PENGARUH LIMBAH ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT TERHADAP SIFAT-SIFAT FISIKA DAN MEKANIK

PENGARUH LIMBAH ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT TERHADAP SIFAT-SIFAT FISIKA DAN MEKANIK

   (HIPS) SKRIPSI Oleh FADHILLA ASYRI 090405052 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEI 2015

PENGARUH LIMBAH ABU PEMBAKARAN

  

BIOMASSA KELAPA SAWIT TERHADAP

SIFAT-SIFAT FISIKA DAN MEKANIK

HIGH IMPACT POLYSTYRENE

   (HIPS) SKRIPSI Oleh FADHILLA ASYRI 090405052 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEI 2015

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

  Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:

  

PENGARUH LIMBAH ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA

SAWIT TERHADAP SIFAT-SIFAT FISIKA DAN MEKANIK HIGH

IMPACT POLYSTYRENE

   (HIPS)

  yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.

  Medan, 27 Mei 2015 Fadhilla Asyri

  NIM 090405052

  

PRAKATA

  Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Pengaruh Limbah Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit Terhadap Sifat-Sifat Fisika dan Mekanik High Impact Polystyrene (HIPS)

  ”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.

  Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pemanfaatan limbah abu pembakaran biomassa kelapa sawit agar lebih bernilai ekonomis dan menuju industri yang zero waste. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1.

  Ibu Ir. Kartini Noor Hafni, selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini.

  2. Ibu Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc, selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

  3. Ibu Dr. Maulida, ST, M.Sc selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.

  4. Bapak Ir. A Haris Simamora yang telah banyak memberikan bimbingan dan bantuan selama penulis melaksanakan penelitian.

  5. Satriaji Sudigdo, ST yang telah banyak membantu dan mendampingi penulis dalam penyelesaian skripsi ini.

  6. Ibu Suwarti dan Bapak Safardi yang terus mendukung dan memotivasi penulis dalam penyelesaian skripsi ini.

  7. Keluarga penulis, terkhusus Yushita Marini, SE dan Drg. Mardhali Affiq.

  8. Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia, terkhusus stambuk 2009.

  9. Abang-kakak dan adik-adik stambuk yang telah memberikan semangat dan bantuan kepada penulis.

  10. Seluruh Dosen/Staf Pengajar Departemen Teknik Kimia yang telah banyak memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.

  11. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia USU. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

  Medan, 27 Mei 2015 Penulis Fadhilla Asyri

  

DEDIKASI

  Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: “Mama tersayang, Dra. Hj. Ita Rohani.”

RIWAYAT HIDUP PENULIS

  Nama: Fadhilla Asyri NIM: 090405052 Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 27 Desember 1991 Nama orang tua: Dra. Hj. Ita Rohani Alamat orang tua: Jl. Mapilindo No.6 A Kelurahan Tegal Rejo Kecamatan Medan Perjuangan, Medan.

  Asal Sekolah  SD Negeri 060871, tahun 1997-2003  SMP Negeri 35 Medan, tahun 2003-2006  SMA Negeri 18 Medan, tahun 2006-2009 Pengalaman Organisasi/ Kerja: 1.

  Covalen Study Group (CSG) periode 2011-2012 sebagai Anggota Bidang Kreativitas dan Minat.

2. Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia (HIMATEK) periode 2012-2013 sebagai Anggota Bidang Sosial dan Kerohanian.

  

ABSTRAK

  Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh abu pembakaran biomassa kelapa sawit atau palm oil fuel ash (POFA) terhadap sifat-sifat fisika dan mekanik komposit high impact polystyrene (HIPS) yang dihasilkan. Metodologi penelitian meliputi, penyiapan bahan baku, pencampuran menggunakan ekstruder, pencetakan spesimen komposit, dan pengujian. Variabel yang digunakan adalah perbandingan berat HIPS dengan POFA berukuran 140 mesh sebesar 95/5; 92,5/7,5; 90/10. Pengujian yang dilakukan terhadap komposit adalah Fourier

  (FTIR), kadar abu, specific gravity, kekuatan

  Transform Infrared Spectroscope

  tarik (tensile strength), pemanjangan pada saat putus (elongation at break), kekuatan bentur (impact strength), kekerasan (hardness), dan Scanning Electron

  Microscopy (SEM). Dari hasil karakterisasi FTIR diketahui tidak adanya reaksi

  kimia yang terjadi antara matriks dan bahan pengisi. Hasil pengujian sifat-sifat fisika dan mekanik komposit menunjukkan bahwa bertambahnya komposisi pengisi dalam komposit HIPS berpengisi abu yang telah ditreatment hingga rasio komposisi 90/10, mengakibatkan specific gravitynya cenderung mengalami peningkatan hingga 1,1170, kekuatan tarik tidak mengalami perubahan yang signifikan yaitu sebesar 28,4 MPa, sifat pemanjangan pada saat putus (elongation

  ) mengalami penurunan menjadi 2,7%, kekuatan bentur cenderung

  at break

  2

  menurun menjadi 3,183 KJ/m , dan sifat kekerasan (hardness rockwell) cenderung mengalami peningkatan menjadi 110,5, serta pada uji SEM terlihat perubahan struktur pada POFA yang telah ditreatment dan terjadi interkalasi antara matriks dan POFA.

  Kata Kunci : ekstruder, HIPS, komposit, POFA.

  

ABSTRACT

  This study aims was to determine the effect of palm oil fuel ash (POFA) compostion as filler on the physical and mechanical properties of high impact polystyrene (HIPS) composites. The research methodology included preparation of raw materials, mixing using extruder, molding composite specimens, and testing. The variables used were weight ratio of HIPS with 140 mesh POFA at 95/5; 92.5/7.5; 90/10. The composites were tested by Fourier Transform Infrared (FTIR), ash content, specific gravity, tensile strength, elongation at break, impact strength, hardness test, and Scanning Electron Microscopy (SEM). The results of FTIR characterization shows the absence of chemical reactions that occur between the matrix and filler. Results of physical and mechanical properties of the composites shows that increase of the filler composition in HIPS-POFA composites until the ratio of 90/10, increase the specific gravity to 1.1170, tensile strength did not change significantly to 28.4 MPa, elongation at break decreased

  2

  to 2.7%, impact strength decreased to 3.183 KJ/m , and the hardness increased to 110.5, and Scanning Electron Microscopy (SEM) test show the transformation of POFA structure on treated POFA and intercalation between the matrix and POFA.

  Keywords: extruder, HIPS, composite, POFA

DAFTAR ISI

  2.3 KOMPOSIT

  2.2 HIGH IMPACT POLYSTYRENE (HIPS)

  7

  2.2.1 Dasar Reaksi Polimerisasi High Imact Polystyrene

  9

  2.2.2 Macam-macam Proses Produksi High Impact Polystyrene

  9

  10

  2.1 ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT

  2.3.1 Bahan Pendispersi

  12

  2.3.2 Perlakuan Alkali Terhadap Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit

  13

  2.4 ANALISA BIAYA

  14 BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  16

  5

  PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI PENGESAHAN PRAKATA DEDIKASI RIWAYAT HIDUP ii iii iv vi vii

  ABSTRAK ABSTRACT viii ix

  1.1 LATAR BELAKANG

  DAFTAR ISI x

  DAFTAR GAMBAR xiii

  DAFTAR TABEL xv

  DAFTAR LAMPIRAN xvi DAFTAR SINGKATAN xviii

  DAFTAR SIMBOL xix

  BAB I PENDAHULUAN

  1

  1

  4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  1.2 PERUMUSAN MASALAH

  3

  1.3 TUJUAN PERCOBAAN

  3

  1.4 MANFAAT PERCOBAAN

  3

  1.5 RUANG LINGKUP PERCOBAAN

  5

  3.1 LOKASI PENELITIAN

  16

  3.2 BAHAN DAN PERALATAN

  16

  3.2.1 Bahan

  16

  3.2.2 Peralatan

  16

  3.3 PROSEDUR PERCOBAAN

  17

  3.3.1 Perlakuan Awal

  17

  3.3.2 Treatment Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit

  17

  3.3.3 Pembentukan Komposit Polimer HIPS dan Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit

  17

  3.3.4 Flowchat Percobaan

  18

  3.3.5 Pengujian Komposit

  19

  3.3.5.1 Fourier Transform Infrared Spectroscope (FTIR)

  19

  3.3.5.2 Kadar Abu

  19

  3.3.5.3 Spesific Gravity

  19

  3.3.5.4 Tensile Strength (Kekuatan Tarik) ISO 527

  19

  3.3.5.5 Kekuatan Bentur ISO 179

  20

  3.3.5.6 Hardness Rockwell ISO 2039

  21

  3.3.5.7 Scanning Electron Microscopy (SEM)

  21 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  22

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

  22

  4.2 KARAKTERISTIK FOURIER TRANSFORM INFRA RED (FTIR)

HIGH IMPACT POLYSTYRENE (HIPS) DAN KOMPOSIT HIGH

  BIOMASSA KELAPA SAWIT

  24

  4.3 ANALISA SIFAT MEKANIK KOMPOSIT HIPS BERPENGISI ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT TREATMENT

  25

  4.3.1 Kadar Abu Komposit HIPS

  25

  4.3.2 Specific Gravity Komposit HIPS

  26

  4.3.3 Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Komposit HIPS

  27

  4.3.4 Sifat Pemanjangan (Elongation at Break) Komposit HIPS

  28

  4.3.5 Kekuatan Bentur (Impact Strength) Komposit HIPS

  29

  4.3.6 Kekerasan (Hardness Rockwell) Komposit HIPS

  30

  4.3.7 Scanning Electron Microscopy (SEM)

  31 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  34

  5.1 KESIMPULAN

  34

  5.2 SARAN

  35 DAFTAR PUSTAKA

  36 LAMPIRAN A DATA PENELITIAN

  40 LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN

  42 LAMPIRAN C DOUMENTASI PENELITIAN

  44 LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN

  INSTRUMEN

  50

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pohon Industri Pemanfaatan Limbah Padat Kelapa Sawit

  6 Gambar 2.2 Reaksi Polimerisasi High Impact Polystyrene (HIPS)

  9 Gambar 3.1 Flowchart Pembentukan Komposit Polimer HIPS dan POFA

  18 Gambar 3.2 Sketsa Spesimen Uji Tarik

  20 Gambar 3.3 Ilustrasi Pengujian Bentur Metode Charpy

  21 Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit (a)

  Nontreatment (Murni), (b) Treatment

  22 Gambar 4.2 Karakteristik FTIR HIPS dan Komposit HIPS Berpengisi Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit Nontreatment dan Treatment 24

Gambar 4.3 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Specific Gravity

  Komposit HIPS-POFA

  26 Gambar 4.4 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Tarik Komposit

  27 Gambar 4.5 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Sifat Pemanjangan (Elongation Break) Pada Saat Putus Komposit

  28 Gambar 4.6 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Bentur (Impact Strength) Komposit

  29 Gambar 4.7 Pengaruh Kandungan Bahan Pengisi Terhadap Kekerasan (Hardness) Komposit

  30 Gambar 4.8 Hasil SEM POFA Dengan Perbesaran 20.000 kali (a) POFA Nontreatment (b) POFA Treatment

  31 Gambar 4.9 Hasil SEM Komposit HIPS-POFA (a) Ratio 95/5 (b) Ratio 90/10 Dengan Perbesaran 10000 kali

  32 Gambar LC.1 Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit

  44 Gambar LC.2 HIPS Styron 438

  44 Gambar LC.3 Komposit HIPS-Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit

  44 Gambar LC.4 Mesin Ekstruder

  45 Gambar LC.5 Mesin Injection Molding

  45 Gambar LC.6 Spesimen Uji

  45 Gambar LC.7 Mesin Uji Tarik

  46 Gambar LC.8 Mesin Uji Bentur

  51 Gambar LD.3 Data Uji Tarik Komposit HIPS-POFA 92,5/7,5

  56 Gambar LD.10 Hasil SEM POFA (a) POFA Nontreatment Dengan Perbesaran 20.000 kali (b) POFA Treatment Dengan Perbesaran 20.000 kali (c) Komposit HIPS-POFA Ratio 95/5 Dengan Perbesaran 10000 kali (d) Komposit HIPS-POFA Ratio 90/10 Dengan Perbesaran 10000 kali

  56 Gambar LD.9 Hasil FTIR Komposit HIPS-POFA

  55 Gambar LD.8 Hasil FTIR HIPS

  55 Gambar LD.7 Hasil FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit Treatment

  54 Gambar LD.6 Hasil FTIR Abu Pembakaran Biomassa Kelapa Sawit Murni

  53 Gambar LD.5 Data Uji Bentur HIPS (a) HIPS murni (b) Komposit HIPS- POFA 95/5 (c) Komposit HIPS-POFA 92,5/7,5 (d) Komposit HIPS-POFA 90/10

  52 Gambar LD.4 Data Uji Tarik Komposit HIPS-POFA 90/10

  50 Gambar LD.2 Data Uji Tarik Komposit HIPS-POFA 95/5

  46 Gambar LC.9 Furnace

  49 Gambar LD.1 Data Uji Tarik HIPS

  49 Gambar LC.16 Ballmill

  48 Gambar LC.15 Electronic Densimeter

  48 Gambar LC.14 Hardness Tester

  47 Gambar LC.13 Sieve Shaker

  47 Gambar LC.12 Oven

  47 Gambar LC.11 Tumbler

  46 Gambar LC.10 Desikator

  57

  DAFTAR TABEL

Tabel 1.1 Kandungan Senyawa Kimia pada POFA

  1 Tabel 2.1 Kelebihan dan Kekurangan HIPS

  8 Tabel 4.1 Kadar Abu Komposit HIPS

  25 Tabel LA.1 Data Hasil Kadar Abu Komposit HIPS

• – POFA

  40 Tabel LA.2 Data Hasil Densitas Komposit HIPS

  40 Tabel LA.3 Data Hasil Kekuatan Tarik Komposit HIPS

  40 Tabel LA.4 Data Hasil Pemanjangan pada Saat Putus Komposit HIPS

  41 Tabel LA.5 Data Hasil Kekuatan Bentur Komposit HIPS

  41 Tabel LA.6 Data Hasil Kekerasan (Hardness) Komposit HIPS

  41