Fabrikasi dan Karakterisasi Material Nan
Seminar Nasional Material 2013 | Fisika – Institut Teknologi Bandung
Fabrikasi dan Karakterisasi Material Nanokomposit
Berbasis Sampah Domestik Menggunakan PVAc dan Silika
dari Abu Sekam Padi
Neni Surtiyeni, Fadli Tri Hartono, Masturi, Elfi Yuliza, Khairurrijal dan
Mikrajuddin Abdullah*
Kelompok Keahlian Fisika Material Elektronik
Departemen Fisika FMIPA ITB
* Email: din@fi.itb.ac.id
Abstrak. Pembuatan material nanokomposit berbasis sampah merupakan salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk
mengatasi permasalahan akan sampah. Material nanokomposit berbasis sampah domestik telah berhasil dibuat dengan
PVAc sebagai matrik dan abu sekam padi sebagai filler menggunakan metoda simple mixing dan hot pressing. Pada
penelitian ini dilakukan pemvariasian komposisi PVAc dan filler untuk mendapatkan kekuatan yang maksimal dari
material yang dibuat. Berdasarkan hasil uji tekan diperoleh peningkatan nilai uji tekan material dengan penambahan
material nano silika dari 22,61 MPa (tanpa nanosilika) menjadi 26,02 MPa.
Kata kunci: Sampah domestik, PVAc, nanosilika, uji tekan.
Sehingga perlu dilakukan pemilahan sampah apabila
bercampur antara sampah organik dan sampah
anorganik. Disamping itu, berdasarkan pada banyak
penelitian tentang sampah yang telah berkembang juga
lebih menfokuskan pada pengolahan sampah organik
saja, sebahagian kecil mengenai sampah anorganik dan
sangat jarang membahas mengenai pengolahan
sampah heterogen.
Pada penelitian ini dilakukan pengolahan sampah
tanpa pemilihan jenis sampah (bercampur sampah
organik dan sampah anorganik) menjadi material
komposit menggunakan metoda simple mixing dan hot
pressing. Untuk meningkatkan kekuatan dari material
komposit yang dibuat, ditambahkan silika dari abu
sekam padi sebagai reinforcement. Penggunaan abu
sekam padi sebagai sumber penguat juga dapat
meningkatkan daya guna dari sekam padi.
PENDAHULUAN
Permasalahan sampah adalah salah satu
permasalahan terbesar di Indonesia yang belum
teratasi termasuk kota Bandung. Estimasi produksi
sampah warga perkotaan per harinya 2-3 liter sampah
[1]. Sedangkan kota Bandung sendiri memproduksi
sampah sebesar 1500 ton perharinya, 80% berupa
sampah organik dan sisanya berupa sampah anorganik
[2]. Sumbangan sampah terbesar berasal dari sampah
rumah tangga.
Berbagai usaha telah ditempuh oleh pemerintah
dan berbagai LSM untuk mengatasi permasalahan
sampah seperti propaganda 3R ( reduce, reuse dan
recycle), dan membangun pabrik-pabrik pengolahan
sampah. Sampah organik dapat diolah menjadi pupuk
organik maupun penghasil energi panas, sampahsampah plastik dapat di daur ulang kembali menjadi
produk yang lebih bermanfaat. Selain itu, beberapa
penelitian mengenai sampah juga mulai memfokuskan
pada pengolahan sampah menjadi material komposit
yang dapat digunakan sebagai alternatif penganti
papan. Pada pembuatan material komposit biasanya
digunakan epoxy resin atau PVAc sebagai matrik dan
berbagai serat baik serat alami maupun serat sintetik
sebagai filler [1,3-7]. Meskipun keberadaan pabrik
pengolahan
sampah
telah
banyak
berdiri,
pengolahannya terbatas pada satu jenis sampah saja
(sampah organik saja atau sampah anorganik saja).
EKSPERIMEN
Pada eksperimen yang telah dilakukan digunakan
bahan seperti sampah yang langsung diambil dari
kontainer sampah yang berada di jalan Tamansari kota
Bandung, PVAc (Bratachem) sebagai matrik, silika
dari abu sekam padi sebagai filler dan air . Penelitian
ini dibagi kedalam tiga tahapan eksperimen. Tahapan
pertama dilakukan pengolahan sampah untuk
mendapatkan bubuk sampah.
109
Seminar Nasional Material 2013 | Fisika – Institut Teknologi Bandung
massa 40%). Kekuatan maksimal yang diperoleh
adalah beban tekan sebesar 1270 Kg dengan kuat
tekan 22,61 MPa. Pada prinsipnya bubuk sampah
digunakan untuk mengisi pori-pori dan mereduksi
rantai-rantai polimer PVAc yang sebelumnya mobile.
Hal ini mengakibatkan interaksi antar partikel
meningkat karena jarak dan susunan partikel menjadi
rapat. Interaksi ini secara mekanik meningkatkan
kekuatan mekanik dan kekakuan material yang
dihasilkan [5,8]. Komposisi dengan nilai optimum ini
kemudian digunakan pada eksperimen tahap ketiga
melalui penambahan material silika dan diperoleh nilai
uji tekan seperti pada Gambar 2.
Sampah domestik dari kontainer sampah diambil
dan dibawa ke laboratorium. Sampah tersebut diambil
tanpa dilakukan pemilahan jenis sampah (sampah
heterogen).
Sampah-sampah
ini
kemudian
dikeringkan, setelah telah kering, digiling hingga
menjadi bubuk menggunakan ball milling.
Eksperimen tahap kedua adalah pembuatan
material komposit menggunakan hot presser 2 ton
selama 30 menit dengan variasi fraksi massa PVAc
dan fraksi massa nanosilika. Bubuk sampah sebanyak
13 gram dicampur dengan 13 ml air serta variasi fraksi
massa PVAc menggunakan metoda simple mixing.
Material komposit yang diperoleh dari tahap ini
dikarakterisasi uji tekan untuk mendapatkan parameter
fisisnya (Gambar 1). Komposisi material komposit
sampah+PVAc dengan parameter fisis optimum
digunakan untuk eksperimen tahap ketiga. Eksperimen
tahap ketiga dilakukan penambahan material
nanosilika kedalam komposit dengan komposisi
sampah+PVAC optimum. Material nanosilika
bersumber dari abu sekam padi yang sudah di ball
milling selama 10 jam.
30
a)
P
25
M
(t
is
o 20
p
m
o
K 15
n
ak
e
T 10
n
at
a
u
k 5
e
K
0
2.3, 26.52
4.6, 19.06
1.2, 15.2
5.7, 13.12
0
0.4, 22.61
0.35, 10.74
0.24, 8.04
0.45, 4.38
0
0.2
0.3
0.4
3
4
5
6
Berdasarkan Gambar 2 terlihat variasi jumlah
nanosilika mempengaruhi nilai uji tekan material
komposit yang telah dibuat Penambahan material
silika kedalam material komposit campuran PVAcsampah meningkatkan kekuatan mekanik dari material
komposit. Fraksi massa silika yang dapat
menghasilkan kekuatan mekanik terbesar adalah
0.0023 atau sebesar 0.051gr. penambahan silika lebih
banyak menurunkan kekuatan mekanik komposit. Hal
ini disebabkan terjadinya perubahan kristalinitas
material yang membuat material menjadi ketas/ rapuh.
Penambahan silika kedalam komposisi PVAcsampah adalah untuk menyisipkan silika yang
berukuran nano kedalam pori-pori dari PVAc. Hal ini
bertujuan untuk memperluas permukaan interaksi
sehingga partikel yang berinteraksi bertambah
jumlahnya [8-9]. Akibatnya interaksi permukaan total
meningkat yang berimbas pada peningkatkan kekuatan
mekaniknya [5]. Namun ketika rongga dan pori-pori
PVAc telah penuh, penambahan filler menyebabkan
bertambahnya daerah yang tidak berinteraksi. Kondisi
ini justru menurunkan kekuatan mekanik dari
komposit yang telah difabrikasi [8-10].
Secara keumum kehomogenan campuran yang
dibuat dengan metoda simple mixing juga
0.3, 18.91
0.1
2
Gambar 2. Grafik hubungan kekuatan tekan terhadap fraksi
massa Silika
Material komposit yang telah difabrikasi, diuji
mekanik menggunakan alat karakterisasi Torsee Tokyo
Testing Machine MFG Ltd. untuk mengetahui
kemampuan material dalam menahan beban. Hasil uji
mekanik untuk variasi eksperimen yang telah
dilakukan, ditunjukkan pada gambar 1 dan gambar 2
berikut:
0
1
Fraksi Masa Silika (10 ‐3 )
HASIL DAN DISKUSI
25
)a
P
20
(M
t i
s
o
p
m 15
o
K
n
ak
10
e
T
an
ta
5
u
k
e
K
3.5, 25.53
0.5
Fraksi Massa PVAc
Gambar 1. Grafik hubungan kekuatan tekan terhadap fraksi
massa PVAc
Berdasarkan hasil uji tekan yang telah diperoleh
seperti pada Gambar 1 terlihat bahwa komposisi PVAc
yang menghasilkan kekuatan mekanik terbesar dalah
sampel 4 dimana jumlah PVAc sebesar 8,67 gr (fraksi
110
Seminar Nasional Material 2013 | Fisika – Institut Teknologi Bandung
3
Seiji, K., and Junya, S., Carbon/Silica composite
fabricated from rice husk by means of binderless hotpressing, Bioresource technology 100. Pp. 3308-3315.
(2009)
4. Hadiyawarman: Fabrikasi Material Nano-Komposit
Ringan dan Kuat Berbasis Sampah Daun dan Resin
Menggunakan Metode Simple Mixing, Tugas Akhir
Program Sarjana, Institut Teknologi Bandung. (2008)
5. Sperling, L.H., Introduction to Physical Polymer
Science, Fourth edition. New Jersey, John Wily &Sons.
(2006)
6. Velmurugan, R. & Manikandan, V.,
Mechanical
Properties of Glass/ Palmyra Fiber Waste Sandwich
Composites, Indian Journal of Engineering & Materials
Sciences. Vol.12, pp. 563-570, (2005)
7. Ashori, Alireza, Hybrid composites from Waste
Materials. J. polym Environ 18, (2010).
8. Abdullah, Mikrajuddin, (2008): Pengantar Nanosains,
Penerbit ITB.
9. Fu, S.Y., Feng, X.Q., Lauke, B., & Mai, Y.W. Effect of
Particles size, Particle/ Matrix Interface Adhesion and
Particle Loading on Mechanical Properties of Particulate
Polymer Composite, Composite: Part B, 39, 933-961,
(2008).
10. Koksal, F., Altun, F., Yigit, I., & Sahin, Y. , Combined
Effect of Silica Fume and Steel Fiber on the Mechanical
Properties of High Strength Concretes, Construction and
Building materials, (2008).
mempengaruhi kekuatan mekanik material yang
dihasilkan. Ketidakhomogenan campuran yang dibuat
dapat menghasilkan retakan yang menyebabkan
turunnya kekuatan material.
SIMPULAN
Berdasarkan hasil uji tekan material komposit
sampah domestik-PVAc diperoleh kekuatan optimum
ketika massa PVAc 8,67 gram dengan nilai uji tekan
sebesar 22,61 MPa. Penambahan nanosilika pada
campuran PVAc-sampah domestik meningkatkan
kekuatan mekanik komposit yang dihasilkan.
Penambahan nanosilika sebesar 0,050 gram
mengasilkan nilai uji tekan maksimum 26,02 MPa
dibandingkan
tanpa
penambahan
nanosilika.
Komposisi yang tidak sesuai dari fabrikasi komposit
berbasis sampah domestik menyebabkan material
mudah retak dan nilai jui tekan yang kecil.
REFERENSI
1. Masturi, M.
Abdullah and
Khairurrijal, high
compressive strength of home waste and polyvinyl
acetate composites containing silica nanoparticle filler: J
Mater Cycles Waste Manag (2011)
2. Pikiran Rakyat (2012): Sampah Plastik Kota Bandung
capai 150 ton/hari. Tersedia pada: http://www.pikiranrakyat.com/node/183043. Diakses pada 12 September
2012.
111
Fabrikasi dan Karakterisasi Material Nanokomposit
Berbasis Sampah Domestik Menggunakan PVAc dan Silika
dari Abu Sekam Padi
Neni Surtiyeni, Fadli Tri Hartono, Masturi, Elfi Yuliza, Khairurrijal dan
Mikrajuddin Abdullah*
Kelompok Keahlian Fisika Material Elektronik
Departemen Fisika FMIPA ITB
* Email: din@fi.itb.ac.id
Abstrak. Pembuatan material nanokomposit berbasis sampah merupakan salah satu usaha yang dapat dilakukan untuk
mengatasi permasalahan akan sampah. Material nanokomposit berbasis sampah domestik telah berhasil dibuat dengan
PVAc sebagai matrik dan abu sekam padi sebagai filler menggunakan metoda simple mixing dan hot pressing. Pada
penelitian ini dilakukan pemvariasian komposisi PVAc dan filler untuk mendapatkan kekuatan yang maksimal dari
material yang dibuat. Berdasarkan hasil uji tekan diperoleh peningkatan nilai uji tekan material dengan penambahan
material nano silika dari 22,61 MPa (tanpa nanosilika) menjadi 26,02 MPa.
Kata kunci: Sampah domestik, PVAc, nanosilika, uji tekan.
Sehingga perlu dilakukan pemilahan sampah apabila
bercampur antara sampah organik dan sampah
anorganik. Disamping itu, berdasarkan pada banyak
penelitian tentang sampah yang telah berkembang juga
lebih menfokuskan pada pengolahan sampah organik
saja, sebahagian kecil mengenai sampah anorganik dan
sangat jarang membahas mengenai pengolahan
sampah heterogen.
Pada penelitian ini dilakukan pengolahan sampah
tanpa pemilihan jenis sampah (bercampur sampah
organik dan sampah anorganik) menjadi material
komposit menggunakan metoda simple mixing dan hot
pressing. Untuk meningkatkan kekuatan dari material
komposit yang dibuat, ditambahkan silika dari abu
sekam padi sebagai reinforcement. Penggunaan abu
sekam padi sebagai sumber penguat juga dapat
meningkatkan daya guna dari sekam padi.
PENDAHULUAN
Permasalahan sampah adalah salah satu
permasalahan terbesar di Indonesia yang belum
teratasi termasuk kota Bandung. Estimasi produksi
sampah warga perkotaan per harinya 2-3 liter sampah
[1]. Sedangkan kota Bandung sendiri memproduksi
sampah sebesar 1500 ton perharinya, 80% berupa
sampah organik dan sisanya berupa sampah anorganik
[2]. Sumbangan sampah terbesar berasal dari sampah
rumah tangga.
Berbagai usaha telah ditempuh oleh pemerintah
dan berbagai LSM untuk mengatasi permasalahan
sampah seperti propaganda 3R ( reduce, reuse dan
recycle), dan membangun pabrik-pabrik pengolahan
sampah. Sampah organik dapat diolah menjadi pupuk
organik maupun penghasil energi panas, sampahsampah plastik dapat di daur ulang kembali menjadi
produk yang lebih bermanfaat. Selain itu, beberapa
penelitian mengenai sampah juga mulai memfokuskan
pada pengolahan sampah menjadi material komposit
yang dapat digunakan sebagai alternatif penganti
papan. Pada pembuatan material komposit biasanya
digunakan epoxy resin atau PVAc sebagai matrik dan
berbagai serat baik serat alami maupun serat sintetik
sebagai filler [1,3-7]. Meskipun keberadaan pabrik
pengolahan
sampah
telah
banyak
berdiri,
pengolahannya terbatas pada satu jenis sampah saja
(sampah organik saja atau sampah anorganik saja).
EKSPERIMEN
Pada eksperimen yang telah dilakukan digunakan
bahan seperti sampah yang langsung diambil dari
kontainer sampah yang berada di jalan Tamansari kota
Bandung, PVAc (Bratachem) sebagai matrik, silika
dari abu sekam padi sebagai filler dan air . Penelitian
ini dibagi kedalam tiga tahapan eksperimen. Tahapan
pertama dilakukan pengolahan sampah untuk
mendapatkan bubuk sampah.
109
Seminar Nasional Material 2013 | Fisika – Institut Teknologi Bandung
massa 40%). Kekuatan maksimal yang diperoleh
adalah beban tekan sebesar 1270 Kg dengan kuat
tekan 22,61 MPa. Pada prinsipnya bubuk sampah
digunakan untuk mengisi pori-pori dan mereduksi
rantai-rantai polimer PVAc yang sebelumnya mobile.
Hal ini mengakibatkan interaksi antar partikel
meningkat karena jarak dan susunan partikel menjadi
rapat. Interaksi ini secara mekanik meningkatkan
kekuatan mekanik dan kekakuan material yang
dihasilkan [5,8]. Komposisi dengan nilai optimum ini
kemudian digunakan pada eksperimen tahap ketiga
melalui penambahan material silika dan diperoleh nilai
uji tekan seperti pada Gambar 2.
Sampah domestik dari kontainer sampah diambil
dan dibawa ke laboratorium. Sampah tersebut diambil
tanpa dilakukan pemilahan jenis sampah (sampah
heterogen).
Sampah-sampah
ini
kemudian
dikeringkan, setelah telah kering, digiling hingga
menjadi bubuk menggunakan ball milling.
Eksperimen tahap kedua adalah pembuatan
material komposit menggunakan hot presser 2 ton
selama 30 menit dengan variasi fraksi massa PVAc
dan fraksi massa nanosilika. Bubuk sampah sebanyak
13 gram dicampur dengan 13 ml air serta variasi fraksi
massa PVAc menggunakan metoda simple mixing.
Material komposit yang diperoleh dari tahap ini
dikarakterisasi uji tekan untuk mendapatkan parameter
fisisnya (Gambar 1). Komposisi material komposit
sampah+PVAc dengan parameter fisis optimum
digunakan untuk eksperimen tahap ketiga. Eksperimen
tahap ketiga dilakukan penambahan material
nanosilika kedalam komposit dengan komposisi
sampah+PVAC optimum. Material nanosilika
bersumber dari abu sekam padi yang sudah di ball
milling selama 10 jam.
30
a)
P
25
M
(t
is
o 20
p
m
o
K 15
n
ak
e
T 10
n
at
a
u
k 5
e
K
0
2.3, 26.52
4.6, 19.06
1.2, 15.2
5.7, 13.12
0
0.4, 22.61
0.35, 10.74
0.24, 8.04
0.45, 4.38
0
0.2
0.3
0.4
3
4
5
6
Berdasarkan Gambar 2 terlihat variasi jumlah
nanosilika mempengaruhi nilai uji tekan material
komposit yang telah dibuat Penambahan material
silika kedalam material komposit campuran PVAcsampah meningkatkan kekuatan mekanik dari material
komposit. Fraksi massa silika yang dapat
menghasilkan kekuatan mekanik terbesar adalah
0.0023 atau sebesar 0.051gr. penambahan silika lebih
banyak menurunkan kekuatan mekanik komposit. Hal
ini disebabkan terjadinya perubahan kristalinitas
material yang membuat material menjadi ketas/ rapuh.
Penambahan silika kedalam komposisi PVAcsampah adalah untuk menyisipkan silika yang
berukuran nano kedalam pori-pori dari PVAc. Hal ini
bertujuan untuk memperluas permukaan interaksi
sehingga partikel yang berinteraksi bertambah
jumlahnya [8-9]. Akibatnya interaksi permukaan total
meningkat yang berimbas pada peningkatkan kekuatan
mekaniknya [5]. Namun ketika rongga dan pori-pori
PVAc telah penuh, penambahan filler menyebabkan
bertambahnya daerah yang tidak berinteraksi. Kondisi
ini justru menurunkan kekuatan mekanik dari
komposit yang telah difabrikasi [8-10].
Secara keumum kehomogenan campuran yang
dibuat dengan metoda simple mixing juga
0.3, 18.91
0.1
2
Gambar 2. Grafik hubungan kekuatan tekan terhadap fraksi
massa Silika
Material komposit yang telah difabrikasi, diuji
mekanik menggunakan alat karakterisasi Torsee Tokyo
Testing Machine MFG Ltd. untuk mengetahui
kemampuan material dalam menahan beban. Hasil uji
mekanik untuk variasi eksperimen yang telah
dilakukan, ditunjukkan pada gambar 1 dan gambar 2
berikut:
0
1
Fraksi Masa Silika (10 ‐3 )
HASIL DAN DISKUSI
25
)a
P
20
(M
t i
s
o
p
m 15
o
K
n
ak
10
e
T
an
ta
5
u
k
e
K
3.5, 25.53
0.5
Fraksi Massa PVAc
Gambar 1. Grafik hubungan kekuatan tekan terhadap fraksi
massa PVAc
Berdasarkan hasil uji tekan yang telah diperoleh
seperti pada Gambar 1 terlihat bahwa komposisi PVAc
yang menghasilkan kekuatan mekanik terbesar dalah
sampel 4 dimana jumlah PVAc sebesar 8,67 gr (fraksi
110
Seminar Nasional Material 2013 | Fisika – Institut Teknologi Bandung
3
Seiji, K., and Junya, S., Carbon/Silica composite
fabricated from rice husk by means of binderless hotpressing, Bioresource technology 100. Pp. 3308-3315.
(2009)
4. Hadiyawarman: Fabrikasi Material Nano-Komposit
Ringan dan Kuat Berbasis Sampah Daun dan Resin
Menggunakan Metode Simple Mixing, Tugas Akhir
Program Sarjana, Institut Teknologi Bandung. (2008)
5. Sperling, L.H., Introduction to Physical Polymer
Science, Fourth edition. New Jersey, John Wily &Sons.
(2006)
6. Velmurugan, R. & Manikandan, V.,
Mechanical
Properties of Glass/ Palmyra Fiber Waste Sandwich
Composites, Indian Journal of Engineering & Materials
Sciences. Vol.12, pp. 563-570, (2005)
7. Ashori, Alireza, Hybrid composites from Waste
Materials. J. polym Environ 18, (2010).
8. Abdullah, Mikrajuddin, (2008): Pengantar Nanosains,
Penerbit ITB.
9. Fu, S.Y., Feng, X.Q., Lauke, B., & Mai, Y.W. Effect of
Particles size, Particle/ Matrix Interface Adhesion and
Particle Loading on Mechanical Properties of Particulate
Polymer Composite, Composite: Part B, 39, 933-961,
(2008).
10. Koksal, F., Altun, F., Yigit, I., & Sahin, Y. , Combined
Effect of Silica Fume and Steel Fiber on the Mechanical
Properties of High Strength Concretes, Construction and
Building materials, (2008).
mempengaruhi kekuatan mekanik material yang
dihasilkan. Ketidakhomogenan campuran yang dibuat
dapat menghasilkan retakan yang menyebabkan
turunnya kekuatan material.
SIMPULAN
Berdasarkan hasil uji tekan material komposit
sampah domestik-PVAc diperoleh kekuatan optimum
ketika massa PVAc 8,67 gram dengan nilai uji tekan
sebesar 22,61 MPa. Penambahan nanosilika pada
campuran PVAc-sampah domestik meningkatkan
kekuatan mekanik komposit yang dihasilkan.
Penambahan nanosilika sebesar 0,050 gram
mengasilkan nilai uji tekan maksimum 26,02 MPa
dibandingkan
tanpa
penambahan
nanosilika.
Komposisi yang tidak sesuai dari fabrikasi komposit
berbasis sampah domestik menyebabkan material
mudah retak dan nilai jui tekan yang kecil.
REFERENSI
1. Masturi, M.
Abdullah and
Khairurrijal, high
compressive strength of home waste and polyvinyl
acetate composites containing silica nanoparticle filler: J
Mater Cycles Waste Manag (2011)
2. Pikiran Rakyat (2012): Sampah Plastik Kota Bandung
capai 150 ton/hari. Tersedia pada: http://www.pikiranrakyat.com/node/183043. Diakses pada 12 September
2012.
111