Pengaruh Komposisi Limbah Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit Terhadap Sifat-Sifat dan Karakteristik Komposit Polipropilena

PENGARUH KOMPOSISI LIMBAH
ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT
TERHADAP SIFAT-SIFAT DAN KARAKTERISTIK
KOMPOSIT POLIPROPILENA

SKRIPSI

Oleh

DANIL TARMIZI
090405047

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
APRIL 2014

Universitas Sumatera Utara

PENGARUH KOMPOSISI LIMBAH
ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT

TERHADAP SIFAT-SIFAT DAN KARAKTERISTIK
KOMPOSIT POLIPROPILENA

SKRIPSI

Oleh

DANIL TARMIZI
090405047

SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
APRIL 2014

Universitas Sumatera Utara


PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :

PENGARUH KOMPOSISI LIMBAH ABU PEMBAKARAN BIOMASSA
KELAPA SAWIT TERHADAP SIFAT-SIFAT DAN KARAKTERISTIK
KOMPOSIT POLIPROPILENA

dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini
adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sumbernya.
Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa ini
bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi
sesuai dengan aturan yang berlaku.

Medan,

April 2014

Danil Tarmizi

NIM 090405047

i
Universitas Sumatera Utara

ii
Universitas Sumatera Utara

PRAKATA
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas limpahan rahmat dan
karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan skripsi
dengan judul “Pengaruh Komposisi Limbah Abu Pembakaran Biomassa Kelapa
Sawit Terhadap Sifat-Sifat dan Karakteristik Komposit Polipropilena”
berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat
untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri
tentang pemanfaatan limbah abu pembakaran biomassa kelapa sawit yang dapat
diolah lebih lanjut untuk dijadikan bahan pengisi dalam pembuatan komposit polimer
dan memiliki potensi untuk dijadikan bahan pengisi yang bersifat flame retardant.

Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat
pengarahan dan bimbingan dari dosen pembimbing penulis. Untuk itu secara khusus
penulis mengucapakan terima kasih dan penghargaan sebesar-besarnya kepada Ibu
Ir. Kartini Noor Hafni, MT.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu
penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga
skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Medan,

April 2014

Penulis
Danil Tarmizi

iii
Universitas Sumatera Utara

DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada :

1. Kedua orang tua penulis, M. Thamrin dan Nelly Farida, yang telah
memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian
dan penulisan skripsi ini.
2. Seluruh keluarga penulis terutama adikku, Tami Indriyani dan Bagus Lesmana
yang telah memberikan doa kepada penulis dalam menyelesaikan penelitian
dan penulisan skripsi ini.
3. Ir. Kartini Noor Hafni, MT dan Ir. A. Haris Simamora yang telah banyak
memberikan bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan penelitian dan
penulisan skripsi ini.
4. Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc dan Dr. Maulida, ST, M.Sc yang telah
banyak memberikan saran dan masukan untuk kesempurnaan skripsi ini.
5. Dr. Eng. Ir. Irvan, MSi sebagai Ketua Departemen Teknik Kimia USU.
6. Dr. Ir. Fatimah, MT sebagai Sekretaris Departemen Teknik Kimia USU.
7. Ir. Renita Manurung, MT sebagai Koordinator Skripsi.
8. Prof. Dr. Ir. Muhammad Turmuzi Lubis, MS sebagai Dosen Pembimbing
Akademik.
9. Seluruh Dosen/Staf Pengajar Departemen Teknik Kimia yang telah
memberikan banyak sekali ilmu yang sangat berharga kepada penulis.
10. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia USU.
11. Intan Zahara atas waktu, kerjasama, motivasi, semangat, dukungan dan segala

pertolongan yang diberikan selama menjadi mahasiswa hingga selesainya
skripsi ini.
12. Sahabat sekaligus teman seperjuangan, Muhammad Fachri dan Indra Amri
yang banyak meluangkan waktu dan memberikan dukungan, semangat serta
motivasi selama berada di Teknik Kimia USU.
13. Seluruh sahabat, teman-teman, adik-adik dan abang/kakak sesama mahasiswa
Departemen Teknik Kimia terutama angkatan 2009, khususnya Ahmad Rozi,
Elmer Surya, Herypasc, Rahman, Satriaji, Lena, Indah, Tuti, yang memberikan

iv
Universitas Sumatera Utara

banyak dukungan dan semangat kepada penulis selama berada di Teknik Kimia
USU.
14. Covalen Study Group (CSG), Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia
(HIMATEK), dan Laboratorium Kimia Organik yang telah memberikan
banyak pengalaman dan pembelajaran kepada penulis selama berada di Teknik
Kimia USU.

v

Universitas Sumatera Utara

RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama : Danil Tarmizi
NIM : 090405047
Tempat / Tanggal Lahir : Medan / 09 Januari 1991
Nama Orang Tua: M. Thamrin
Alamat Orang Tua :
Jl. Sekata Lk. XII No.38 Medan
Asal Sekolah :
 SD Negeri 060849 Medan tahun 1997 – 2003
 SMP Negeri 7 Medan tahun 2003 – 2006
 SMA Negeri 3 Medan tahun 2006 – 2009
Pengalaman Organisasi / Kerja :
1. CSG periode 2011-2012 sebagai Ketua Umum
2. Himatek periode 2012 – 2013 sebagai Ketua Bidang Literatur dan
Pengembangan
3. Asisten Laboratorium Kimia Organik (KO) periode 2011 – 2014 modul
Hidrokarbon, Aldehid & Keton, Pembuatan dan Analisa Sabun, Isolasi Zat
Warna

4. Koordinator Laboratorium Kimia Organik (KO) periode 2013 – 2014
Artikel yang telah dipublikasikan dalam jurnal :
Jurnal Teknik Kimia USU, Article in Press (2014) dengan judul “Sifat-Sifat
Mekanik Komposit Polipropilena Berpengisi Abu Pembakaran Biomassa Kelapa
Sawit”

vi
Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan komposisi pengisi terbaik abu
pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) terhadap sifat-sifat
dan karakteristik pada komposit polipropilena (PP) yang dihasilkan. Metodologi
penelitian meliputi, penyiapan bahan baku, pencampuran menggunakan proses
ekstrusi dan spesimen dicetak menggunakan injection molding. Variabel yang
digunakan adalah perbandingan berat PP dengan POFA yaitu 90:10; 85:15; 80:20.
Pengujian yang dilakukan terhadap komposit adalah Fourier Transform Infrared
Spectroscope (FTIR), flammabilitas, Lost on Ignition (LOI), kekuatan tarik (tensile
strength), pemanjangan pada saat putus (elongation at break), kekuatan bentur
(impact strength), densitas, dan kadar abu. Dari hasil karakterisasi FTIR diketahui

tidak adanya reaksi yang terjadi antara matriks dan bahan pengisi. Pada uji
flammabilitas komposit rasio 80:20 memperoleh grade V-2. Hasil pengujian sifatsifat mekanik komposit menunjukkan bahwa pengisi belum mampu meningkatkan
kekuatan mekanik komposit PP-POFA dari polipropilena murni. Sifat mekanik
maksimum komposit diperoleh pada rasio PP:POFA 90:10; dimana untuk kekuatan
tarik diperoleh sebesar 17,945 MPa, sifat pemanjangan pada saat putus sebesar
53,553 % dan kekuatan bentur sebesar 112,1 J/m2.
Kata Kunci : komposit, POFA, polipropilena, flammabilitas

vii
Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT
This research aims to determine the best composition of filler palm oil fuel ash
(POFA) in polypropylene (PP) composite of properties and characteristics. Research
methodology includes, the preparation of raw materials, the extrude mixing process
and specimens made by injection molding. The variables used are ratio between PP
and POFA 90:10; 85:15; 80:20. Composite tested by Fourier Transform Infrared
Spectroscope (FTIR), flammability, Lost on Ignition (LOI), tensile strength,
elongation at break, impact strength, density, and ash content. From characterization
by FTIR known that there wasn’t any reaction between matrix and filler.

Flammibility test showed that ratio 80:20 had grade V-2. Mechanical properties
showed that filler content have not been able to increase mechanical properties of
composite PP-POFA than pure polypropylene. Mechanical properties maximum of
composite showed at ratio PP:POFA 90:10; which tensile strength is 17,945 MPa,
elongation at break is 53,553 % and impact strength is 112,1 J/m2.
Kata Kunci : composite, POFA, polypropylene, flammability

viii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

i

PENGESAHAN

ii

PRAKATA


iii

DEDIKASI

iv

RIWAYAT HIDUP PENULIS

vi

ABSTRAK

vii

ABSTRACT

viii

DAFTAR ISI

ix

DAFTAR GAMBAR

xii

DAFTAR TABEL

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

xv

DAFTAR SINGKATAN

xvii

DAFTAR SIMBOL

xviii

BAB I

BAB II

PENDAHULUAN

1

1.1 LATAR BELAKANG

1

1.2 PERUMUSAN MASALAH

3

1.3 TUJUAN PERCOBAAN

3

1.4 MANFAAT PERCOBAAN

3

1.5 RUANG LINGKUP PERCOBAAN

3

TINJAUAN PUSTAKA

5

2.1 ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT

5

2.2 POLIPROPILENA

7

2.3 KOMPOSIT

8

2.3.1 Komposit Polimer

9

2.3.2 Fase Matriks Bagi Komposit

9

2.3.3 Fase Tersebar (Pengisi)

10

2.3.4 Bahan Pendispersi

11

2.3.5 Dispersi Bahan Pengisi dalam Matriks Polimer

11

2.3.6 Perlakuan Alkali (NaOH)

11

2.4 FLAME RETARDANT

12

ix
Universitas Sumatera Utara

2.4.1 Mekanisme Inhibisi Flame Retardant

14

2.4.2 Jenis Flame Retardant

16

2.5 PENGUJIAN/KARAKTERISASI KOMPOSIT

BAB III

17

2.5.1 Flammabilitas

17

2.5.2 Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

18

2.5.3 Kekuatan Bentur (Impact Strength)

18

2.5.4 Fourier Transform Infrared Spectroscope (FTIR)

19

2.5.5 Lost on Ignition (LOI)

19

2.5.6 Kadar Abu

19

2.5.7 Densitas

20

2.6 APLIKASI DAN KEGUNAAN PRODUK KOMPOSIT

20

2.7 ANALISA BIAYA

20

METODOLOGI PENELITIAN

25

3.1 LOKASI PENELITIAN

25

3.2 BAHAN DAN PERALATAN

25

3.2.1 Bahan

25

3.2.2 Peralatan

25

3.3 PROSEDUR PERCOBAAN

26

3.3.1 Pembentukan Komposit Polimer PP dan POFA

26

3.3.2 Flowchart Percobaan

27

3.3.3 Pengujian Komposit

28

3.3.3.1 Flammabilitas

28

3.3.3.2 Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

29

3.3.3.3 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength)

30

3.3.3.4 Fourier Transform Infrared Spectroscope (FTIR) 30
3.3.3.5 Lost on Ignition (LOI)

30

3.3.3.6 Kadar Abu

31

3.3.3.7 Densitas

31

4.1 KARAKTERISTIK FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA
RED) ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT

32

4.2 KARAKTERISTIK FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA

x
Universitas Sumatera Utara

RED ) POLIPROPILENA DAN KOMPOSIT POLIPROPILENA

BERPENGISI ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA
SAWIT

33

4.3 PHYSICAL PROPERTIES KOMPOSIT POLIPROPILENA
BERPENGISI ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA
SAWIT

35

4.4 FLAMMABILITAS KOMPOSIT POLIPROPILENA
BERPENGISI ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA
SAWIT

36

4.5 PENGARUH KANDUNGAN BAHAN PENGISI TERHADAP
KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH ) KOMPOSIT
POLIPROPILENA

39

4.6 PENGARUH KANDUNGAN BAHAN PENGISI TERHADAP
SIFAT PEMANJANGAN (ELONGATION BREAK) PADA
SAAT PUTUS KOMPOSIT POLIPROPILENA

40

4.7 PENGARUH KANDUNGAN BAHAN PENGISI TERHADAP
KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH ) KOMPOSIT
POLIPROPILENA
BAB V

42

KESIMPULAN DAN SARAN

44

5.1 KESIMPULAN

44

5.2 SARAN

45

DAFTAR PUSTAKA

37

LAMPIRAN 1 DATA PERCOBAAN

49

LAMPIRAN 2 DOKUMENTASI PENELITIAN

51

LAMPIRAN 3 HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN INSTRUMEN

56

xi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1

Pohon industri pemanfaatan limbah padat kelapa sawit

5

Gambar 2.2

Rumus monomer polipropilena

7

Gambar 2.3

Reaksi partikel abu pembakaran biomassa kelapa sawit dengan
NaOH

12

Gambar 2.4

Segitiga api yang dipresentasikan ke fungsi temperatur dan waktu

12

Gambar 2.5

Pembentukan Nyala Api Pada Penyulutan dan Pembakaran Polimer 13

Gambar 2.6

Skema penyebaran nyala api selama proses pembakaran polimer

Gambar 2.7

Penggunaan komposit polipropilena dalam kabel berbasis flame

14

retardant

21

Gambar 2.8

Penggunaan Komposit Polipropilena di Industri Automotif

21

Gambar 3.1

Flowchart Pembentukan Komposit Polimer PP dan POFA

20

Gambar 3.2 Vertical burning test

23

Gambar 3.3

Spesimen uji Izod impact

24

Gambar 4.1

Karakteristik FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit

32

Gambar 4.2

Reaksi partikel abu pembakaran biomassa kelapa sawit
dengan NaOH

Gambar 4.3

33

Karakteristik FTIR Polipropilena dan Komposit Polipropilena
Berpengisi Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit

34

Gambar 4.4

Reaksi pozzolanik pada POFA

38

Gambar 4.5

Mekanisme flame retardancy pada pengaplikasian Mg(OH)2

39

Gambar 4.6

Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Tarik
Komposit

Gambar 4.7

39

Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Sifat Pemanjangan
(Elongation Break) Pada Saat Putus Komposi

Gambar 4.8

41

Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Bentur
(Impact Strength) Komposit

42

Gambar L2.1 Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit

51

Gambar L2.2 Komposit PP-POFA

51

Gambar L2.3 Mesin Injection Molding

52

Gambar L2.4 Mesin Injection Molding

52

xii
Universitas Sumatera Utara

Gambar L2.5 Spesimen Uji

53

Gambar L2.6 Mesin Uji Tarik

53

Gambar L2.7 Mesin Uji Bentur

54

Gambar L2.8 Densimeter

54

Gambar L2.9 Furnace

55

Gambar L2.10 Desikator

55

Gambar L3.1 Data Uji Tarik Polipropilena

56

Gambar L3.2 Data Uji Tarik Komposit PP-POFA 90/10

57

Gambar L3.3 Data Uji Tarik Komposit PP-POFA 85/15

58

Gambar L3.4 Data Uji Tarik Komposit PP-POFA 80/20

59

Gambar L3.5 Data Uji Bakar Polipropilena

60

Gambar L3.6 Data Uji Bakar Komposit PP-POFA 90/10

60

Gambar L3.7 Data Uji Bakar Komposit PP-POFA 85/15

61

Gambar L3.8 Data Uji Bakar Komposit PP-POFA 80/20

61

Gambar L3.9 Hasil FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit (POFA)

62

Gambar L3.10 Hasil FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit (POFA)
Murni

62

Gambar L3.11 Hasil FTIR Polipropilena

63

Gambar L3.12 Hasil FTIR Komposit PP-POFA

63

xiii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1

Jenis, potensi dan pemanfaatan limbah pabrik kelapa sawit

6

Tabel 2.2

Kandungan Senyawa kimia pada POFA

6

Tabel 2.3

Standart Flammabilitas Pembakaran Vertikal UL-94

18

Tabel 2.4

Rincian biaya pembuatan Komposit PP berpengisi POFA

23

Tabel 3.1

Flowchart Pembentukan Komposit Polimer PP dan POFA

27

Tabel 3.2

Vertical burning test

28

Tabel 3.3

Sketsa Spesimen Uji Tarik

29

Tabel 3.4

Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Izod

30

Tabel 3.5

Flowchart Pembentukan Komposit Polimer PP dan POFA

27

Tabel 4.1 Physical properties komposit polipropilena berpengisi abu
pembakaran biomassa kelapa sawit
Tabel 4.2

35

Flammabalitas komposit polipropilena berpengisi abu pembakaran
biomassa kelapa sawit

36

Tabel 4.3

Standart Flammabilitas Pembakaran Vertikal UL-94

37

Tabel 4.4

Komposisi Mg(OH)2 Vs Rating UL-94

37

Tabel L1.1 Data Hasil Lost on Ignition (LOI) POFA

49

Tabel L1.2 Data Hasil Kadar Abu Komposit Polipropilena

49

Tabel L1.3 Data Hasil Densitas Komposit Polipropilena

49

Tabel L1.4 Data Hasil Flammabalitas Komposit Polipropilena

49

Tabel L1.5 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit Polipropilena

50

Tabel L1.6 Data Hasil Pemanjangan pada Saat Putus Komposit Polipropilena

50

Tabel L1.7 Data Hasil Kekuatan Bentur Komposit Polipropilena

50

xiv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN 1 DATA PERCOBAAN

49

L1.1 Data Hasil Lost on Ignition (LOI) POFA

49

L1.2 Data Hasil Kadar Abu Komposit Polipropilena

49

L1.3 Data Hasil Densitas Komposit Polipropilena

49

L1.4 Data Hasil Flammabalitas Komposit Polipropilena

49

L1.5 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit Polipropilena

50

L1.6 Data Hasil Pemanjangan pada Saat Putus

50

Komposit Polipropilena
L1.7 Data Hasil Kekuatan Bentur Komposit

50

Polipropilena
LAMPIRAN 2 DOKUMENTASI PENELITIAN

51

L2.1 Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit

51

L2.2 Komposit PP-POFA

51

L2.3 Mesin Ekstruder

52

L2.4 Mesin Injection Molding

52

L2.5 Spesimen Uji

53

L2.6 Mesin Uji Tarik

53

L2.7 Mesin Uji Bentur

54

L2.8 Densimeter

54

L2.9 Furnace

55

L2.10 Desikator

55

LAMPIRAN 3 HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN

56

INSTRUMEN
L3.1 Data Uji Tarik Polipropilena

56

L3.2 Data Uji Tarik Komposit PP-POFA 90/10

57

L3.3 Data Uji Tarik Komposit PP-POFA 85/15

58

L3.4 Data Uji Tarik Komposit PP-POFA 80/20

59

L3.5 Data Uji Bakar Polipropilena

60

L3.6 Data Uji Bakar Komposit PP-POFA 90/10

60

L3.7 Data Uji Bakar Komposit PP-POFA 85/15

61

xv
Universitas Sumatera Utara

L3.8 Data Uji Bakar Komposit PP-POFA 80/20

61

L3.9 Hasil FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa

62

Sawit (POFA) Treatment
L3.10 Hasil FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa

62

Sawit (POFA) Murni
L3.11 Hasil FTIR Polipropilena

63

L3.12 Hasil FTIR Komposit PP-POFA

63

xvi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SINGKATAN
PP

Polipropilena

POFA

Palm Oil Fuel Ash

CPO

Crude Palm Oil

ASTM

American Standard Testing and Material

ISO

International Standard Organization

FTIR

Fourier Transfrom Infra-Red

LOI

Lost on Ignition

UL

Under Laboratories

xvii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR SIMBOL

Simbol
t

Keterangan

Dimensi

Kekuatan tarik

MPa

Beban maksimum

Kgf

Luas Penampang mula – mula

m2

ɛ

Pemanjangan spesimen

%

l

Panjang spesimen akhir

m

l0

Panjang spesimen awal

m

F

Waktu terbakar

s

G

Waktu nyala api

s

Fmaks
A0

xviii
Universitas Sumatera Utara