis clay dan material
organik di dalam tanah memiliki nilai KTK yang tinggi. Tipe clay yang berbeda
memiliki nilai KTK yang beragam [22]. Bentonit memiliki nilai KTK 48,7490
mek/100 gram bentonit [23]. Penambahan surfaktan pada bentonit akan mengubah
sifat bentonit yang semula bersifat hidrofilik berubah menjadi organofilik. Perubahan
sifat bentonit merupakan hasil dari penggantian kation anorganik pada bentonit
dengan kation organik surfaktan. Dengan masuknya surfaktan ke dalam bentonit, dspacing pada bentonitpun bertambah besar (terinterkalasi) [5].
2.7 Cetyltrimethylammonium Bromida (CTAB)
Cetyltrimethylammonium Bromida (CTAB) adalah surfaktan kationik yang
paling banyak digunakan sebagai stabilizing agent dalam mengontrol bentuk dan
12
Universitas Sumatera Utara
ukuran dari nanopartikel [24]. Cetyltrimethylammonium Bromida (CTAB)
menawarkan kation CTA+ untuk digabungkan dengan kelompok karboksil yang
terikat
dengan
permukaan
fiber
untuk
membentuk
pasangan
ion
[25].
Cetyltrimethylammonium Bromida (CTAB) juga digunakan secara luas sebagai
bahan antiseptik, dan dapat ditemukan dalam berbagai produk rumah tangga seperti
shampo, produk kondisioner rambut dan kosmetik [26]. Sebagai surfaktan, CTAB
banyak digunakan sebagai buffer larutan untuk mengekstraksi DNA dan sebagai
pemodifikasi permukaan dalam pembuatan komposit clay.
Gambar 2.3 Rumus Molekul CTAB
Permukaan clay yang bermuatan negatif dapat dimodifikasi dengan surfaktan
melalui reaksi pertukaran ion. Modifikasi ini menyebabkan clay yang semula hidrofilik
menjadi organofilik. Reaksi pertukaran ion memudahkan surfktan kationik terinterkalasi
ke dalam lapisan clay, sehingga menambah jarak basal spacing antarlapis clay. Polaritas
mineral clay dapat diganti dengan kation organik, dimana ion logam anorganik
melepaskan muatan negatif pada lapisan silikat. Reaksi antara CTAB dengan bentonit
ditunjukkan sebagai berikut [27]:
C19H42N+Br+ + Na+-bentonit
C19H42N+-bentonit + Na+Br-…….…...(2.1)
2.8 Titanium Dioksida
Titanium dioksida (TiO2) juga bisa disebut Titania atau Titanium (IV) oksida
merupakan bentuk oksida dari titanium secara kimia dapat dituliskan TiO2. Senyawa
ini dimanfaatkan secara luas dalam bidang anatas sebagai pigmen, bakterisida, pasta
gigi, fotokatalis dan elektroda dalam sel surya. Titanium dioksida (TiO2) dapat
dihasilkan dari reaksi antara senyawa titanium tetraklorida (TiCl4) dan O2 yang
dilewatkan melalui lorong silika pada suhu 700oC. Senyawa TiO2 bersifat amfoter,
terlarut secara lambat dalam H2SO4(aq) pekat, membentuk kristal sulfat dan
menghasilkan produk titanat dengan alkali cair. Sifat senyawa TiO2 adalah tidak
13
Universitas Sumatera Utara
tembus cahaya, mempunyai warna putih, lembam, tidak beracun, dan harganya
relatif murah. Titanium dioksida dapat dihasilkan dari proses sulfat ataupun klorin.
Titanium dioksida (TiO2) memiliki tiga fase struktur kristal, yaitu anatas,
rutil, brookit. Akan tetapi hanya anatas dan rutil saja yang keberadaanya di alam
cukup stabil. Kemampuan fotoaktivitas semikonduktor TiO2 dipengaruhi oleh
morfologi, luas permukaan, kristanilitas dan ukuran partikel. Anatas diketahui
sebagai kristal titania yang lebih fotoaktif daripada rutil. Hal ini disebabkan harga Eg
TiO2 jenis anatas yang lebih tinggi yaitu sebesar 3,2 eV sedangkan rutil sebesar 3,0
eV. Harga Eg yang lebih tinggi akan menghasilkan luas permukaan aktif yang lebih
besar sehingga menghasilkan fotoaktivitas yang lebih efektif.
Serbuk TiO2 dengan struktur rutil paling luas penggunaanya karena indeks
biasanya yang tinggi, warna yang kuat, dan sifat kimianya yang inert. Struktur anatas
lebih baik untuk aplikasi sel surya berbasis sensitiser zat warna pada lapis tipis TiO 2
[28].
2.9 Metoda Penyediaan Komposit
Salah satu metoda penyediaan komposit yaitu metoda hand lay-up merupakan
metoda yang digunakan untuk mencetak bahan polimer termoset yang mengalami
pengeringan (curing) pada suhu ruangan. Reaksi kimia pada resin polimer diawali
dengan adanya penambahan katalis yang mengakibatkan resin mengeras. Dalam
pencetakan, sebuah cetakan terbuka (open mold) digunakan. Untuk mendapatkan
permukaan yang baik, maka terlebih dahulu disemprotkan sebuah pigmen gel coat
pada permukaan cetakan. Resin dan pengisi kemudian ditempatkan di cetakan. Udara
yang masih ada dihilangkan dengan menggunakan kuas, roller, ataupun brush
dabbing. Lapisan pengisi dan resin ditambahkan dengan tujuan untuk penebalan
kemudian ke dalamnya ditambahkan katalis atau akselerator
yang akan
mengeringkan resin tanpa perlu adanya penambahan panas. Oleh karena itu, proses
curing pada metoda hand lay-up dikatakan berlangsung pada suhu ruangan. Metoda
hand lay up sangat cocok digunakan untuk keperluan produksi yang rendah karena
menggunakan peralatan dan biaya yang tidak begitu besar [11].
14
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.4 Metoda Hand Lay-Up [29]
2.10
Pengujian/Karakterisasi Bahan Komposit
2.10.1 Analisa Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
Kekuatan tarik merupakan salah satu sifat bahan polimer yang terpenting dan
sering digunakan untuk uji sifat suatu bahan polimer. Penarikan suatu bahan
biasanya menyebabkan terjadi perubahan bentuk dimana penipisan pada tebal dan
pemanjangan. Kekuatan tarik (tensile strength) suatu bahan ditetapkan dengan
membagi gaya maksimum dengan luas penampang mula-mula, dimensinya sama
dengan tegangan.
Pada peregangan suatu bahan polimer, pemanjangan tidak selalu berbanding
lurus dengan beban yang diberikan, dan pada penurunan kembali beban,sebahagian
regangannya hilang, karena bahan polimer bukan merupakan bahan sepenuhnya
elastis tetapi ada sifat viskositasnya [30].
2.10.2 Analisa Kekuatan Bentur (Impact Strength)
Pengujian impak dilakukan untuk mengetahui karakteristik patah dari bahan.
Pengujian ini biasanya mengikuti dua metoda yaitu metoda Charpy dan Izod yang
dapat digunakan untuk mengukur kekuatan impak, yang kadang juga disebut seabgai
ketangguhan ketok (notch toughness). Untuk metoda Charpy dan Izod, spesimen
berupa dalam bentuk persegi dimana terdapat bentuk V-notch (Gambar 2.4).
15
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod [31]
Peralatan untuk melakukan kekuatan impak spesimen V-notch ditunjukkan
pada Gambar 2.4. Beban didapat dari tumbukan pendulum yang dilepas dari
ketinggian h. Spesimen diletakkan di dasar seperti pada Gambar 2.4. Ketika dilepas
ujung pisau pada pendulum akan menghantam dan mematahkan spesimen pada titik
ketoknya (notch) yang bekerja sebagai titik tegangan untuk benturan kecepatan
tinggi. Pendulum terus berayun, naik sampai ketinggian maksimum h' yang lebih
rendah dari h. Energi yang diserap, yang diukur dari perbedaan ketinggian h dan h'
merupakan pengukuran kekuatan impak. Perbedaan antara metoda Charpy dan Izod
yaitu bergantung pada peletakan support spesimen seperti ditunjukkan pada Gambar
2.5 [31].
Scale
Starting Position
Pointer
Hammer
End of Swing
Specimen
Anvil
Gambar 2.6 Skema Pengujian Impak [31]
2.10.3 Analisa Penyerapan Air oleh Komposit
Menurut Lokantara dan Suardan, penyerapan air (water-absorption) dalam
komposit merupakan kemampuan komposit dalam menyerap uap air dalam waktu
16
Universitas Sumatera Utara
tertentu. Penyerapan air pada komposit merupakan salah satu masalah terutama
dalam penggunaan komposit di luar ruangan. Semua komposit polimer akan
menyerap air jika berada di udara lembab atau ketika polimer tersebut dicelupkan
di dalam air [32]. Salah satu sifat bentonit adalah dapat mengembang atau swelling,
ketika struktur dari montmorillonit yang merupakan penyusun utama bentonit
mengalami kontak dengan air, akan terjadi pertukaran ion dan air akan masuk ke
antara lapisan. Hal ini dapat mengakibatkan pengembangan pada lapisan struktur
montmorillonit. Hal ini membuktikan bahwa struktur dari clay dapat mempercepat
laju penyerapan air. Penurunan ikatan antarmuka komposit menyebabkan penurunan
sifat mekanis komposit tersebut. Karena itu, pengaruh dari penyerapan air sangat
vital untuk penggunaan komposit berpenguat bentonit di lingkungan terbuka
[32]. Adapun dari beberapa hasil penelitian sebelumnya didapatkan analisa
penyerapan air komposit serat bambu yang dilakukan oleh Hirmawan (2011)
mendapatkan penyerapan air sebesar 0,36% dan 2,27%. Begitu juga dengan
penelitian yang dilakukan oleh Supraptiningsih (2012) mendapatkan nilai
penyerapan air yang berkisar antara 0,960% sampai dengan 3,322% pada komposit
PVC-CaCO3 berpengisi serbuk serat batang pisang [33-34]. Dari kedua penelitian
tersebut dapat diambil sebuah kesimpulan bahwa kekuatan penyerapan air suatu
komposit berkisar di bawah 5%.
2.10.4 Karakterisasi Fourier-Transform Infra-Red (FT – IR).
Spektrofotometer infra merah terutama ditujukan untuk senyawa organik
yaitu menentukan gugus fungsional yang dimiliki senyawa tersebut. Pola pada
daerah sidikjadi sangat berbeda satu dengan yang lain, karenanya hal ini dapat
digunakan untuk mengidentifikasi senyawa tersebut. Penetapan secara kualitatif
dapat dilakukan dengan membandingkan tinggi peak (transmitansi) pada panjang
gelombang tertentu yang dihasilkan oleh zat yang diuji dan zat yang standar. Dalam
ilmu material analisa ini digunakan untuk mengetahui ada tidaknya reaksi atau
interaksi antara bahan-bahan yang dicampurkan. Selain itu, nilai intensitas gugus
yang terdeteksi dapat menentukan jumlah bahan yang bereaksi atau yang terkandung
dalam suatu campuran [35].
17
Universitas Sumatera Utara
2.10.5 Analisa Scanning Electron Microscopy (SEM)
Analisa SEM dilakukan untuk mempelajari sifat morfologi terhadap sampel.
SEM adalah adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen
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
absorpsi 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 um dari permukaan. Gambar permukaan yang
diperoleh merupakan tofografi dengan segala tonjolan, lekukan dan lubang pada
permukaan. Gambar toforgrafi diperoleh dari penangkapan elektron sekunder yang
dipancarkan oleh spesimen. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkan ditangkap oleh
detektor yang diteruskan ke monitor. Pada monitor akan diperoleh gambar yang khas
menggambarkan struktur permukaan spesimen. Selanjutnya gambar di monitor dapat
dipotret dengan menggunakan film hitam putih atau dapat pula direkam ke dalam
suatu disket. Sampel yang dianalisa dengan teknik ini harus mempunyai
konduktifitas yang tinggi, karena polimer mempunyai konduktifitas rendah, maka
bahan perlu dilapisi dengan bahan konduktor (bahan pengantar) yang tipis. Bahan
yang biasa digunakan adalah perak, tetapi jika dianalisa dalam waktu yang lama,
lebih baik digunakan emas atau campuran emas dan pallladium [36].
2.11
Aplikasi Produk Komposit
Komposit berpengisi clay dapat diaplikasikan pada beberapa bidang seperti
pengemasan, transportasi, elektronik, dan konstruksi. Struktur lapisan dari clay
seperti ketebalannya memiliki keunggulan dalam memperkuat matriks polimer,
seperti kekakuan dan kekuatan, daya penghalang, dan ketahanan api. Sebagai
kepedulian pada senyawa halogen pada lingkungan yang meningkat, clay ditemukan
sebagai alternatif penahan api yang menarik untuk beberapa aplikasi, terutama pada
transportasi, kabel, dan alat elektronik [37].
Clay menarik perhatian sebagai penguat material polimer karena aspek rasio
tinggi dan karakterisasi interkalasi unik. Penambahan clay dalam jumlah sedikit pada
18
Universitas Sumatera Utara
matriks polimer menghasilkan sifat tak terduga termasuk menurunkan permeabilitas
gas, meningkatkan daya tahan terhadap pelarut, peningkatan sifat mekanik, stabilitas
termal, dan daya tahan api. Karena kekuatan dan kekakuan tinggi yang dimilikinya
clay juga telah digunakan untuk meningkatkan performa dari polimer pada industri
otomotif [37].
Dalam penelitian ini, produk berupa komposit berpengisi bentonit
termodifikasi dapat digunakan sebagai bahan baku untuk berbagai macam aplikasi
industri. Untuk pemakaian di bidang otomotif, komposit UPR-Bentonit termodifkasi
belum begitu cocok untuk diterapkan karena penggunaan matriks UPR yang
merupakan jenis resin termoset tidak begitu unggul bila dibandingkan dengan jenis
resin termoplastik dalam biaya pemrosesan. Selain itu, matriks dari kelas
termoplastik memiliki kefleksibilitas rancangan dan kemudahan pencetakan bagian
kompleks [38]. Sifat inilah yang membuat mayoritas pabrikan mobil menggunakan
matriks termoplastik bila dibandingkan dengan matriks termoset.
19
Universitas Sumatera Utara