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
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