Pengaruh Penambahan Bentonit Termodifikasi Sebagai Pengisi Terhadap Sifat Mekanik dan Penyerapan Air Pada Komposit Poliester Tak Jenuh

LAMPIRAN A

DATA PENELITIAN

A.1 DATA HASIL KEKUATAN TARIK (MPa)

Tabel A.1 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,05M

Komposisi Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Rata-Rata

Murni 30,435 31,676 30,703 30,938

5% 20,078 20,409 20,797 20,428

10% 15,664 14,872 16,201 15,579

15% 14,480 13,720 13,563 13,921

20% 12,114 12,847 13,334 12,765

Tabel A.2 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,1M Komposisi Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Rata-Rata

Murni 30,435 31,676 30,703 30,938

5% 30,426 31,591 30,305 30,774

10% 22,734 23,732 23,098 23,188

15% 21,285 20,447 20,965 20,899

20% 18,940 18,732 18,602 18,758

Tabel A.3 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,15M

Komposisi Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Rata-Rata

Murni 30,435 31,676 30,703 30,938

5% 21,441 20,313 21,765 21,173

10% 18,956 18,842 18,626 18,808

15% 16,619 15,828 16,954 16,647

A.2 DATA HASIL KEKUATAN IMPAK (J/mm2)

Tabel A.4 Data Hasil Kekuatan Impak Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,05M

Komposisi Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Rata-Rata

Murni 6236,6 6185,4 6349,3 6266,1

5% 8820,8 8841,5 8704,7 8789

10% 8271,6 8145,4 8028,8 8148,6

15% 7612,3 7720,7 7443,9 7592,3

20% 7150,7 7180,2 6997,3 7109,4

Tabel A.5 Data Hasil Kekuatan Impak Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,1M

Komposisi Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Rata-Rata

Murni 6236,6 6185,4 6349,3 6266,1

5% 9563,3 9200,6 9498,8 9420,9

10% 8802,4 8704,2 8690,3 8732,3

15% 8386,6 8315,8 8467,9 8390,1

20% 7909,1 8046,1 7998,3 7984,5

Tabel A.6 Data Hasil Kekuatan Impak Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,15M

Komposisi Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Rata-Rata

Murni 6236,6 6185,4 6349,3 6266,1

5% 8952,3 8966,8 8830,1 8916,4

10% 8105,5 8236,9 8417,2 8253,2

15% 7405,8 7985,9 7843,9 7745,2

A.3 DATA HASIL PENYERAPAN AIR

Tabel A.7 Data Hasil Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,05M (Data Nilai Rata-Rata)

Waktu (jam) Murni 5% 10% 15% 20%

0 0 0 0 0 0

24 0,84507 0,65502 0,72992 0,70922 1,14678

48 1,40056 1,09170 1,21654 1,41844 1,60550

72 1,67597 1,09170 1,45985 1,89125 2,06422

96 1,67597 1,09170 1,45985 1,89125 2,06422

120 1,67597 1,09170 1,45985 1,89125 2,06422

Tabel A.8 Data Hasil Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,1M (Data Nilai Rata-Rata)

Waktu (jam) Murni 5% 10% 15% 20%

0 0 0 0 0 0

24 0,84507 0,49627 0,30120 0,54495 1,14613

48 1,40056 0,74441 0,60241 1,08991 2,29226

72 1,67597 0,74441 1,20481 1,90735 2,29226

96 1,67597 0,99255 1,20481 1,90735 2,29226

120 1,67597 0,99255 1,20481 1,90735 2,29226

Tabel A.9 Data Hasil Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,15M (Data Nilai Rata-Rata)

Waktu (jam) Murni 5% 10% 15% 20%

0 0 0 0 0 0

24 0,84507 0,26109 0,84745 0,54200 0,89285

48 1,40056 0,78329 1,41242 1,35501 1,78571

72 1,67597 1,04438 1,41242 1,62601 2,38095

96 1,67597 1,04438 1,41242 1,89701 2,38095

LAMPIRAN B

CONTOH PERHITUNGAN

B.1 PERHITUNGAN PENYERAPAN AIR KOMPOSIT Perhitungan Penyerapan Air Komposit

Poliester Tidak Jenuh Massa Awal : 3,52

Massa setelah 24 jam : 3,55 Maka persen penyerapan air =

52 , 3

52 , 3 55 ,

3 

x 100%= 0,845%

Perhitungan untuk penyerapan air komposit UPR sama seperti perhitungan penyerapan air poliester tidak jenuh diatas dan perhitungan dilakukan untuk pengulangan sampel 3 kali. Perhitungan diulang setiap 24 jam hingga penyerapan air konstan.

LAMPIRAN C

DOKUMENTASI PENELITIAN

C.1 Proses Modifikasi Bentonit Dengan Surfaktan

Gambar C.1 Proses Modifikasi Bentonit Dengan Surfaktan C.2 Proses Modifikasi Bentonit Dengan TiO2

C.3 Hasil Modifikasi Pengisi

Gambar C.3 Hasil Modifikasi Pengisi

C.4 Proses Pencampuran Komposit UPR – Bentonit Termodifikasi

C.5 Proses Penyediaan Komposit UPR – Bentonit Termodifikasi

Gambar C.5 Proses Penyediaan Komposit UPR – Bentonit Termodifikasi C.6 Alat Universal Testing Machine (UTM) GOTECH Al-7000M Grid Tensile

C.7 Alat Impact Tester GOTECH

LAMPIRAN D

HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN INSTRUMEN

D.1 HASIL FTIR POLIESTER TIDAK JENUH (UPR)

Gambar D.1 Hasil FTIR Poliester Tidak Jenuh (UPR) D.2 HASIL FTIR KOMPOSIT UPR-BENTONIT TERMODIFIKASI

DAFTAR PUSTAKA

[1] Juliani, Evi. “Aktivasi Bentonit Alam Sebagai Bahan Pengisi Pada Komposit Polietilen/High Density Polyethyline (HDPE) Untuk Bahan Teknik”. Tesis. Magister Ilmu Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara. 2013. [2] Husaini. “Kekuatan Tarik Komposit Hibrid Unsaturated Polyester/Clay/Serat

Glas”. Tesis Magister. Jurusan Teknik Mesin FT UGM. 2012

[3] Rosyadi, Iim Imron, Ahmad Mudzakir dan Budiman Anwar. “Preparasi dan Karakterisasi Bentonit Termodifikasi Surfaktan Kationik Fatty Imidazolinium”. Jurnal Sains dan Teknologi Kimia, ISSN 2087-7412, Vol. 1, No. 2, Hal. 112-120. 2010.

[4] Olesky, Mariusz., Heneczkowski, Maciej., Galina, Henryk. “Thixotropic Compositions: Unsaturated Polyester Resins/Modified Bentonites”. Faculty of Chemistry, Rzeszow University of Technology. 2007.

[5] Syuhada., Wijaya, Rahmat., Jayatin., Saeful Rohman. “Modifikasi Bentonit (Clay) menjadi Organoclay Dengan Penambahan Surfaktan”. Jurnal Nanosains dan Nanoteknologi. 2009. Vol. 2, No.1. 2009

[6] Ataiwi, Ali H., Abdul-Hamead Alaa A. “Preparing Polyester-Bentonite Clay Nano Composite And Study Some of Its Mechanical Properties”. Emirates Journal for Engineering Research, Vol. 17, No. 3, Hal 57-61.2012

[7] Olesky, Mariusz., Galina Henryk. “Unsaturated Polyester Resin Composites Containing Bentonites Modified with Silsesquioxanes”. Faculty of Chemistry, Rzeszow University of Technology . 2013.

[8] Leha, A.R. Noor., Nordin, N.A. “Effect Of Filler Compositions On T he Mechanical Properties Of Bamboo Filled Polyester Composite”. Advance Materials Research, Vol. 879, Hal 90-95. 2014.

[9] Surbakti, Eldo Jones. “Pembuatan Dan Karakterisasi Komposit Serat Kulit Jagung Dengan Matriks Epoksi”. Skripsi. Departemen Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara. 2013.

[10] Pandey, P.C. “Composite Materials Syllabus”. Department of Civil Engineering, IISc Bangalore, 2004.

[11] Schwartz, M. M., Composite Materials Handbook, (New York : McGraw Hill Book Company, 1984), hal 76.

[12] Felemban, S.A., Shaaban, A.F., Nahas, N.M. “Synthesis and characterization of some unsaturated polyester resins and their uses as anti chemical varnish coatings”. Master Thesis, Umm Al-Qura University, Faculty of Applied Science, Chemistry Department, Kingdom of Saudi Arabia. 2009.

[13] Sukatik. “Lateks Polystyrena Graft Maleat Anhidrida Dan Lateks Polyester Tak Jenuh Yukalac 157 Bqtn-Ex Dengan Lateks Pekat Karet Alam Sebagai Perekat Material Jalan (Soil Stabilizer)”. Disertasi. Program Doktor Ilmu Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara. 2012.

[14] Rangkuti, Z. “Pembuatan Dan Karakterisasi Papan Partikel Dari Campuran Resin Polyester Dan Serat Kulit Jagung”. Tesis Magister, Program Pascasarjana FMIPA USU. 2011.

[15] Porwanto, D.A., “Karakterisasi Komposit Berpenguat Serat Bambu dan Serat Gelas Sebagai Alternatif Bahan Baku Industri”. Tugas Akhir, Jurusan Teknik Fisika FTI ITS Surabaya. 2011.

[16] Pizzi, A., Mittal, K.L., Handbook of Adhesive Technology. Second Edition. (New York : Marcel Dekker, Inc, 2003), hal 1089.

[17] Hidayat, Taufik. “ Preparasi Dan Karakterisasi Nano-Komposit Polipropilena -Organobentonit Alam Bener Meriah Dengan Menggunakan Maleat Anhidrida Dan Divinyl Benzena Sebagai Kompatibilizer”. Tesis Magister Ilmu Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara. 2013.

[18] Ika, M., Datin, F. U.“ Pemanfaatan Bentonit sebagai Penjernih Minyak Pelumas Bekas Hasil Proses Daur Ulang Dengan Batubara”. Jurnal Bahan Galian Industri, Vol. 12, No. 33, Hal 17 – 21. 2008

[19] Sansuri, Ainun Jariah Binti. “Synthesis And Swelling Behavior Of Bentonite Based Superabsorbent Polymer Composites”. Faculty of Chemical and Natural Resources Engineering, Universiti Malaysia Pahang. 2010

[20] Othman, Nadras Binti. “Characterisation And Properties Of Bentonite / Polypropylene Composite”. Thesis. Universiti Sains Malaysia. 2007.

[21] Motawie, M.A., Ahmed,N.M., ElMesallamy, S.M., Sadek,E.M., Kandile, N.G. “Unsaturated Polyesters / Layered Silicate Nanocomposites: Synthesis

and Characterization”. IOSR Journal of Applied Chemistry, Vol. 7, Hal. 34-43. 2014.

[22] Chitraningrum, Nadya. “Sifat Mekanik dan Termal Pada Bahan Nanokomposit Epoxy-Clay Tapanuli”. Tugas Akhir, Program Sarjana Universitas Indonesia, Depok. 2008.

[23] Pradisty, Novia Arinda. 2013. “Preparasi dan karakterisasi Bentonit Tapanuli Terpilar Fe (III) Oksida dan aplikasinya sebagai katalis reaksi Fenton pada Fotodegradasi Fenol dan 4-Klorofenol”. Skripsi, Fakultas MIPA, Universitas Indonesia. 2013.

[24] Rao, Anantha N.Subba., Venkatarangaiah, Venkatesha T. “The Effect of Cetyltrimethylammonium Bromide on Size and Morphology of ZnO and CuO”. Electrochemical Science Engineering Journal, Vol. 4, Hal 97-110. 2014.

[25] Wang, Wan-Kung., Liu, Chih-Hsien. “Cetyltrimethylammonium Bromide As A Surface Modifier In Paper Separation Of 2,4-D And Silvex Herbicides From Aqueous Solutions”. Journal of the Chinese Chemical Society, Vol. 51, No. 3, Hal. 543-546. 2004

[26] Moony, “Cetyltrimethylammonium Bromide”. www.reach-serv.com. Diakses pada 10 Oktober 2015.

[27] Indahwahyuni, Fithri. “Pembuatan dan Karakterisasi Nanokomposit Karet Alam/Organobentonit Menggunakan Cetiltrimetilammonium Bromida, Polietilen Glikol dan Sodium Dodesil Sulfat Sebagai Pemodifikasi Permukaan”. Tesis. FMIPA USU. 2013.

[28] Susanti. “Preparasi Nanopartikel Tio2-Anatas Tersensitifkan Perak

(Tio2a@Ag) Untuk Fotodegradasi Metilen Biru”. Skripsi. FMIPA UNY.

2012.

[29] Suwanto, Bodja. “Pengaruh Temperatur Post-Curing Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Epoksi Resin Yang Diperkuat Woven Serat Pisang”. Jurnal Ilmiah Teknik Sipil. 2012.

[30] Faisal, Tengku, Z. H., “Pengaruh Modifikasi Kimia Terhadap Sifat-Sifat Komposit Polietilena Densitas Rendah (LDPE) Terisi Tempurung Kelapa”. Tesis Magister, Sekolah Pascasarjana. USU. Medan. 2008.

[31] Callister, W.D., Material Science and Engineering. Seventh Edition. (Singapore : John Wiley & Sons, Inc, 2007), hal 596.

[32] Lokantara, P., Suardana, N.P.G., “Studi Perlakuan Serat Serta Penyerapan Air Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Tapis Kelapa/Polyester”. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Cakram Vol.3 No.1, Hal. 49-56. 2009.

[33] Hirmawan, Buyung, Lizda J.M, Doty D.R. “Sifat Mekanik Komposit Serat Bambu Akibat Pengaruh Musim Hujan Dengan/Tanpa Pelapisan”. FTI ITS. 2011.

[34] Supraptiningsih. “Pengaruh Serbuk Serat Batang Pisang Sebagai Filler Terhadap Sifat Mekanis Komposit PVC-CaCO3”. Majalah Kulit, Karet dan

Plastik. Vol. 28. No. 2. Hal. 79-87. 2012.

[35] Sitorus, A., “Penyediaan Film Mikrokomposit PVC Menggunakan Pemlastis Stearin dengan Pengisi Pati dan Penguat Serat Alam”. Tesis Magister, Program Pascasarjana USU, Medan. 2009.

[36] Sunariyo, “Karakteristik Komposit Termoplastik Polipropilena Dengan Serat Sabut Kelapa Sebagai Pengganti Bahan Palet Kayu”. Tesis Magister, Sekolah Pascasarjana. USU. Medan. 2008.

[37] Ton-That, M.T. “Development of Clay-Polymer Nanocomposites (PNC) for Industrial Application”. International Committee on Composites. 2009. [38] Aková E.I., "Development of Natural Fiber Reinforced Polymer

Composites". Trenčianska univerzita A.Dubčeka v Trenčíne, Pri Parku 19, 911 06 Trenčín, Slovakia.

[39] Hexion, 731-1010 Unsaturated Polyester Resin. Version:1,8. ANSI/ EN/ 150000042433. Hexion Specialty Chemicals. 2006.

[40] MSDS, 2013a. Material Safety Data Sheet Bentonite MSDS.

[41] Health Council of the Netherlands, Methyl Ethyl Ketone Peroxide (CAS No: 1338-23-4). No. 2000/15OSH/050, The Hague. 2002.

[42] MSDS, 2013b. Material Safety Data Sheet Cetyltrimethylammonium Bromide MSDS.

[43] MSDS, 2013c. Material Safety Data Sheet Titanium Dioxide MSDS.

[44] Rittirong, Kajonpop, Suvit Uasopon, Paveena Prachayawasin, Nukul Euaphantasate, Kamon Aiempanakit, dan Sarute Ummartyotin. “CTAB as a

Soft Template for Modified Clay as Filler in Active Packaging”. Data in Brief 3. Hal. 47-50. 2015

[45] Wibisono, Gilang Kopa., Sri Wardhani, Danar Purwonugroho. ”Studi Pengaruh Konsentrasi Ion Persulfat Terhadap Degradasi Methyl Orange Menggunakan Fotokatalis TiO2-Bentonit”. Jurnal Kimia Vol. 1, No. 2, Hal.

175-181. 2013

[46] Pavia, D.L., Lampman, G.M., and Kriz, G.S., Introduction To Spectroscopy : A Guide for Students of Organic Chemistry. Brooks/Cole Thomson Learning. Singapore. 2001.

[47] Masyitah, Zuhrina. “Optimasi Sintersis Surfaktan Alkanolamida Dari Asam Laurat Dengan Dietanolamida Dan N-Metil Glukamina Secara Enzimatik”. Disertasi. FMIPA USU. 2010.

[48] Othman, N., Ismail, H., dan Mariatti,M. “Effect of compatibilizers on Mechanical and Thermal Properties of Bentonite Filled Polypropylene Composites”. Polymer Degradation and Stability. Vol 91, Hal. 1761-1774. 2006

[49] Sarifuddin, Norshahida., dan Ismail, Hanafi. “Comparative Study on the Effect of Bentonite or Feldspar Filled Low-Density Polyethylene/Thermoplastic Sago Starch/Kenaf Core Fiber Composites”. Bioresources Vol. 8. No. 3. Hal. 4238-4257. 2013.

[50] Sarkar, Madhuchhanda., Dana, Kausik., Ghatak, Sankar., and Banerjee, Amarnath. “Polypropylene-Clay Composite Prepared From India Bentonite”. Bulletin of Material. Science., Vol. 31, No. 1, Hal. 23–28. 2008.

[51] Sanemuang, Phasapan and Pumchusak, Jantrawan. “Toughening Of Epoxy By Silane-Treated Nanotitanium Dioxide”. The Malaysian Journal of Analytical Sciences. Vol, 18 Hal. 478-484. 2014.

[52] Inceoglu, A. Baran., and Yilmazer, Ulku. “Mechanical Properties of Unsaturated Polyester/Monmorillonite Composites”. Material Research Society. Vol. 703. 2002.

[53] Jdayil, Basim-Abu, Kaml Al-Malah, and Ranya Sawalha. “Study on Bentonie- Unsaturated Polyester Composite Materials”. Journal of Reinforced Plastics and Composites. Vol. 21. No. 17. 2002.

[54] Liu, X., Wu, Q., Berglund, L.A., Fan, J., and Qi, Z. “Polyamide 6-Clay Nanocomposites/Polypropylene-Grafted-Maleic Anhydride Alloys”. Polymer Vol. 42, Hal. 8235–8239. 2001.

[55] Ward, W.J., Gaines, G.L., Alger, M.M., and Stanley, T.J. “Gas Barrier Improvement Using Vermiculite And Mica In Polymer Films”. Journal of Membrane Science. Vol. 55, Hal. 173–80. 1991.

[56] Ismail, M.R., Ali, M.A.M., El-Milligy, A.A., and Afifi, M.S. “Studies on Sand/Clay Unsaturated Polyester Composite Materials”. Journal of Applied Polymer Science. Vol. 73, Hal. 1031-1038. 1999

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1Lokasi Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Laboratorium Proses Industri Kimia, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, dan Laboratorium Polimer, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara.

3.2Bahan dan Peralatan 3.2.1 Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah

1. Poliester tidak jenuh (UPR) sebagai matriks, dengan sifat [39]: a. Bentuk : Cairan Kental

b. Warna : Sawo

c. Spesifik Graviti : 1,1418 (25oC) d. Titik nyala : 31,67oC e. Tidak larut dalam air

2. Bentonit sebagai pengisi, dengan sifat [40]:

a. Wujud : Padat

a. Warna : krem (muda) b. Ukuran partikel : 300 mesh

c. Sangat sedikit larut dalam air dingin maupun air panas

3. Metil Etil Keton Peroksida (MEKP) sebagai katalis, dengan sifat [41]: a. Rumus Molekul : C8H16O4

b. Berat Molekul : 176,2 c. Titik didih : 80oC d. Tidak larut dalam air e. Tidak berwarna

4. Cetyltrimethylammonium bromide sebagai surfaktan, dengan sifat [42]:

a. Wujud : Padatan

b. Warna : Putih

c. Titik leleh : 250 oC d. Larut sebagian dalam air

5. Titanium dioksida (TiO2) sebagai pengisi, dengan sifat [43]

a. Wujud : Serbuk padat b. Titik leleh : 1855 oC c. Ukuran partikel : 325 mesh

d. Tidak larut dalam air dingin, asam klorida, dan pelarut organik.

3.2.2 Peralatan

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Neraca Elektrik

2. Gelas Ukur 3. Beaker Glass 4. Kuas atau roller 5. Alat Uji Tarik 6. Alat Uji Bentur 7. Dumble Cutter 8. Kaca

9. Malam atau lilin mainan

3.3Prosedur Penelitian

3.3.1 Prosedur Modifikasi Bentonit [44]

Modifikasi bentonit dilakukan dengan prosedur sebagai berikut :

1. Bentonit ditambahkan ke 0,05, 0,1, 0,15 M larutan CTAB pada suhu 50 oC dan diaduk secara terus menerus selama 5 jam dengan perbandingan sebanyak 200 ml CTAB untuk setiap 10 gram bentonit.

2. Produk dicuci dan difiltrasi dengan 500 ml larutan aquadest dan metanol dengan perbandingan 1:1 untuk menghilangkan zat impuritis.

3. Setelah reaksi, produk dimasukkan ke dalam oven pada suhu 80 oC selama 6 jam

3.3.2 Penyediaan Pengisi [45]

Adapun penyediaan pengisi akan dlakukan dengan prosedur sebagai berikut : 1. Lima gram bentonit yang telah dimodifikasi dimasukkan ke dalam

erlenmeyer dan ditambahkan 4 gram TiO2 dan 15ml etanol kemudian diaduk

selama 5 jam

2. Padatan disaring dengan kertas saring dan dikeringkan dalam oven 120 oC selama 5 jam.

3. Selanjutnya, TiO2 – bentonit dikalsinasi pada suhu 400 oC – 500 oC selama 5

jam

3.3.3 Penyediaan Komposit Poliester Tidak Jenuh Berpengisi Bentonit Termodifikasi [14]

Komposit dibuat dengan prosedur sebagai berikut :

1. Resin poliester tidak jenuh dan katalis metil etil keton peroksida (MEKP) dicampurkan ) sebesar 5 tetes pipet untuk setiap 15,15 gram matriks atau bila dikonversikan dalam fraksi volume katalis yang ditambahkan sebesar 5 tetes pipet untuk setiap 18,41 ml [14].

2. Campuran diaduk perlahan-lahan hingga merata.

3. Ditambahkan bentonit yang telah dimodifikasi dengan perbandingan 5, 10, 15, dan 20% dari berat total komposit

4. Campuran diaduk hingga merata

5. Alas cetakan kaca terlebih dahulu diberikan bahan pelicin yaitu kit mobil agar resin tidak melekat pada cetakan.

6. Dituangkan campuran bahan ke dalam cetakan yang sudah disiapkan dari malam (lilin mainan) dan kaca yang telah dibentuk sesuai dengan jenis pengujian masing-masing yaitu tarik dan impak.

7. Permukaan campuran pada cetakan diratakan. 8. Dibiarkan di udara terbuka hingga kering.

9. Komposit yang sudah kering dilepas dari cetakan kemudian dihaluskan bagian-bagian permukaannya dengan alat kikir dan amplas

10. Dilakukan pengujian terhadap komposit yaitu uji kekuatan tarik (tensile strength), uji kekuatan bentur (impact strength), dan penyerapan air (water absorption) masing-masing tiga sampel.

Alas Kaca

Release Agent Malam

Gambar 3.1 Sketsa Penyediaan Komposit

Gambar 3.2 Sketsa Visualisasi Cetakan Malam Alas Kaca

Release Agent Malam

3.3.4 Pengujian Komposit

a. Uji Kekuatan Tarik (Tensile Strength) dengan ASTM D 638-10

Sifat mekanis biasanya dipelajari dengan mengamati sifat kekuatan tarik (t) menggunakan alat tensometer. Secara praktis kekuatan tarik diartikan

sebagai besarnya beban maksimum (Fmaks) yang dibutuhkan untuk

memutuskan spesimen bahan dibagi dengan luas penampang bahan.

Gambar 3.4 Sketsa Spesimen Uji Tarik

Komposit hasil spesimen dipilih dan dipotong membentuk spesimen untuk pengujian kekuatan tarik (uji tarik). Pengujian kekuatan tarik dilakukan dengan tensometer terhadap tiap spesimen dengan ketebalan 4 mm. Tensometer terlebih dahulu dikondisikan pada beban 100 kgf dengan kecepatan 20 mm/menit, kemudian dijepit kuat dengan penjepit yang ada dialat. Mesin dihidupkan dan spesimen akan tertarik ke atas spesimen diamati sampai putus, dicatat tegangan maksimum dan regangannya.

Persamaan untuk tegangan tarik adalah :

Permukaan Luas (gaya) Tegangan tarik Tegangan  ...(1) Tegangan tarik (kekuatan tarik) tergantung pada gaya yang diberikan, waktu, suhu, struktur dan morfologi bahan polimer (non kristal, semi kristal atau kristal). Jika pada suatu bahan dikenakan beban tarik, maka bahan

) ( A F MPa   13 mm 165 mm 115 mm 57 mm 4 mm 19 mm 76 mm

tersebut akan mengalami perubahan panjang yang disebut dengan pemanjangan (elongation). Persamaan untuk pemanjangan :

Awal Panjang panjang Perubahan an Perpanjang  (100%) l l l ε o o  

Sementara sifat elastisitas suatu bahan polimer (modulus young) merupakan perbandingan antara tegangan tarik dengan pemanjangan, atau :

 



E

b. Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) dengan ASTM D 4812-11 Spesimen yang akan diuji bentur mengikuti metoda Charpy. Adapun persamaan untuk mendapatkan kekuatan impak dari komposit yaitu:

) (J/m Bahan Penampang Luas patah untuk dibutuhkan yang Energi

Kekuatan  2

Spesimen yang akan diuji bentur mengikuti metoda Unnotched Izod.

Gambar 3.5 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Izod ASTM D 4812-11

c. Penyerapan Air (Water Absorption) dengan ASTM D 2842-01

Spesimen tes yang dibuat memiliki ukuran 15 cm lebar, panjang 15 cm dan ketebalan 7,5 cm. Spesimen kemudian dicelupkan ke dalam air dengan ketinggian 5,1 cm dari permukaan air pada suhu ruangan dengan periode waktu 24, 48, dan 96 jam dan seterusnya sampai berat spesimen telah konstan. Berat spesimen akan bertambah karena air masuk kedalam jaringan polimer. Pada penelitian ini, komposit yang diuji adalah komposit yang

...(2)

12,5 mm

60,5 mm 3,4 mm

berpengisi bentonit termodifikasi. Perhitungan berat komposit setelah perendaman yang dapat dihitung dengan rumus:

100% x Wo

Wo We Wg 

Dimana :

Wg = Persentase pertambahan berat komposit We = Berat komposit setelah perendaman Wo = Berat komposit sebelum perendaman

d. KARAKTERISTIK FOURIER TRANSFORM INFRA-RED (FTIR) Sampel yang dianalisa yaitu berupa poliester tak jenuh murni dan komposit UPR berpengisi bentonit termodifikasi untuk melihat apakah ada terbentuk sambung silang (cross-linking) atau tidak terbentuknya gugus baru. Analisa FTIR dilakukan di Laboratorium Penelitian Fakultas Farmasi di Universitas Sumatera Utara, Medan.

e. ANALISA SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM)

Sampel yang dianalisa yaitu hasil uji bentur komposit UPR berpengisi bentonit termodifikasi dengan salah satu komposisi yang memiliki sifat paling baik diantara keempat variabel untuk melihat perubahan morfologi yang terjadi pada patahan komposit. Analisa SEM dilakukan di Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju (PSTBM) – BATAN, Kawasan Puspitek Serpong, Tangerang Selatan.

BAB IV

PEMBAHASAN

4.1KARAKTERISTIK FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA RED) RESIN POLIESTER DAN KOMPOSIT UPR BERPENGISI BENTONIT TERMODIFIKASI

Karakteristik FTIR dari resin poliester tak jenuh dan komposit poliester berpengisi bentonit termodifikasi dapat dilihat pada Gambar 4.1 di bawah ini.

Keterangan analisa gugus fungsi [46] : - 3020,53 cm-1 : regang alkana (C-H)

- 1708,93 cm-1 : regang karboksil (O-H)

- 1315,45 cm-1 : regang ester (C-O) - 1053,13 cm-1 : regang eter (C-O)

Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Resin Poliester Tak Jenuh dan Komposit UPR Berpengisi Bentonit Termodifikasi

Dari hasil FTIR di atas dapat dilihat bahwa terdapat beberapa hal yang berbeda antara hasil FTIR resin poliester tak jenuh dengan hasil FTIR dari komposit UPR berpengisi bentonit termodifikasi. Hal pertama yang dapat dilihat perbedaannya adalah pada regang alkena (C-H) dengan bilangan gelombang 3020,53 cm-1 dimana

70 75 80 85 90 95 100 105 110 115

397 976 1555 2133 2712 3291 3869

Komposit murni % Tr ansmi tasi

Bilangan Gelombang (cm-1₎

3020,53 1708,93

1053,13 1315,45

pada komposit terdapat peningkatan intensitas jika dibandingkan dengan resin poliester tak jenuh murni. Hal ini dapat disebabkan telah terikatnya pengisi dengan matriks poliester yang menyebabkan peningkatan regang alkana pada komposit. Kedua, peningkatan intensitas regang karboksil (O-H) pada bilangan gelombang 1708,93 cm-1. Hal ini disebabkan oleh terikatnya gugus –OH pada bentonit yang sebelumnya berikatan pada ion kation Na+ menjadi terikat pada ion kation yang terdapat pada CTAB oleh reaksi pertukaran kation.

C19H42N+Br+ + Na+-bentonit C19H42N+-bentonit + Na+Br- [27]

Akibat dari reaksi pertukaran kation ini, terjadi penurunan sifat kepolaran dari bentonit sehingga memungkinkan untuk terjadinya ikatan antara gugus –OH dari bentonit dengan matriks sehingga bertambahnya gugus –OH pada komposit yang dapat dilihat pada hasil FT-IR komposit. Ketiga, peningkatan intensitas regang ester (C-O) pada bilangan gelombang 1249,87 cm-1. Hal ini dapat disebabkan oleh terikatnya pengisi dengan matriks poliester yang menyebabkan peningkatan regang ester pada komposit. Keempat, peningkatan intensitas regang eter (C-O) pada bilangan gelombang 1053,13 cm-1. Hal ini dapat disebabkan oleh gugus -O- dari bentonit yang terdapat pada bentonit yang sebelumnya berikaan pada ion kation Na+ menjadi terikat pada ion kation yang terdapat pada CTAB oleh reaksi pertukaran kation. Akibat dari reaksi pertukaran kation ini adalah penurunan sifat kepolaran dari bentonit sehingga memungkinkan untuk terjadinya ikatan antara gugus -O- dari bentonit dengan matriks sehingga terbentuknya gugus -O- pada komposit yang dapat dilihat pada hasil FT-IR komposit.

4.2PENGARUH KANDUNGAN BAHAN PENGISI TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH (UPR)

Gambar 4.2 menunjukkan pengaruh penambahan bahan pengisi bentonit termodifikasi pada matriks UPR terhadap kekuatan tarik komposit.

Gambar 4.2 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Tarik Komposit UPR Berpengisi Bentonit Termodifikasi

Dari gambar 4.2 diperoleh hasil uji tarik komposit berpengisi bentonit termodifikasi dengan kekuatan tarik bahan komposit yang menurun seiring dengan naiknya kandungan bahan pengisi, yaitu 20,428 MPa (5%, 0,05M), 15,579 MPa (10%, 0,05M), 13,921MPa (15%, 0,05M), dan 12,765 MPa (20%, 0,05M). Sedangkan untuk variasi konsentrasi surfaktan sebesar 0,1M diperoleh nilai kekuatan tarik komposit sebesar 30,774 MPa (5%), 23,188MPa (10%), 20,899 MPa (15%), dan 18,758 MPa (20%), dan untuk variasi konsentrasi surfaktan sebesar 0,15M diperoleh nilai kekuatan tarik komposit sebesar 21,173 MPa (5%), 18,808 MPa (10%), 16,467 MPa (15%), dan 14,783 MPa (20%). Dari gambar 4.3 juga dapat dilihat bahwa nilai kekuatan tarik maksimum komposit yaitu pada komposisi pengisi 5% dan konsentrasi surfaktan 0,1M sebesar 30,774 MPa berada di bawah nilai kekuatan tarik untuk UPR murni yaitu sebesar 30,938 MPa.

Penurunan kekuatan tarik ini dapat disebabkan oleh sifat porositas dari komposit. Saat penambahan kadar bentonit semakin tinggi, viskositas dari resin akan meningkat secara signifikan sehingga ada udara yang terperangkap ketika proses

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Murni 5% 10% 15% 20%

Murni

CTAB 0,05 M CTAB 0,1 M CTAB 0,15 M

Keku at an T ar ik ( MP a)

pencampuran dan tidak bisa keluar dan tetap berada di dalam setelah proses curing [18]. Alasan kedua adalah kemungkinan terjadinya aglomerasi bentonit yang dapat menyebabkan penurunan kekuatan mekanik komposit [2]. Benotnit yang berperan sebagai konsentrator tegangan tidak dapat meneruskan tegangan yang diberikan pada matriks menuju pengisi akibat adanya penumpukan pengisi di mana mengakibatkan komposit mengalami penurunan kekuatan tarik. Hasil ini juga dibuktikan dengan hasil dari uji SEM dimana terdapat aglomerasi serta void pada komposit yang dihasilkan. Ataiwi dan Abdul-Hamead [6] juga mendapati hasil di mana penambahan kadar bentonit yang lebih besar dari 5% akan menurunkan kekuatan tarik dari komposit.

Dari hasil uji tarik di atas juga dapat dilihat bahwa kekuatan tarik komposit memiliki nilai terbaik pada konsentrasi CTAB 0,1 M pada kandungan bahan pengisi yang sama. Namun, penambahan konsentrasi CTAB lebih dari 0,1 M akan mengakibatkan penurunan kekuatan tarik Hal ini dapat disebabkan karena konstannya tegangan permukaan yang diturunkan oleh surfaktan walaupun konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan melebihi konsentrasi tertentu maka surfaktan mengagregasi membentuk misel. Konsentrasi terbentuknya misel ini disebut Critical Micelle Concentration (CMC). Tegangan permukaan akan menurun hingga CMC tercapai. Setelah CMC tercapai, tegangan permukaan akan konstan yang menunjukkan bahwa antar muka menjadi jenuh dan terbentuk misel yang berada dalam keseimbangan dinamis dengan monomernya [47]. Hal ini juga didukung oleh hasil pemanjangan saat putus komposit di mana komposit dengan surfaktan 0,1M memiliki nilai yang lebih tinggi dari komposit dengan surfaktan 0,15M

4.3PEMANJANGAN SAAT PUTUS (ELONGATION AT BREAK) KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH BERPENGISI BENTONIT TERMODIFIKASI

Gambar 4.3 menunjukkan pengaruh komposisi pengisi bentonit termodifikasi pada matriks poliester tak jenuh terhadap pemanjangan saat putus komposit.

Gambar 4.3 Pengaruh Komposisi Pengisi Terhadap Pemanjangan Saat Putus Komposit Poliester Tak Jenuh Berpengisi Bentonit Termodifikasi Gambar 4.3 menunjukkan bahwa pemanjangan pada saat putus komposit menurun dengan meningkatnya komposisi pengisi bentonit termodifikasi. Pemanjangan pada saat putus yang terendah diperoleh pada komposisi pengisi 20% dengan konsentrasi surfaktan 0,15M, yaitu sebesar 1,790% sedangkan yang tertinggi diperoleh pada komposisi pengisi 5% dengan konsentrasi surfaktan 0,1M, yaitu sebesar 3,912%. Penurunan nilai pemanjangan saat putus ini merupaka hal yang biasa terjadi pada polimer yang diperkuat oleh pengisi anorganik. Pengisi anorganik memiliki kekakuan lebih besar dibanding matriks dan lebih sedikit berdeformasi, yang menyebabkan penurunan regangan pada matriks. Hal inilah yang menyebabkan perpanjangan saat putus dari komposit menurun seiring dengan meningkatnya komposisi bentonit sebagai pengisi pada komposit [48]. Penurunan nilai pemanjangan saat putus ini juga dapat disebabkan oleh penumpukan pengisi atau aglomerasi sehingga menyebabkan komposit menjadi lebih brittle [22]. Hasil yang sama juga didapat Sarifuddin dan Ismail [49] dimana komposit yang dihasilkan

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0

Murni 5% 10% 15% 20%

Murni

CTAB 0,05 M CTAB 0,1 M CTAB 0,15 M

Komposisi Pengisi (%)

Pe m an jangan S aat P u tus(% )

mengalami penurunan drastis seiring dengan penambahan komposisi pengisi pada matriks.

4.4PENGARUH KANDUNGAN BAHAN PENGISI TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGHT) KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH (UPR).

Gambar 4.4 menunjukkan pengaruh penambahan bahan pengisi bentonit termodifikasi pada matriks UPR terhadap kekuatan bentur komposit.

Gambar 4.4 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Bentur Komposit UPR Berpengisi Bentonit Termodifikasi

Dari gambar 4.4 diperoleh hasil uji bentur komposit berpengisi bentonit termodifikasi dengan kekuatan bentur bahan komposit yang menurun seiring dengan naiknya kandungan bahan pengisi, yaitu 8789 J/m2 (5%, 0,05M), 8148,6 J/m2 (10%, 0,05M), 7592,3 J/m2 (15%, 0,05M), dan 7109,4 J/m2 (20%, 0,05M). Sedangkan untuk variasi konsentrasi surfaktan sebesar 0,1M diperoleh nilai kekuatan bentur komposit sebesar 9420,9 J/m2 (5%), 8732,3 J/m2 (10%), 8390,1 J/m2 (15%), dan 7984,5 J/m2 (20%), dan untuk variasi konsentrasi surfaktan sebesar 0,15M diperoleh nilai kekuatan bentur komposit sebesar 8916,4 J/m2 (5%), 8253,2 J/m2 (10%), 7745,2 J/m2 (15%), dan 7342,1 J/m2 (20%). Dari gambar juga dapat dilihat bahwa kekuatan bentur komposit yang terbaik diperoleh pada komposisi pengisi 5% dan konsentrasi

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

Murni 5% 10% 15% 20%

Murni

CTAB 0,05 M CTAB 0,1 M CTAB 0,15 M

Komposisi Pengisi (%)

Keku at an Im p ak (J/ m 2)

surfaktan 0,1M, yaitu sebesar 9420,9 J/m2. Nilai kekuatan bentur maksimum tersebut berada di atas nilai kekuatan bentur untuk UPR murni yaitu sebesar 6266,1 J/m2.

Peningkatan kekuatan bentur dapat disebabkan karena adanya peran pengisi dalam meningkatkan ketahanan bentur dari komposit, dalam hal ini pengisi berperan sebagai pembentuk titik dimana mulainya pematahan (crack formation) dan media pemindahan tegangan (stress transferring medium) [50]. Dalam penelitian ini, penambahan bentonit lebih dari 5% akan menurunkan kekuatan bentur dari bentonit. Penurunan ini dapat disebabkan oleh adanya aglomerasi dan penurunan interaksi antara matriks dan clay. Hasil ini juga dibuktikan dengan hasil dari uji SEM dimana terdapat aglomerasi serta void pada komposit yang dihasilkan. Hasil yang didapat juga didukung oleh penelitian Sarkar dkk [50] dimana sifat mekanik komposit yang diperoleh dapat meningkat dengan penambahan pengisi sampai dengan 5%, sedangkan penambahan pengisi lebih dari 5% dapat menurunkan sifat mekanik komposit.

Pada pengisi bentonit termodifikasi juga dicampurkan dengan titanium dioksida (TiO2) yang berfungsi untuk meningkatkan kekuatan bentur pada komposit

[51]. Inceoglu dan Yilmazer[52] melakukan penelitian kekuatan bentur yang hanya menggunakan bentonit termodifikasi oleh surfaktan sebagai pengisi pada komposit dan memperoleh hasil di mana kekuatan bentur dari komposit yang dihasilkan menurun seiring dengan penambahan pengisi pada komposit. Dari hasil yang diperoleh dapat dilihat bahwa kekuatan bentur dari komposit tetap melebihi kekuatan bentur dari resin poliester tak jenuh murni meski terjadi penurunan pada penambahan pengisi lebih dari 5% sehingga dapat disimpulkan TiO2 mampu meningkatkan sifat

kekuatan bentur dari komposit yang dihasilkan.

Dari hasil uji bentur di atas juga dapat dilihat bahwa kekuatan bentur bahan komposit meningkat seiring dengan naiknya konsentrasi CTAB pada kandungan bahan pengisi yang sama. Namun, penambahan konsentrasi CTAB lebih dari 0,1 M akan mengakibatkan penurunan kekuatan bentur. Hal ini dapat disebabkan karena konstannya tegangan permukaan yang diturunkan oleh surfaktan walaupun konsentrasi surfaktan ditingkatkan. Bila surfaktan ditambahkan melebihi konsentrasi tertentu maka surfaktan mengagregasi membentuk misel yang disebut Critical Micelle Concentration (CMC) seperti yang telah dijelaskan pada subbab 4.3. Hal

inilah yang menyebabkan penurunan kekuatan bentur komposit pada konsentrasi CTAB 0,15 M.

4.5KARAKTERISTIK SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM) PATAHAN KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH (UPR) BERPENGISI BENTONIT TERMODIFIKASI

Berikut ini merupakan karakteristik SEM (Scanning Electron Microscope) patahan komposit komposit poliester tak jenuh (UPR) berpengisi bentonit termodifikasi

(a) (b)

(c)

Gambar 4.5 Analisa SEM Patahan Komposit Poliester Tak Jenuh (UPR) Berpengisi Bentonit Dengan Komposisi 5%

(a) Tanpa Modifikasi Dengan Perbesaran 1000x (b) Termodifikasi Dengan Perbesaran 500x (c) Termodifikasi Dengan Perbesaran 1000x Aglomerasi

Gambar 4.5 menunjukkan hasil analisa SEM komposit poliester tak jenuh berpengisi bentonit termodifikasi. Gambar 4.2 (a) memperlihatkan bahwa patahan komposit poliester berpengisi bentonit tanpa modifikasi memiliki hasil dengan penyebaran bentonit yang sangat tidak merata dan terdapat aglomerasi di sebagian besar komposit. Hal ini menyebabkan perlunya modifikasi pada bentonit agar penyebaran dalam matriks lebih merata.

Gambar 4.5 (b) dan (c) memperlihatkan bahwa distribusi pengisi yang berupa bentonit termodifikasi pada umumnya telah tersebar merata pada matriks poliester tak jenuh. Jika dibandingkan dengan hasil dari bentonit tanpa modifikasi, terlihat bahwa bentonit yang telah dimodifikasi dengan surfaktan dapat meningkatkan pendispersian dalam matriks sehingga meningkatkan sifat mekanik dari komposit yang dihasilkan.

4.6PENGARUH KANDUNGAN BAHAN PENGISI TERHADAP

PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH (UPR)

Pengaruh pengisi bentonit termodifikasi terhadap penyerapan air bahan komposit yang dihasilkan ditunjukkan pada gambar di bawah ini

Gambar 4.6 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Persen Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,05M

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 24 48 72 96 120 150

Murni Bentonit 5% Bentonit 10% Bentonit 15% Bentonit 20% Pe nyer apan A ir ( % ) Waktu (Jam)

Gambar 4.7 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Persen Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,1M

Gambar 4.8 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Persen Penyerapan Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,15M

Dari Gambar di atas dapat dilihat bahwa penyerapan air bahan komposit akan semakin meningkat dengan penambahan kandungan bahan pengisi. Penyerapan air terbesar terjadi pada 24 jam pertama, kemudian diikuti oleh 48 dan 72 jam. Setelah itu, maka penyerapan air bahan komposit terlihat tidak begitu signifikan lagi. Hal ini berarti bahwa penyerapan air maksimum bahan komposit terjadi pada 24 jam pertama. Dari Gambar di atas juga dapat dilihat bahwa % penyerapan air pada 24 jam pertama yang tertinggi untuk pengisi bentonit termodifikasi berada pada kandungan

0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 24 48 72 96 120 150

Murni Bentonit 5% Bentonit 10% Bentonit 15% Bentonit 20% Pe nyer apan A ir ( % ) Waktu (Jam) 0 0,5 1 1,5 2 2,5

0 24 48 72 96 120 150

Murni Bentonit 5% Bentonit 10% Bentonit 15% Bentonit 20% Pe n ye rap an Air ( % ) Waktu (Jam)

pengisi 20%, kemudian diikuti kandungan 15%, kandungan 10% dan terakhir pada kandungan 5%.

Peningkatan penyerapan air ini dapat disebabkan oleh bentonit sendiri yang menyerap air lebih banyak dari hampir semua polimer yang digunakan sebagai matriks, sehingga meningkatkan kandungan air dalam komposit tersebut [53]. Faktor yang kedua adalah lapisan clay yang terdispersi secara merata dalam matriks dapat mengurangi molekul air yang masuk ke dalam komposit dibandingkan dengan matriks murni, yang dapat menurunkan penyerapan air pada komposit [54,55]. Selain itu juga dapat disebabkan oleh adanya faktor lain seperti adanya void pada komposit yang dihasilkan. Hasil yang sama juga diperoleh Ismail dkk [56] dimana kemampuan penyerapan air komposit poliester meningkat dengan bertambahnya kandungan atau komposisi clay dalam komposit.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

Dari hasil analisa spektrum Fourier Transform Infra Red (FTIR), analisa Scanning Electron Microscopy (SEM), uji kekuatan tarik, uji kekuatan bentur dan uji penyerapan air pada komposit Poliester Tak Jenuh berpengisi bentonit termodifikasi dapat diambil beberapa kesimpulan, yaitu :

1. Dari hasil analisis FT-IR terhadap resin poliester tak jenuh dan komposit poliester tak jenuh berpengisi bentonit termodifikasi diketahui bahwa terjadi peningkatan intensitas beberapa gugus yang menandai ikatan antara pengisi dan matriks.

2. Dari hasil pengujian mekanik komposit poliester tak jenuh berpengisi bentonit termodifikasi dapat disimpulkan bahwa konsentrasi surfaktan terbaik untuk modifikasi bentonit adalah 0,1M.

3. Pengisi bentonit termodifikasi belum mampu meningkatkan kekuatan tarik komposit poliester tak jenuh berpengisi bentonit termodifikasi. Hasil terbaik kekuatan terbaik komposit poliester tak jenuh berpengisi bentonit termodifikasi sebesar 30,774 MPa dan kekuatan tarik resin poliester tak jenuh murni sebesar 30,938 MPa.

4. Dari hasil analisis sifat kekuatan bentur komposit poliester tak jenuh dengan pengisi bentonit termodifikasi menunjukkan bahwa nilai kekuatan bentur meningkat di mana hasil terbaik kekuatan bentur pada komposit sebesar 9420,9 J/m2 dan kekuatan bentur pada resin poliester tak jenuh murni sebesar 6266,1 J/m2.

5. Berdasarkan uji penyerapan air pada komposit diketahui bahwa daya penyerapan air pada komposit meningkat seiring meningkatnya komposisi bentonit termodifikasi pada komposit.

5.2 SARAN

Adapun saran yang dapat diberikan untuk kesempurnaan penelitian ini adalah : 1. Diperlukannya penggilingan dan pengayakan pada pengisi yang berupa

bentonit termodifikasi agar didapatkan pengisi berukuran nano untuk meningkatkan sifat mekanik dari komposit yang akan dihasilkan

2. Diperlukannya penambahan penggunaan metode twin-screw extrusion selain hand lay-up pada proses pencetakan untuk mengurangi jumlah aglomerasi dari pengisi.

3. Perlunya dilakukan analisa Thermal Gravimetry Analysis (TGA) untuk mengetahui sifat termal dari komposit yang dihasilkan

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Bahan 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 material-material 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.

2.2Antarmuka Dan Antarfasa

Adanya pencampuran bahan yang berbeda dalam bahan komposit, maka dalam komposit tersebut akan selalu terdapat daerah berdampingan (contiguous

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].

2.3Poliester 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 1,6-heksametilen glikol.

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 ( suhu ruang)

% 0,188 24 jam

% 0,466 7 hari

Kekuatan Fleksural kg/mm2 9,4 _

Modulus Fleksural kg/mm2 300 _

Daya Rentang kg/mm2 5,5 _

Elongasi % 1,6 _

1,3-bis(karboksimetoksi) benzena

Diol Maleat

Anhidrat asam benzoat

2-[3-karboksipropenoil amino]

2.4Metil 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.

Gambar 2.2 Reaksi Curing Poliester Tidak Jenuh [12] 2-amino-benzena 1,3- bis (metoksi benzena)

Poliester tidak jenuh

Stirena

Metil Etil Keton Peroksida Curing

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)

R'''OOR''' _2R'''O.

b) Akibat adanya serangan katalis yang merupakan radikal bebas akan membuat terbentuknya elekron tidak berpasangan pada poliester tidak jenuh.

C-CH=CH-C-R'-C-ORO

2

O O O

C-R"-C-ORO-C-CH=CH-C-ORO O O O O

[

]

R'''O. R'''O.

[

C-CH CH-C-R'-C-ORO

]

2

O O O

C-R"-C-ORO-C-CH CH-C-ORO O

O

O O

..

..

R'''O. R'''O.

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.

[

C-CH CH-C-R'-C-ORO

]

2

O O O

C-R"-C-ORO-C-CH CH-C-ORO O

O

O O

OR''' OR'''

.

.

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).

[

C-CH CH-C-R'-C-ORO

]

2

O O O

C-R"-C-ORO-C-CH CH-C-ORO O

O

O O

OR''' OR'''

.

CH CH 2 CH CH

.

2

C-CH=CH-C-R'-C-ORO

2

O O O

C-R"-C-ORO-C-CH=CH-C-ORO O O O O

[

]

2.5Bentonit

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 4-7. 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

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].

2.6Surfaktan

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.

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, d-spacing pada bentonitpun bertambah besar (terinterkalasi) [5].

2.7Cetyltrimethylammonium Bromida (CTAB)

Cetyltrimethylammonium Bromida (CTAB) adalah surfaktan kationik yang paling banyak digunakan sebagai stabilizing agent dalam mengontrol bentuk dan

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)

2.8Titanium 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

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 TiO2

[28].

2.9Metoda 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].

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).

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].

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

Specimen

Anvil End of Swing

Pointer

Scale

Hammer Starting Position

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].

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

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.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dewasa ini, penggunaan bahan polimer di dunia industri berkembang dengan sangat pesat. Hal ini dikarenakan bahan polimer memiliki sifat ringan, murah, tahan korosi, dan temperatur pemrosesannya yang relatif rendah bila dibandingkan dengan bahan logam ataupun bahan keramik. Pada umumnya bahan polimer ini dicampurkan dengan bahan lain untuk memperoleh sifat yang lebih baik, yang dikenal sebagai bahan komposit.

Untuk meningkatkan suatu sifat yang diinginkan dalam polimer termoplastik, seperti : kekuatan (strength), kekakuan (stiffness) dan juga ketahanan terhadap api (fire

retardant, ditambahkan ke dalam polimer bahan- bahan pengisi (filler). Bahan – bahan

tersebut adalah bahan yang mampu menyatu secara homogen ke dalam matriksnya dan yang paling sering ditambahkan adalah talc, mika, kapur, bentonit dan lain-lain. Polimer yang berasal dari bahan organik dengan pengisinya (filler) yang berasal dari bahan anorganik tidak mampu menjadi homogen, disebabkan oleh energi permukaan dari kedua bahan tersebut, untuk menyelesaikan masalah di atas, maka filler dapat dimodifikasi dengan bahan organik seperti alky ammonium [1].

Mineral clay yang digunakan sebagai fillers dalam komposit clay adalah mineral

clay berlapis silikat. Clay berlapis silikat berupa smectite clay yang umum digunakan

untuk aplikasi komposit adalah bentonit yang sebagian besar mengandung mineral montmorillonit. Monmorillonit bersifat hidrofilik dimana akan menyebabkan sulitnya

terjadi pengelupasan dalam polimer konvensional [2]. Kemampuan montmorillonit

dalam meningkatkan sifat-sifat polimer sangat ditentukan oleh derajat pendispersian silikat ini dalam matriks polimer, tetapi sifat hidrofil dari permukaan montmorillonit menghalangi proses ini. Untuk mengatasi kendala ini maka diperlukan proses yang dapat menjadikan permukaan montmorillonit bersifat organofil melalui penggantian kation [3].

Pemodifikasi organik yang dapat digunakan untuk keperluan pemrosesan ini adalah cairan ionik (Ionic Liquid). Cairan ionik adalah material yang hanya terdiri atas spesies ionik (kation dan anion), tidak mengandung molekul netral tertentu, dan

mempunyai titik leleh relatif rendah yaitu terletak pada suhu <100 oC, umumnya pada suhu kamar [3]. Salah satu pemodifikasi organik yang digunakan adalah cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). Hal ini dikarenakan sifat dari CTAB yang mampu menurunkan kepolaran dari clay yang akan dijadikan sebagai pengisi pada komposit ini

Poliester tak jenuh merupakan resin termasuk kelompok termoset polimer dan biasanya digunakan secara umum dalam bidang otomotif, kelautan, kimia dan kelistrikan. Poliester tak jenuh banyak digunakan dalam produk-produk komposit karena biaya relatif rendah, mempunyai daya tahan terhadap lingkungan yang baik dan mempunyai viskositas rendah pada temperatur ruang namun kurang tahan terhadap alkali dan menjadi retak bila dimasukkan dalam air mendidih untuk waktu yang lama [2].

Temperatur saat terjadi perubahan signifikan ini dikenal sebagai suhu transisi gelas (Tg). Di atas temperatur gelas tersebut, struktur molekul dari termoset berubah dari polimer kristal yang keras menjadi polimer yang lebih fleksibel. Selain itu, modulus resin juga turun secara drastis sehingga daya tekan dan kekuatannya berkurang. Oleh sebab itu perlu dilakukan pembuatan komposit dengan cara menyisipkan/melapisi resin poliester dengan partikel lain, seperti titanium dioksida (TiO2).

Titanium dioksida (TiO2) merupakan salah satu yang menjanjikan dengan

struktur berbentuk tabung. TiO2 stabil secara kimia dan tidak berbahaya karena tidak

menyerap cahaya yang tampak oleh mata. TiO2 dapat digunakan untuk meningkatkan

sifat mekanik dari komposit serta dapat digunakan seperti pada aktivitas fotokatalitik yang tinggi [4]. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengaruh TiO2 sebagai pengisi terhadap sifat mekanik pada komposit.

Beberapa penelitian yang telah dilakukan tentang komposit polyester berpengisi bentonit termodifikasi yaitu:

1. Oleksy dkk (2008) membuat komposit epoksi-bentonit dengan modifikasi bentonit menggunakan garam amonium quartener dengan fraksi volume 2%. Dari hasil diperoleh bahwa bentonit yang dimodifikasi dengan garam amonium quartener menghasilkan sifat ‘thixotropic’ yang bagus dan hampir tidak adanya sedimentasi selama penyimpanan [4].

2. Syuhada dkk (2009) melakukan modifikasi bentonit (clay) menjadi organoclay dengan penambahan surfaktan dan didapatkan hasil bahwa pada rantai alkil yang

3. Ataiwi dan Abdul-Hamaed (2012) membuat komposit poliester tidak jenuh berpengisi bentonit dengan fraksi volume 5, 10, 15, dan 20%. Dari hasil diperoleh bahwa kekerasan komposit poliester meningkat maksimum pada penambahan 5% fraksi volume bentonit [6].

4. Olesky dan Galina (2013) membuat komposit poliester berpengisi bentonit yang dimodifikasi dengan silsesquioxane dengan fraksi volume 1, 2, dan 3%. Dari hasil diperoleh bahwa pada fraksi volume 3% kekuatan tarik meningkat hingga 44%, modulus young meningkat hingga 33%, dan ketahanan impak meningkat hingga 59% [7].

5. Leha dan Nordin (2014) membuat komposit poliester tidak jenuh berpengisi serat bambu dengan fraksi volume serbuk 10, 20, 30, dan 40%. Dari hasil diperoleh bahwa kekuatan tarik dan lentur terbaik terdapat pada fraksi volume serat 25%. Sedangkan kekuatan impak terbaik terdapat pada fraksi volume serat 20% [8].

Berdasarkan latar belakang tersebut, dalam penelitian ini akan disintesis material komposit dengan penambahan bentonit yang dimodifikasi dengan TiO2 pada matriks poliester, dan diharapkan sifat mekanik komposit poliester lebih baik daripada sifat mekanik dari resin poliester murni.

1.2 Perumusan Masalah

Permasalahan dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh penambahan bentonit termodifikasi sebagai pengisi dalam memperbaiki kekurangan sifat resin poliester tak jenuh yaitu dalam hal kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan bentur (impact strength) dan penyerapan air (water absorption).

1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan komposisi terbaik antara bentonit termodifikasi terhadap kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan bentur (impact strength), penyerapan air (water absorption), pada komposit poliester yang dihasilkan.

1.4 Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat:

1. Memberikan informasi tambahan bagi dunia industri tentang pemanfaatan bentonit termodifikasi sebagai pengisi pada komposit

2. Memberikan informasi terutama dalam bidang penelitian komposit tentang pengaruh bentonit termodifikasi sebagai bahan pengisi komposit poliester sehingga dapat diketahui komposisi pengisi yang terbaik diantara kedua jenis pengisi.

1.5 Ruang Lingkup Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, Universitas Sumatera Utara. Adapun bahan baku yang digunakan pada penelitian ini yaitu poliester tak jenuh sebagai matriks dan bentonit sebagai pengisi. Variabel yang digunakan adalah :

Variabel Tetap Variabel Bebas

Komposisi Katalis MEKP sebanyak 1% dari berat resin poliester tak jenuh

Kandungan berat pengisi sebesar 5, 10, 15, dan 20% dari berat komposit

Perbandingan antara bentonit termodifikasi dengan TiO2 (Titanium

Dioksida) sebagai filler sebesar 5 : 4

Variasi konsentrasi CTAB pada modifikasi bentonit yaitu sebesar 0,05, 0,1, dan 0,15 M

Uji yang dilakukan adalah uji tarik (tensile strength) ASTM D 638 - 10, uji bentur (impact strength) ASTM D 5942 - 96, penyerapan air (water absorption) ASTM D 2482 - 01, pada komposit poliester tidak jenuh yang dihasilkan serta didukung oleh analisis Fourier Transform Infra Red (FTIR), Scanning Electon Microscopy (SEM)

ABSTRAK

Penelitian tentang penggunaan bentonit termodifikasi sebagai pengisi di dalam matriks poliester tak jenuh telah dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan komposisi pengisi bentonit termodifikasi terbaik di dalam komposit poliester tak jenuh dalam menghasilkan sifat mekanik yang terbaik. Bentonit yang digunakan telah dimodifikasi dengan menggunakan surfaktan Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) dengan variasi konsentrasi CTAB sebesar 0,05M, 0,1M, dan 0,15M serta ditambahkan TiO2. Dalam penelitian ini resin poliester tak jenuh dicampurkan

dengan bentonit termodifikasi dengan komposisi pengisi sebesar 5%, 10%, 15%, dan 20% dari berat komposit dengan menggunakan metoda hand lay-up. Dari hasil karakterisasi FTIR diperoleh bahwa ikatan antara matriks dan pengisi yang dihasilkan hanya ikatan antar muka antara pengisi dengan matriks. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa, pada komposisi pengisi sebesar 5% dengan konsentrasi surfaktan sebesar 0,1 M; diperoleh hasil terbaik pada kekuatan tarik sebesar 30,774 MP dan kekuatan bentur maksimum sebesar 9420,9 J/m2. Hasil uji mekanik selanjutnya didukung oleh analisa scanning electron microscopy (SEM). Pada uji daya serap air, kekuatan penyerapan air bertambah seiring meningkatnya komposisi pengisi.

ABSTRACT

Research about the usage of modified bentonite as filler in unsaturated polyester resin has been done to evaluate the best composition of modified bentonite as filler on the mechanical properties of polyester composites. The bentonites used were modified with Cetyltrimethylammonium Bromide (CTAB) surfactant with various concentrations by 0,05, 0,1, and 0,15M and Titanium Dioxide (TiO2). In this

research, unsaturated polyester resin was mixed with modified bentonite with the filler composition by 5%, 10%, 15%, and 20% of the weight of the composite with hand lay-up method. The FTIR characterization result show that the bond between matrix and the filler produced only interfacial bonding between the matrix and the filler. Result of testing the mechanical properties indicate that, on the composition of the filler 5% with 0,1M of surfactant concentration obtained the maximum value of tensile strength with 30,774 MPa and maximum value of impact strength with 9420,9 J/m2. The results of mechanical properties tests was further supported by analysis of Scaning Electron Microscopy (SEM). On the test of water absorption, the water absorption capacity increased along with the increased of filler composition

Keywords : Bentonite, CTAB, mechanical properties, water absorption, unsaturated polyester resin

BERPENGISI BENTONIT TERMODIFIKASI

4.6 PENGARUH KANDUNGAN BAHAN PENGISI TERHADAP PENYERAPAN AIR (WATER ABSORPTION) KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH (UPR)

35

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 38

5.1 KESIMPULAN 38

5.2 SARAN 39

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1 Reaksi Pembentukan Poliester Tidak Jenuh 7 Gambar 2.2 Reaksi Curing Poliester Tidak Jenuh 8

Gambar 2.3 Rumus Molekul CTAB 13

Gambar 2.4 Metoda Hand Lay-Up 15

Gambar 2.5 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod 16

Gambar 2.6 Skema Pengujian Impak 16

Gambar 3.1 Sketsa Penyediaan Komposit 23

Gambar 3.2 Sketsa Visualisasi Cetakan Malam 23 Gambar 3.3 Sketsa Visualisasi Cetakan Malam Beserta Alas Kaca 23

Gambar 3.4 Sketsa Spesimen Uji Tarik 24

Gambar 3.5 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Charpy ASTM D 5942-96

25

Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Resin Poliester Tak Jenuh dan Komposit UPR Berpengisi Bentonit Termodifikasi

27

Gambar 4.2 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Tarik Komposit UPR Berpengisi Bentonit Termodifikasi

29

Gambar 4.3 Pemanjangan Saat Putus (Elongation At Break) Komposit Poliester Tak Jenuh Berpengisi Bentonit Termodifikasi

31

Gambar 4.4 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Bentur Komposit UPR Berpengisi Bentonit Termodifikasi

32

Gambar 4.5 Analisa SEM Patahan Komposit Poliester Tak Jenuh (UPR) Berpengisi Bentonit

(a) Tanpa Modifikasi Dengan Perbesaran 1000x (b) Termodifikasi Dengan Perbesaran 500x

34 34

0,05M

Gambar 4.7 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Persen Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,1M

36

Gambar 4.8 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Persen Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,15M

36

Gambar C.1 Proses Modifikasi Bentonit Dengan Surfaktan 50 Gambar C.2 Proses Modifikasi Bentonit Dengan TiO2 50

Gambar C.3 Hasil Modifikasi Pengisi 51

Gambar C.4 Proses Pencampuran Komposit UPR – Bentonit Termodifikasi

51

Gambar C.5 Proses Penyediaan Komposit UPR – Bentonit Termodifikasi

52

Gambar C.6 Alat UTM Gotech Al-7000 M Grid Tensile 52

Gambar C.7 Alat Impact Tester GOTECH 53

Gambar D.1 Hasil FTIR Poliester Tidak Jenuh (UPR) 54 Gambar D.2 Hasil FTIR Komposit UPR-Bentonit Termodifikasi 54

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 2.1 Spesifikasi Unsaturated Polyester Resin Yukalac 157®

BTQN-EX

7

Tabel A.1 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,05M

46

Tabel A.2 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,1M

46

Tabel A.3 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,15M

46

Tabel A.4 Data Hasil Kekuatan Impak Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,05M

47

Tabel A.5 Data Hasil Kekuatan Impak Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,1M

47

Tabel A.6 Data Hasil Kekuatan Impak Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,05M

47

Tabel A.7 Data Hasil Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,05M (Data Nilai Rata-Rata)

48

Tabel A.8 Data Hasil Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,1M (Data Nilai Rata-Rata)

48

Tabel A.9 Data Hasil Penyerapan Air Komposit Dengan Konsentrasi Surfaktan 0,15M (Data Nilai Rata-Rata)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN A DATA PENELITIAN 46

A.1 DATA HASIL KEKUATAN TARIK [MPa] 46 A.2 DATA HASIL KEKUATAN BENTUR [J/m2] 47

A.3 DATA HASIL PENYERAPAN AIR 48

LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 49

B.1 PERHITUNGAN PENYERAPAN AIR KOMPOSIT 49

LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN 50

C.1 PROSES MODIFIKASI BENTONIT DENGAN SURFAKTAN

50

C.2 PROSES MODIFIKASI BENTONIT DENGAN TiO2

50

C.3 HASIL MODIFIKASI PENGISI 51

C.4 PROSES PENCAMPURAN KOMPOSIT UPR-BENTONIT TERMODIFIKASI

51

C.5 PROSES PENYEDIAAN KOMPOSIT UPR-BENTONIT TERMODIFIKASI

52

C.6 ALAT UNIVERSAL TESTING MACHINE (UTM) GOTECH Al-7000M GRID TENSILE

52

C.7 ALAT IMPACT TESTER GOTECH 53

LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN INSTRUMEN

54

D.1 HASIL FTIR POLIESTER TIDAK JENUH (UPR) 54 D.2 HASIL FTIR KOMPOSIT UPR-BENTONIT

TERMODIFIKASI

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Dimensi

σ Kekuatan Tarik MPa

F Tegangan (gaya) kgf

A Luas Permukaan mm2

ε

Perpanjangan mm

l Panjang akhir mm

Lo Panjang awal mm

Wg Persentase pertambahan berat komposit gr We Berat komposit setelah perendaman gr Wo Berat komposit sebelum perendaman gr