Pembuatan dan Karakterisasi Komposit Berbasis Lateks Pekat-Silika Ampas Tebu
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT
BERBASIS LATEKS PEKAT-SILIKA AMPAS TEBU
SKRIPSI
Eman Juliskar Harefa 110801012
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT
BERBASIS LATEKS PEKAT-SILIKA AMPAS TEBU
(2)
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
EMAN JULISKAR HAREFA 110801012
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
(3)
PERSETUJUAN
Judul : Pembuatan dan Karakterisasi Komposit Berbasis Lateks Pekat-Silika Ampas Tebu
Kategori : Skripsi
Nama : Eman Juliskar Harefa Nomor Induk Mahasiswa : 110801012
Program studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan, Agustus 2015
Komisi Pembimbing
Pembimbing 1 Pembimbing 2
Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc Dr. Kerista sebayang, M.S NIP. 196607291992032002 NIP. 195806231986011001
Diketahui/Disetujui Oleh: Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang NIP : 195510301980031003
(4)
PERNYATAAN
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT BERBASIS LATEKS PEKAT-SILIKA AMPAS TEBU
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Agustus 2015
EMAN JULISKAR HAREFA 110801012
(5)
PENGHARGAAN
Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan kasih setianya yang selalu menyertai dan memberi kemudahan sehingga saya dapat menyelesaikan skripsi ini.
Tugas akhir ini merupakan salah satu proses untuk memperoleh gelar sarjana pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan. Untuk memenuhi persyaratan tersebut diatas saya mengerjakan tugas akhir dengan judul : PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT BERBASIS LATEKS PEKAT-SILIKA AMPAS TEBU, yang dilaksanakan di laboratorium Kimia Organik USU, Pusat Penelitian Karet Tanjung Morawa, Lab. Penelitian Farmasi USU dan Laboratotium Uji Material Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik USU sesuai dengan waktu yang ditetapkan.
Penulis menyadari bahwa selama proses sampai terselesaikannya penyusunan skripsi ini banyak sekali bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Dengan segala kerendahan hati, penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc. sebagai Dekan, dan Pembantu Dekan Fisika FMIPA USU.
2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, dan Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, Kak Tini, Bang Jo dan Kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika, seluruh dosen, staf dan pegawai Departemen Fisika FMIPA USU yang telah membantu dan membimbing dalam menimba ilmu dan menyelesaikan skripsi ini.
3. Ibu Dr. Diana Alemin Barus, M.Sc sebagai dosen Pembimbing I, Bapak Dr. Kerista Sebayang, M.S sebagai pembimbing II yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dalam melaksanakan penelitian hingga penyelesaian penulisan skripsi ini 4. Yang terkhusus buat Ayahanda Tercinta Samahati Harefa dan Ibunda
Tersayang Yameria Zega, Adik-adik ku Edisaputra Harefa, Eforyuman Harefa, Erni Putri Kasih Harefa dan juga buat Widya Susanti Sitanggang terima kasih buat motivasi, kasih sayang, perhatian dan juga menjadi semangat saya dalam menyelesaikan penelitian ini. 5. Teman-teman di GEMA NIAS (Diky, Dani, Mercy, Herman, Octime,
Trisman Zil, Vetman dkk), teman-teman di NHC tanpa saya sebutkan namanya satu persatu, teman-teman di Lab. Kimia Organik dan Anorganik USU ada Lianta, Hotland, Juli, Friska, Daniel, dkk
6. Kepada teman-teman stambuk FISIKA 2011, juga seluruh anggota PHYSICS PROLIX (Rahel, Lilis, Trisno, Wahyu, William, Pesta, David H, Jansius, Hendri, Rinto, Ancela, Russel, Fahmi, Ilham Suryadi, Fitri, Jepri, Jerry, Rusty, Trimala, Diana, Putri, Ita, Fauzi, Nensy, Tabita, Desi, Nova, Parasian, Damos, dkk) yang telah
(6)
memberikan partisipasi, semangat dan dukungan untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini. Semoga kita semakin sukses semua. GBU
7. Untuk seluruh adik-adikku di Fisika USU angkatan 2012, 2013, 2014 dan teman-teman di FMIPA USU.
8. Juga buat teman-teman asisten di Laboratorium ZAT PADAT (B’Ronal, K’Emidola, K’Tere, Lilis, Nensy, dkk), terima kasih buat dukungannya
9. Dan kepada mereka yang tidak disebutkan namanya yang telah mendukung penulis, saya ucapkan terima kasih.
Penulis menyadari dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan dan terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat diharapkan untuk penyempurnaan skripsi ini . Akhir kata semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun bagi orang lain yang membacanya.
Medan, Agustus 2015
NIM.110801012 Eman Juliskar Harefa
(7)
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT BERBASIS LATEKS PEKAT-SILIKA AMPAS TEBU
ABSTRAK
Lateks adalah cairan berwarna putih menyerupai susu yang keluar dari tanaman yang dilukai yang berasal dari tanaman Hevea Brasiliensis. Lateks dapat digunakan untuk membuat spesimen sarung tangan dengan menambahkan bahan lain yakni silika ampas tebu dan bahan kimia. Penambahan bahan-bahan ini menggunakan perhitungan perseratus bagian karet atau phr (Per Hundred Rubber). Silika diperoleh melalui pembakaran, pencucian dengan HCl (Asam Klorida) dan diekstraksi dengan NaOH (Natrium Hidroksida). Penelitian dilakukan dengan cara memvariasikan dosis bahan kimia yaitu KOH (Kalium Hidroksida) 10% 4 phr ; dispersi Sulfur 1 phr ; dispersi MBT (Mercapto Benzotiazol) 1,2 phr ; dispersi BHT (Butil Hidroksi Toulena) 2 phr ; dispersi ZnO (Zink Oksida) 0,5 phr ; dispersi asam stearat 0,5 phr serta diikuti dengan penambahan silika ampas tebu untuk masing-masing formula yakni tanpa penambahan silika, penambahan 2phr, 3phr, 4phr, 5phr. Berdasarkan hasil penelitian ini diperoleh hasil yang lebih baik pada penambahan silika ampas tebu 5phr dengan kuat tarik 1,372 Mpa; kemuluran 9,528 ; dan modulus 0,1259 MPa. Semakin banyak penambahan silika ampas tebu, semakin baik tegangan, regangan, kuat tarik yang dihasilkan.
(8)
PREPARATION AND CARACTERITATION COMPOSITE BASED LATEX - SILICA BAGASSE
ABSTRACT
Latex is a white liquid like milk coming out of the plant were wounded coming from the plant Hevea Brasiliensis. Latex can be used to make a specimen gloves by adding other ingredients namely silica bagasse and chemicals. The addition of these materials using a percentile calculation rubber parts or Phr (Per Hundred Rubber). Silica obtained by combustion, leaching with HCl (Hydrochloric Acid) and extracted with NaOH (sodium hydroxide). Research done by varying the dose of the chemical that is KOH 10 % 4 phr ; Sulfur dispersion 1phr ; MBT (Mercapto Benzotiazol) dispersion 1.2 phr ; 2 phr BHT (Buthil Hidroksi Toulena) dispersion ; ZnO (Zink Okside) dispersion 0.5 phr ; 0.5 phr stearat acid dispersion followed by the addition of silica and bagasse for each formula that is without the addition of silica , the addition 2phr , 3phr , 4phr , 5phr . Based on the results of this study showed better results in the addition of silica bagasse 5phr with a Tensile Strength of 1,372 Mpa; Elongation 9,528; and Modulus 0,1259 MPa. The more the addition of silica bagasse , the better the stress, strain , tensile strength is generated .
(9)
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrak v
Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel ix
Daftar Gambar x
Daftar Lampiran xi
Bab 1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 3
1.3 Tujuan Penelitian 3
1.4 Manfaat Penelitian 3
1.5 Batasan Masalah 4
Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Lateks 5
2.1.1 Morfologi dan properti campuran (blend) karet alam
NR/PP 10
2.1.2 Proses Produksi Lateks Karet Alam 11 2.1.3 Pravulkanisi Lateks Karet Alam 13
2.2 Silika 14
2.2.1 Abu Pembakaran Ampas Tebu 16
2.2.2 Modifikasi Silika 17
2.3 Karet Alam 18
2.4 Komposit 19
2.5 Sarung Tangan Karet 20
2.6 Pengujian Sarung tangan karet 21
2.6.1 Pengujian Kuat Tarik (Tensile Strength) 21
2.6.2 Spektrofotometer FTIR 24
Bab 3. Metodologi Penelitian
3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian 25
3.2 Alat dan Bahan 25
3.2.1 Alat 25
3.2.2 Bahan 26
3.3 Metodologi Penelitian 26
3.3.1 Lateks Pekat 26
3.3.2 Preparasi Ampas Tebu 26
(10)
3.3.4 Proses Dispersi 27
3.3.5 Pembuatan Kompon Lateks 27
3.3.6 Pencetakan 27
3.4 Karekteristik Sarung Tangan Lateks – Ampas Tebu 28 3.4.1 Analisis Gugus Fungsional Spesimen dengan
Spektrofotometer Infra Red (FT-IR) 28
3.4.2 Uji Tarik 28
3.5 Bagan Penelitian 30
3.5.1 Proses Pembuatan Silika Ampas Tebu 30
3.5.1.1 Proses pengabuan 30
3.5.1.2 Preparasi Larutan Natrium Silikat 30
3.5.1.3 Pembuatan Silika Gel 31
3.5.2 Proses Pembuatan Komposit Lateks − Ampas Tebu 32
Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Pengujian dengan FT-IR 33
4.1.1 Spektrum FT-IR dari Silika Ampas Tebu 33 4.1.2 Spektrum FT-IR dari Spesimen Sarung Tangan
Lateks tanpa Silika Ampas Tebu 34
4.1.3 Spektrum FT-IR dari Spesimen Sarung Tangan
Lateks dengan Penambahan Silika Ampas Tebu 35 4.2 Pengujian Kekuatan Tarik Mekanik Spesimen Sarung Tangan 37
4.3 Kemuluran/Regangan (Strain) 38
4.4 Modulus Elastis/Modulus Young (E) 39
Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan 41
5.2 Saran 41
(11)
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Komposisi Havea Brasiliensis 5 Tabel 2.2 Bahan-bahan senyawa lateks pravulkanisasi 7 Tabel 2.3 Komposisi Kimia Abu Pembakaran Ampas Tebu 17 Tabel 4.1 Data Analisis FT-IR dari Silika Ampas Tebu 34 Tabel 4.2 Data Analisis FT-IR pada Spesimen Sarung Tangan
Lateks 36
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Sifat Mekanik Uji Tarik Spesimen
Sarung Tangan Lateks 37
Tabel 4.4 Nilai Kemuluran dari Pengujian Spesimen Sarung
Tangan Lateks 38
Tabel 4.5 Nilai Modulus Elastis dari Pengujian Spesimen Sarung
(12)
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Mekanisme reaksi pembentukan ikatan silang
sulfur dengan polimer karet menggunakan ZDEC
dan aktivator ZnO 9
Gambar 2.2 Mekanisme pelepasan protein dari selubung pelindung karet dalam lateks karena
penambahan surfaktan 12
Gambar 2.3 Skema alat sentrifuse lateks 12 Gambar 2.4 MBE sistem arc plasma-generator 13 Gambar 2.5 Diagram alir pra-vulkanisasi NRL dengan proses
sulfur 14
Gambar 2.6 Susunan tetrahedral Si04 pada silika gel tidak
beraturan 16
Gambar 2.7 Struktur Isoprena 18
Gambar 2.8 Struktur Ruang 1,4 cis poliisoprena 19 Gambar 2.9 Gaya Tarik terhadap Pertambahan Panjang 21
Gambar 2.10 Uji Tarik ASTM D 638M 22
Gambar 2.11 Kurva Tegangan dan Regangan Hasil Uji Tarik 23 Gambar 3.1 Gambar Spesimen Uji Tarik 28 Gambar 4.1 Grafik Spektrum FT-IR dari Silika Ampas Tebu 33 Gambar 4.2 Grafik Spektrum FT-IR dari Spesimen Sarung
Tangan Lateks tanpa Silika Ampas Tebu 34 Gambar 4.3 Grafik Spektrum FT-IR dari Spesimen Sarung
Tangan Lateks dengan Penambahan Silika Ampas
Tebu 35
Gambar 4.4 Grafik Kuat Tarik vs Jumlah Silika Ampas Tebu 37 Gambar 4.5 Grafik Kemuluran vs Jumlah Silika Ampas Tebu 38 Gambar 4.6 Grafik Modulus vs Jumlah Silika Ampas Tebu 39
(13)
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Data Hasil Uji Tarik Mekanik 46 Lampiran 2 perhitungan data uji tarik mekanik 47 Lampiran 3 perhitungan penggunaan bahan kimia (per 100
bagian) untuk dispersi vulkanisasi lateks pekat
menjadi spesimen sarung tangan karet 49 Lampiran 4 persyaratan mutu lateks pekat pusingan
(centrifuge nr concentrated specification) astm
d.1976 – 1980 dan iso 2004 52
Lampiran 5 Gugus Fungsi Pada FTIR 53
Lampiran 6 uji tarik dengan universal tensile machine
(utm) 54
(1)
PREPARATION AND CARACTERITATION COMPOSITE BASED LATEX - SILICA BAGASSE
ABSTRACT
Latex is a white liquid like milk coming out of the plant were wounded coming from the plant Hevea Brasiliensis. Latex can be used to make a specimen gloves by adding other ingredients namely silica bagasse and chemicals. The addition of these materials using a percentile calculation rubber parts or Phr (Per Hundred Rubber). Silica obtained by combustion, leaching with HCl (Hydrochloric Acid) and extracted with NaOH (sodium hydroxide). Research done by varying the dose of the chemical that is KOH 10 % 4 phr ; Sulfur dispersion 1phr ; MBT (Mercapto Benzotiazol) dispersion 1.2 phr ; 2 phr BHT (Buthil Hidroksi Toulena) dispersion ; ZnO (Zink Okside) dispersion 0.5 phr ; 0.5 phr stearat acid dispersion followed by the addition of silica and bagasse for each formula that is without the addition of silica , the addition 2phr , 3phr , 4phr , 5phr . Based on the results of this study showed better results in the addition of silica bagasse 5phr with a Tensile Strength of 1,372 Mpa; Elongation 9,528; and Modulus 0,1259 MPa. The more the addition of silica bagasse , the better the stress, strain , tensile strength is generated .
(2)
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan i
Pernyataan ii
Penghargaan iii
Abstrak v
Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel ix
Daftar Gambar x
Daftar Lampiran xi
Bab 1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Perumusan Masalah 3
1.3 Tujuan Penelitian 3
1.4 Manfaat Penelitian 3
1.5 Batasan Masalah 4
Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Lateks 5
2.1.1 Morfologi dan properti campuran (blend) karet alam
NR/PP 10
2.1.2 Proses Produksi Lateks Karet Alam 11 2.1.3 Pravulkanisi Lateks Karet Alam 13
2.2 Silika 14
2.2.1 Abu Pembakaran Ampas Tebu 16
2.2.2 Modifikasi Silika 17
2.3 Karet Alam 18
2.4 Komposit 19
2.5 Sarung Tangan Karet 20
2.6 Pengujian Sarung tangan karet 21 2.6.1 Pengujian Kuat Tarik (Tensile Strength) 21 2.6.2 Spektrofotometer FTIR 24
Bab 3. Metodologi Penelitian
3.1 Waktu dan Lokasi Penelitian 25
3.2 Alat dan Bahan 25
3.2.1 Alat 25
3.2.2 Bahan 26
3.3 Metodologi Penelitian 26
3.3.1 Lateks Pekat 26
3.3.2 Preparasi Ampas Tebu 26 3.3.3 Persiapan Silika Ampas Tebu 27
(3)
3.3.4 Proses Dispersi 27 3.3.5 Pembuatan Kompon Lateks 27
3.3.6 Pencetakan 27
3.4 Karekteristik Sarung Tangan Lateks – Ampas Tebu 28 3.4.1 Analisis Gugus Fungsional Spesimen dengan
Spektrofotometer Infra Red (FT-IR) 28
3.4.2 Uji Tarik 28
3.5 Bagan Penelitian 30
3.5.1 Proses Pembuatan Silika Ampas Tebu 30 3.5.1.1 Proses pengabuan 30 3.5.1.2 Preparasi Larutan Natrium Silikat 30 3.5.1.3 Pembuatan Silika Gel 31 3.5.2 Proses Pembuatan Komposit Lateks − Ampas Tebu 32
Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Pengujian dengan FT-IR 33
4.1.1 Spektrum FT-IR dari Silika Ampas Tebu 33 4.1.2 Spektrum FT-IR dari Spesimen Sarung Tangan
Lateks tanpa Silika Ampas Tebu 34 4.1.3 Spektrum FT-IR dari Spesimen Sarung Tangan
Lateks dengan Penambahan Silika Ampas Tebu 35 4.2 Pengujian Kekuatan Tarik Mekanik Spesimen Sarung Tangan 37 4.3 Kemuluran/Regangan (Strain) 38 4.4 Modulus Elastis/Modulus Young (E) 39
Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan 41
5.2 Saran 41
(4)
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Komposisi Havea Brasiliensis 5 Tabel 2.2 Bahan-bahan senyawa lateks pravulkanisasi 7 Tabel 2.3 Komposisi Kimia Abu Pembakaran Ampas Tebu 17 Tabel 4.1 Data Analisis FT-IR dari Silika Ampas Tebu 34 Tabel 4.2 Data Analisis FT-IR pada Spesimen Sarung Tangan
Lateks 36
Tabel 4.3 Hasil Pengujian Sifat Mekanik Uji Tarik Spesimen
Sarung Tangan Lateks 37
Tabel 4.4 Nilai Kemuluran dari Pengujian Spesimen Sarung
Tangan Lateks 38
Tabel 4.5 Nilai Modulus Elastis dari Pengujian Spesimen Sarung
(5)
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Mekanisme reaksi pembentukan ikatan silang
sulfur dengan polimer karet menggunakan ZDEC
dan aktivator ZnO 9
Gambar 2.2 Mekanisme pelepasan protein dari selubung pelindung karet dalam lateks karena
penambahan surfaktan 12
Gambar 2.3 Skema alat sentrifuse lateks 12 Gambar 2.4 MBE sistem arc plasma-generator 13 Gambar 2.5 Diagram alir pra-vulkanisasi NRL dengan proses
sulfur 14
Gambar 2.6 Susunan tetrahedral Si04 pada silika gel tidak
beraturan 16
Gambar 2.7 Struktur Isoprena 18 Gambar 2.8 Struktur Ruang 1,4 cis poliisoprena 19 Gambar 2.9 Gaya Tarik terhadap Pertambahan Panjang 21 Gambar 2.10 Uji Tarik ASTM D 638M 22 Gambar 2.11 Kurva Tegangan dan Regangan Hasil Uji Tarik 23 Gambar 3.1 Gambar Spesimen Uji Tarik 28 Gambar 4.1 Grafik Spektrum FT-IR dari Silika Ampas Tebu 33 Gambar 4.2 Grafik Spektrum FT-IR dari Spesimen Sarung
Tangan Lateks tanpa Silika Ampas Tebu 34 Gambar 4.3 Grafik Spektrum FT-IR dari Spesimen Sarung
Tangan Lateks dengan Penambahan Silika Ampas
Tebu 35
Gambar 4.4 Grafik Kuat Tarik vs Jumlah Silika Ampas Tebu 37 Gambar 4.5 Grafik Kemuluran vs Jumlah Silika Ampas Tebu 38 Gambar 4.6 Grafik Modulus vs Jumlah Silika Ampas Tebu 39 Gambar 4.7 Grafik Strain vs Stress 40
(6)
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Data Hasil Uji Tarik Mekanik 46 Lampiran 2 perhitungan data uji tarik mekanik 47 Lampiran 3 perhitungan penggunaan bahan kimia (per 100
bagian) untuk dispersi vulkanisasi lateks pekat
menjadi spesimen sarung tangan karet 49 Lampiran 4 persyaratan mutu lateks pekat pusingan
(centrifuge nr concentrated specification) astm
d.1976 – 1980 dan iso 2004 52 Lampiran 5 Gugus Fungsi Pada FTIR 53 Lampiran 6 uji tarik dengan universal tensile machine
(utm) 54