PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE) DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM
PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN
DENSITAS RENDAH (LDPE) DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM
TESIS Oleh: FITRI RAMADHANI 117026021/FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH
(LDPE) DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Magister Sains dalam program studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara Oleh FITRI RAMADHANI 117026021/FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis : PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK
KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE)DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM Nama Mahasiswa : Fitri Ramadhani Nomor Induk Mahasiswa : 117026021 Program Studi : Magister Ilmu Fisika Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Menyetujui Komisi Pembimbing Prof. Dr.Eddy Marlianto ,MSc. Dr.Anwar Darma Sembiring ,M.S. Ketua Anggota Ketua Program Studi, Dekan, Dr. Nashruddin MN,M.Eng.Sc. D r . S u t a r m a n, M . S c. NIP : 1955 07 07 1981 021 002 NIP : 196310261991 031001
PERNYATAAN ORSINALITAS
PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI
DARI CAMPURAN POLIETILENDENSITAS RENDAH (LDPE)
DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM
TESIS
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerjasaya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, Juli 2013 Fitri Ramadhani NIM. 117026021
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : Fitri Ramadhani NIM : 11 70 26 021 Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive
RoyaltyFree Right ) atas Tesis saya yang berjudul :
PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI
DARI CAMPURAN POLIETILENDENSITAS RENDAH (LDPE)
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas Royalti Non- Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat,mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpameminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dansebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, Juli 2013 Fitri Ramadhani
Telah diuji pada Tanggal : 25 Juli 2013 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr.Eddy Marlianto ,MSc. Anggota : 1. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S
2. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
3. Prof.Drs.Mohammad Syukur, MS
4. Dr. Diana A. Barus, MS
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
A. DATA PRIBADI
Nama : Fitri ramadhani Tempat tanggal lahir : Kampung Durian, 1 Mei 1988 Jenis kelamin : Perempuan Agama : Islam Alamat : Jl. Rantau, desa Durian, kec rantau, Aceh Tamiang Telepon / HP : 0812 6339 6711 Email : v_imud37@yahoo.co.id
` Nama Orang tua : Suyono alm (ayah) / Amsir Latifah (Ibu)
B. Riwayat Pendidikan
1994-2000 : MIN Kp. Durian 2000-2003 : SMP Negeri 1 Kuala Simpang 2003-2006 : SMA Negeri 1 Kejuruan Muda 2006-2010 : S1 FKIP Fisika Universitas Syiah Kuala 2011-2013 : Pascasarjana Fisika USU Medan
KATA PENGANTAR
Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmad dan karunia-Nya sehingga tesis yang berjudul “Pembuatan dan Karakteristik komposit yang terdiri dari campuran Polietilen densitas rendah (LDPE ) dengan pengisi bentonit alam
” ini dapat diselesaikan. Dengan diselesaikannya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu,
DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program Magister Studi Ilmu Fisika di Universitas Sumatera Utara.
Dekan Fakultas Matematika Ilmu pengetahuan Alam, Dr. Sutarman, M.Sc, yang telah memberikan kesempatan kepada penulis menjadi mahasiswa program Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika, Dr. Nasruddin MN, M.Eng, Sc, dan Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr. Anwar Dharma sembiring, M.S beserta staf edukatif dan administratif pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya penulis ucapkan kepada :
1. Bapak Prof. Dr.Eddy Marlianto, MSc. selaku Pembimbing Utama, Bapak
Dr.Anwar Dharma Sembiring ,MS. selaku Anggota Komisi Pembimbing, yang telah memberikan perhatian, dorongan, bimbingan dan arahan dengan penuh kesabaran dan juga Bapak Dr. Nurdin Bukit, M.Si selaku pembimbing lapangan yang telah memberikan waktu dan dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya Tesis ini.
2. Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng, Sc, Bapak Prof.Drs.Mohammad Syukur, MS, dan Ibu Dr. Diana A. Barus, MS, selaku penguji yang telah banyak memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan tesis ini.
3. Ayahanda Amsir, Ibunda Latifah dan Bapak, Ibu mertua, Nenek yang telah memebe rikan do’a-restu, motivasi serta dorongan moril maupun material sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan, semoga penulis dapat membuatnya bangga, amin.
4. Suami tercinta Fitra Rahmat dan adik-adik tersayang Humaira Asra, M.Arif Alfarizi dan Anisa Putri, serta sepupu yang membantu dalam penelitian Nurul Haryati, Elvira agustina, Munzir halim dan Haris Setiawan yang telah memberikan dorongan moril yang sangat besar sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan.
5. Sahabat-sahabat terbaik Evi, Endang, Winsyah, Ficky, Witri, Zoelkarnaen,
Edianto, Satria yang selalu memberikan dukungan dan semangat kepada penulis selama dalam pendidikan dan waktu penulisan tesis ini. Rekan- rekan seangkatan 2011 atas kekompakan dan kerjasamanya yang baik selama perkuliahan maupun selama penelitian (satu untuk semua).
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan tesis ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan untuk masa yang akan datang.
Hormat Penulis, Fitri Ramadhani
PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI
DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE)DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan morfologi bentonit sebelum dan sesudah dikompositkan, menentukan sifat mekanik dan termal komposit LDPE dengan bahan pengisi bentonit alam setelah dilakukan pemurnian secara kimia. Metode penelitian dilakukan yaitu proses modifikasi bentonit alam dengan proses pengerusan menjadi ukuran 200 mest (µm) dimurnikan dengan HCl yang digunakan sebagai bahan pengisi. Adapun matrik yang digunakan adalah LDPE dan kompatibilizernya PE-g-MA dengan variasi bentonit alam (0,3,5,7, dan 10)% berat, kemudian dimasukkan kedalam internal mixer dengan suhu 140˚C selama 15 menit dengan kecepatan rotor 50 rpm karakteristik yang dilakukan untuk komposit yang dihasilkan untuk uji mekanik dengan universal tes mekanik (UTM) dan analisis termal TGA-DTA dengan alat stratam TAG 24. Dari hasil penelitian diperoleh dan pada uji mekanik sifat kekuatan tarik dan perpanjangan putus menurun dengan bertambahnya kandungan bentonit, akan tetapi modulus youngnya meningkat dengan bertambahnya bentonit alam. Dari hasil analisis termal diperoleh peningkatan suhu titik leleh dengan penambahan bentonit alam. Dari morfologi dihasilkan penyebaran bentonit tidak merata yang mengakibatkan uji tarik menurun.
Kata kunci : bentonit alam, LDPE, sifat mekanik, morfoloi, termal.
PREPARATION AND CHARACTERISTICS OF COMPOSITE
CONTAINING MIXED LOW DENSITY POLYETHYLENE (LDPE) WITH NATURE BENTONITE CHARGER ABSTRACTThis study aims to determine the morphology of composite bentonite before and after, to determine thermal and mechanical properties of LDPE composites with natural bentonite filler after chemical purification. The research method is that the process of natural bentonite modified with a size of 200 pengerusan process mest (lm) was purified by HCl is used as a filler material. The matrix used is kompatibilizernya LDPE and PE-g-MA with a variety of natural bentonite (0,3,5,7, and 10)% weight, and then inserted into the internal mixer with a temperature of 140
˚ C for 15 min with a rotor speed of 50 rpm characteristics performed for resulting composites for mechanical tests with universal mechanical testing (UTM) and TGA-DTA thermal analysis with tools stratam TAG 24. The results were obtained and the mechanical properties of tensile strength test and elongation at break decreased with increasing bentonite content, but the Young modulus increased with increasing bentonite nature. Thermal analysis of the results obtained by an increase in temperature of the melting point with the addition of natural bentonite. Morphology resulting from the uneven spread of bentonite causing decreased tensile test.
Keywords: natural bentonite, LDPE, mechanical properties, morphology, thermal.
DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK i ABSTRACT ii DAFTAR ISI iii DAFTAR TABEL vi DAFTAR GAMBAR vii DAFTAR LAMPIRAN ix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
1
1.2 Rumusan Masalah
3
1.3 Batasan Masalah
3
1.4 Tujuan Penelitian
4
1.5 Manfaat Penelitian
4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Komposit Polimer
5
2.1.1 Bahan Komposit
7
2.2 Polimer
8
2.2.1 Sifat-Sifat Bahan Polimer
9
2.2.2 Polietilen (PE)
10
2.2.3 Polietilen/Low Density Polyethylene (LDPE)
12
2.2.4 Karakteristik LDPE
14
2.3 Sifat Mekanik
14
2.4 Bentonit
16
2.4.1 Komposisi Bentonit Alam Pahae
18
2.4.2 Sifat Fisik dan Kimia Bentonit
20
2.5 Pengujian dan Karakterisasi
22
2.5.1 Uji Mekanik
22
2.5.2 Analisis SEM (Scanning Elektron Microscopy) 23
2.5.3 Analisis Sifat Termal
24
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian
26
3.2 Alat Dan Bahan
26
3.2.1 Alat Penelitian
26
3.2.2 Bahan Penelitian
26
3.3 Prosedur penelitian
26
3.3.1 Proses Pengolahan Bentonoit alam
26
3.3.2 Aktivasi Bentonit Alam Secara Kimia
27
3.3.3 Pembuatan komposit dalam Internal Mixer
27
3.4 Karakterisasi Sampel
29
3.4.1 Analisis Penggunaan SEM
29
3.4.2 Kekuatan Tarik, perpanjangan Putus, dan Modulus Young
30
3.4.3 Sifat Termal
31
3.5
32 Diagram Alir
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil dan Analisis Uji Mekanik Komposit LDPE dan bentonit Alam
33
4.1.1 Hasil dan Analisis Uji Tarik
33
4.1.2 Hasil dan Analisis pengujian Perpanjangan Putus
35
4.1.3 Hasil dan Analisis Modulus young
36
4.2 Hasil dan Analisis Termal
38
4.2.1 Hasil dan Analisis DTA
38
4.2.2 Hasil dan Analisis TGA
39
4.3 Hasil dan Analisis Morfologi
41
4.3.1 Hasil dan Analisis Morfologi Bentonit Murni
41
4.3.2 Hasil dan Analisis Morfologi Bentonit Pemurnian Kimia 42
4.3.3 Hasil dan Analisis Morfologi LDPE
43
4.3.4 Hasil dan Analisis Morfologi LDPE dengan Bentonit
43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
45
5.2 Saran
46 DAFTAR PUSTAKA
47
DAFTAR TABEL
Hal22 Tabel 3.1 Komposisi campuran dalam persen
38 Tabel 4.5 Hasil pengujian DTA komposit LDPE-Bentonit
36 Tabel 4.4 Hasil pengujian DTA komposit LDPE-Bentonit
35 Tabel 4.3 Nilai modulus young komposit LDPE-Bentonit
33 Tabel 4.2 Nilai perpanjangan putus komposit LDPE-Bentonit
29 Tabel 4.1. Nilai kuat tarik komposit LDPE-Bentonit
28 Tabel 3.3. Urutan Pencampuran Komposit dalam Internal Mixer
28 Tabel 3.2 Komposisi campuran Gram
21 Tabel 2.9 Komposisi kimia
Tabel 2.1 Pertimbangan pemilihan komposit18 Tabel 2.8 Karakterisasi bentonit
18 Tabel 2.7 Komposisi bentonit alam pahae
14 Tabel 2.6 Perbedaan Sifat Na-Bentonit dan Ca-Bentonit
14 Tabel 2.5 Sifat Fisika dan Mekanika LDPE
13 Tabel 2.4 Karakteristik LDPE dan sifat fisika, kimia LDPE
12 Tabel 2.3 Kekuatan Tarik, Tekan dan lentur bahan Polimer
6 Tabel 2.2 Karakteristik Polietilen
40
DAFTAR GAMBAR
Hal24 Gambar 3.1. Memperlihatkan gambar SEM model Zeiss dan model joe
40 Gambar 4.6 Foto SEM Bentonit murni dengan pembesaran 500 kali
39 Gambar 4.5 Nilai TGA komposit LDPE-Bentonit
37 Gambar 4.4 Nilai DTA komposit LDPE-Bentonit
35 Gambar 4.3 Modulus Young Terhadap Komposisi Bentonit
34 Gambar 4.2 Grafik hubungan perpanjangan putus terhadap komposisi Bentonit
32 Gambar 4.1 Hasil pengujian kekuatan tarik komposit LDPE-Bentonit
30 Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian
31 Gambar 3.2 Universal Testing Machanic model Laryee Universal Testing Mechine Wdw-10.
23 Gambar 2.9 Dalam SEM berkas elektron berenergi tinggi mengenai permukaan material.
Gambar 2.1 Komposit Serat, Komposit Partikel, Dan Komposit20 Gambar 2.8 Spesimen uji tarik dan perilaku polimer termoplastiksaat mengalami pembebanan di mesin uji tarik.
17 Gambar 2.7. Struktur montmorillonit
13 Gambar 2.6. Bentonit Alam Pahae
11 Gambar 2.5 (a) Simbol LDPE, (b). Produk LDPE Dalam Kebutuhan Rumah Tangga
11 Gambar 2.4 (a) Monomer Polietilena Dengan Tampilan Lebih Sederhana, (b). Rumus Monomer Dari Polietilena, n Menunjukkan Bahwa Polimer Dari Etena.
10 Gambar 2.3 Model 3D Dari Rantai Polietilena.
8 Gambar 2.2 Kantong Plastik Yang Dibuat Dari Polietilena.
Laminat
41
Gambar 4.7 Morfologi bentonit hasil pemurnian secara kimia pembesaran 1000 kali42 Gambar 4.8 Morfologi LDPE murmi pembesaran 500 kali
42 Gambar 4.9 Morfologi komposit LDPE+Bentonit pembesaran 500 kali
43 Gambar 4.10 Morfologi komposit LDPE+Bentonit pembesaran 1600 kali
44