Pengaruh Ukuran Serbuk Tempurung Kelapa sebagai Pengisi Komposit Poliester Tak Jenuh Terhadap Sifat Mekanik dan Penyerapan Air
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Teknologi bahan dewasa ini berkembang dengan pesat. Hal ini didorong
oleh kebutuhan akan bahan yang dapat memenuhi karakteristik tertentu yang
dikehendaki. Salah satu hasilnya adalah bahan komposit polimer. Kemampuan
untuk mudah dibentuk sesuai dengan kebutuhan, baik dalam segi kekuatan,
maupun bentuknya dan keunggulannya dalam rasio kekuatan terhadap berat,
mendorong penggunaan komposit polimer sebagai bahan pengganti material
logam konvensional pada berbagai produk.
Umumnya pengisi ditambahkan bahan polimer seperti termoplastik, karet
ataupun elastomer ditujukan untuk meningkatkan sifat-sifat tertentu seperti
kekuatan bahan dan mengurangi biaya atau keduanya sekaligus. Secara umum,
kemampuan penguatan suatu pengisi dipengaruhi oleh tiga ciri utama yaitu ukuran
dan luas permukaan, bentuk dan struktur permukaan serta aktivitas dan sifat-sifat
kimia permukaan. Pengisi penguat biasanya mempunyai ukuran partikel yang
kecil, permukaan yang aktif secara kimia . Semakin kecil ukuran dari partikel
pengisi maka luas permukaan semakin besar dan daya interaksi antara kedua
bahan akan semakin besar sehingga sifat-sifat mekanik akan semakin bagus [1].
Penggunaan bahan poliester tak jenuh yang merupakan plastik jenis
termoset sebagai matriks pada perkembangan komposit ditujukan karena bahan
tersebut mempunyai beberapa kelebihan antara lain : Kuat tidak mudah sobek,
tahan terhadap suhu yang tinggi, tidak larut dalam asam organik , penyerapan air
yang rendah, pengerutan yang minimal bila dibandingkan dengan plastik jenis
termoset yang lain [2].
Sebelumnya telah dilakukan penelitian menggunakan poliester sebagai
matriks antara lain oleh Porwanto dengan menggunakan serat bambu dan serat
gelas sebagai pengisinya. Dari penelitian didapatkan komposit dengan hasil yang
bervariasi. Kekuatan tarik paling ideal didapatkan pada saat fraksi volume
penguatnya adalah 2.5% yaitu 38.57 MPa [3]. Jamasri,dkk menggunakan serat
1
Universitas Sumatera Utara
tandan kelapa sawit sebagai pengisi hasil yang diperoleh adalah peningkatan
kekuatan tarik yang sangat baik pada saat fraksi berat serat 42% [4] .
Proses pengerasan resin diberi bahan tambahan yaitu, katalis jenis Metyl
Etyl Keton Peroksida (MEKP), katalis digunakan untuk mempercepat proses
pengerasan cairan resin pada suhu yang lebih tinggi [5]. Pemakaian katalis
dibatasi sampai 1% dari volume resin. Apabila MEKP lebih dari 1 % maka
kompositnya bisa lebih getas dan kemungkinan bisa meleleh.
Pemanfaatan buah kelapa umumnya hanya daging buahnya saja untuk
dijadikan kopra, minyak dan santan untuk keperluan rumah tangga, sedangkan
hasil sampingan lainnya seperti tempurung kelapa belum begitu banyak
dimanfaatkan. Penggunaan tempurung kelapa, sebagian kecil sebagai bahan bakar
untuk keperluan rumah tangga, arang aktif dan bahan baku pembuatan obat
nyamuk. Potensi lain pemanfaatan tempurung kelapa adalah sebagai alternatif
serat penguat bahan gesek karena tempurung kelapa tersebut memiliki
karakteristik fisik dan mekanik yang baik yaitu kekerasan dan kerapatan tinggi,
serta serapan airnya rendah. Sayangnya, potensi tempurung kelapa yang besar ini
belum semuanya dimanfaatkan [6].
Tempurung kelapa dapat dikumpulkan dari berbagai sumber antara lain
lokasi pembuatan kopra, pasar-pasar tradisional, industri santan instan, dan lainlain. Tempurung kelapa merupakan salah satu sumber bahan pengisi alamiah yang
potensial dan mempunyai prospek ekonomis tinggi. Penggunaan bahan pengisi
alamiah semakin meningkat seiring dengan perkembangan teknologi, faktor
ekonomis dan isu-isu lingkungan. Tempurung kelapa memiliki sifat daya tahan
yang sangat baik, sifat kekasaran yang tinggi dan sifat daya tahan terhadap
pengikisan. Komposisi tempurung kelapa antara lain, selulosa 26.6% dan lignin
29.40%. Karena sifat-sifat yang dimiliki oleh tempurung kelapa ini, maka bahan
ini sangat baik digunakan untuk jangka waktu yang lama. Berdasarkan uraian
tersebut, maka tempurung kelapa sebagai salah satu buangan pertanian yang
mengandung lignoselulosa memiliki potensi untuk digunakan sebagai bahan
pengisi pada proses pembuatan komposit dengan matriks poliester [7].
Beberapa penelitian telah dilakukan dengan memanfaatkan serbuk
tempurung kelapa sebagai pengisi pada pembuatan komposit. Salmah,dkk.
2
Universitas Sumatera Utara
menggunakan tempurung kelapa sebagai pengisi pada pembuatan komposit
termoplastik dengan matriks polietilena. Dari penelitian didapat bahwa
penambahan serbuk tempurung kelapa meningkatkan kekuatan tarik dan Modulus
Young tertinggi didapatkan pada saat kandungan serbuk tempurung kelapanya
60% berat yaitu 12.2 MPa dan 260 MPa [8].
Hamid juga melakukan penelitian yang serupa dengan menggunakan
serbuk tempurung kelapa sebagai pengisi dengan menggunakan matriks
polietilena. Kekuatan tarik dan modulus young tertinggi didapat pada saat
kandungan serbuk tempurung kelapanya adalah 60% yaitu 12.59 MPa dan 297
MPa [7].
Oleh karena itu, penelitian untuk mendapatkan ukuran serbuk tempurung
kelapa yang paling sesuai dan menghasilkan kualitas komposit yang paling baik
dibandingkan dengan penelitian sebelumnya perlu dilakukan.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Dalam penelitian ini yang menjadi permasalahan adalah bagaimana
pengaruh ukuran serbuk tempurung kelapa ( 50 mesh, 70 mesh dan 100 mesh )
sebagai pengisi terhadap sifat – sifat bahan komposit poliester.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Untuk mendapatkan
ukuran serbuk tempurung kelapa terbaik sebagai
pengisi dalam komposit poliester tak jenuh sehingga menghasilkan sifat – sifat
komposit yang unggul .
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Salah satu alternatif untuk memanfaatkan tempurung kelapa sebagai
bahan pengisi komposit.
2. Memberikan informasi bagi dunia pendidikan / penelitian bahwa
tempurung kelapa dapat dimanfaatkan sebagai pengisi pada pembuatan
komposit dengan matriks poliester.
3
Universitas Sumatera Utara
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
1.5.1 Bahan Baku yang Digunakan
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian pengaruh tempurung kelapa
sebagai pengisi komposit matriks poliester tak jenuh dengan menggunakan katalis
metil etil keton (MEKP) ini adalah sebagai berikut :
1. Poliester tak jenuh sebagai matriks
2. Serbuk tempurung kelapa sebagai pengisi
3. Metil etil keton peroksida ( MEKP) sebagai katalis (1,2 ml)
4. Perbandingan STK dengan poliester tak jenuh (20 : 80)
1.5.2 Variabel yang digunakan
Variabel yang digunakan adalah ukuran serbuk tempurung kelapa 50 mesh,
70 mesh dan 100 mesh.
1.5.3 Parameter
1. Pengujian sifat kekuatan tarik (Tensile Strength) ASTM D-638
2. Pengujian sifat kekuatan Bentur (Impact Strength) ASTM D-256
3. Pengukuran Fraksi Volume Serat dalam komposit
4. Analisis spektroskopi inframerah (FTIR)
5. Pengujian daya serap terhadap air
4
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG
Teknologi bahan dewasa ini berkembang dengan pesat. Hal ini didorong
oleh kebutuhan akan bahan yang dapat memenuhi karakteristik tertentu yang
dikehendaki. Salah satu hasilnya adalah bahan komposit polimer. Kemampuan
untuk mudah dibentuk sesuai dengan kebutuhan, baik dalam segi kekuatan,
maupun bentuknya dan keunggulannya dalam rasio kekuatan terhadap berat,
mendorong penggunaan komposit polimer sebagai bahan pengganti material
logam konvensional pada berbagai produk.
Umumnya pengisi ditambahkan bahan polimer seperti termoplastik, karet
ataupun elastomer ditujukan untuk meningkatkan sifat-sifat tertentu seperti
kekuatan bahan dan mengurangi biaya atau keduanya sekaligus. Secara umum,
kemampuan penguatan suatu pengisi dipengaruhi oleh tiga ciri utama yaitu ukuran
dan luas permukaan, bentuk dan struktur permukaan serta aktivitas dan sifat-sifat
kimia permukaan. Pengisi penguat biasanya mempunyai ukuran partikel yang
kecil, permukaan yang aktif secara kimia . Semakin kecil ukuran dari partikel
pengisi maka luas permukaan semakin besar dan daya interaksi antara kedua
bahan akan semakin besar sehingga sifat-sifat mekanik akan semakin bagus [1].
Penggunaan bahan poliester tak jenuh yang merupakan plastik jenis
termoset sebagai matriks pada perkembangan komposit ditujukan karena bahan
tersebut mempunyai beberapa kelebihan antara lain : Kuat tidak mudah sobek,
tahan terhadap suhu yang tinggi, tidak larut dalam asam organik , penyerapan air
yang rendah, pengerutan yang minimal bila dibandingkan dengan plastik jenis
termoset yang lain [2].
Sebelumnya telah dilakukan penelitian menggunakan poliester sebagai
matriks antara lain oleh Porwanto dengan menggunakan serat bambu dan serat
gelas sebagai pengisinya. Dari penelitian didapatkan komposit dengan hasil yang
bervariasi. Kekuatan tarik paling ideal didapatkan pada saat fraksi volume
penguatnya adalah 2.5% yaitu 38.57 MPa [3]. Jamasri,dkk menggunakan serat
1
Universitas Sumatera Utara
tandan kelapa sawit sebagai pengisi hasil yang diperoleh adalah peningkatan
kekuatan tarik yang sangat baik pada saat fraksi berat serat 42% [4] .
Proses pengerasan resin diberi bahan tambahan yaitu, katalis jenis Metyl
Etyl Keton Peroksida (MEKP), katalis digunakan untuk mempercepat proses
pengerasan cairan resin pada suhu yang lebih tinggi [5]. Pemakaian katalis
dibatasi sampai 1% dari volume resin. Apabila MEKP lebih dari 1 % maka
kompositnya bisa lebih getas dan kemungkinan bisa meleleh.
Pemanfaatan buah kelapa umumnya hanya daging buahnya saja untuk
dijadikan kopra, minyak dan santan untuk keperluan rumah tangga, sedangkan
hasil sampingan lainnya seperti tempurung kelapa belum begitu banyak
dimanfaatkan. Penggunaan tempurung kelapa, sebagian kecil sebagai bahan bakar
untuk keperluan rumah tangga, arang aktif dan bahan baku pembuatan obat
nyamuk. Potensi lain pemanfaatan tempurung kelapa adalah sebagai alternatif
serat penguat bahan gesek karena tempurung kelapa tersebut memiliki
karakteristik fisik dan mekanik yang baik yaitu kekerasan dan kerapatan tinggi,
serta serapan airnya rendah. Sayangnya, potensi tempurung kelapa yang besar ini
belum semuanya dimanfaatkan [6].
Tempurung kelapa dapat dikumpulkan dari berbagai sumber antara lain
lokasi pembuatan kopra, pasar-pasar tradisional, industri santan instan, dan lainlain. Tempurung kelapa merupakan salah satu sumber bahan pengisi alamiah yang
potensial dan mempunyai prospek ekonomis tinggi. Penggunaan bahan pengisi
alamiah semakin meningkat seiring dengan perkembangan teknologi, faktor
ekonomis dan isu-isu lingkungan. Tempurung kelapa memiliki sifat daya tahan
yang sangat baik, sifat kekasaran yang tinggi dan sifat daya tahan terhadap
pengikisan. Komposisi tempurung kelapa antara lain, selulosa 26.6% dan lignin
29.40%. Karena sifat-sifat yang dimiliki oleh tempurung kelapa ini, maka bahan
ini sangat baik digunakan untuk jangka waktu yang lama. Berdasarkan uraian
tersebut, maka tempurung kelapa sebagai salah satu buangan pertanian yang
mengandung lignoselulosa memiliki potensi untuk digunakan sebagai bahan
pengisi pada proses pembuatan komposit dengan matriks poliester [7].
Beberapa penelitian telah dilakukan dengan memanfaatkan serbuk
tempurung kelapa sebagai pengisi pada pembuatan komposit. Salmah,dkk.
2
Universitas Sumatera Utara
menggunakan tempurung kelapa sebagai pengisi pada pembuatan komposit
termoplastik dengan matriks polietilena. Dari penelitian didapat bahwa
penambahan serbuk tempurung kelapa meningkatkan kekuatan tarik dan Modulus
Young tertinggi didapatkan pada saat kandungan serbuk tempurung kelapanya
60% berat yaitu 12.2 MPa dan 260 MPa [8].
Hamid juga melakukan penelitian yang serupa dengan menggunakan
serbuk tempurung kelapa sebagai pengisi dengan menggunakan matriks
polietilena. Kekuatan tarik dan modulus young tertinggi didapat pada saat
kandungan serbuk tempurung kelapanya adalah 60% yaitu 12.59 MPa dan 297
MPa [7].
Oleh karena itu, penelitian untuk mendapatkan ukuran serbuk tempurung
kelapa yang paling sesuai dan menghasilkan kualitas komposit yang paling baik
dibandingkan dengan penelitian sebelumnya perlu dilakukan.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Dalam penelitian ini yang menjadi permasalahan adalah bagaimana
pengaruh ukuran serbuk tempurung kelapa ( 50 mesh, 70 mesh dan 100 mesh )
sebagai pengisi terhadap sifat – sifat bahan komposit poliester.
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Untuk mendapatkan
ukuran serbuk tempurung kelapa terbaik sebagai
pengisi dalam komposit poliester tak jenuh sehingga menghasilkan sifat – sifat
komposit yang unggul .
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Salah satu alternatif untuk memanfaatkan tempurung kelapa sebagai
bahan pengisi komposit.
2. Memberikan informasi bagi dunia pendidikan / penelitian bahwa
tempurung kelapa dapat dimanfaatkan sebagai pengisi pada pembuatan
komposit dengan matriks poliester.
3
Universitas Sumatera Utara
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
1.5.1 Bahan Baku yang Digunakan
Bahan baku yang digunakan dalam penelitian pengaruh tempurung kelapa
sebagai pengisi komposit matriks poliester tak jenuh dengan menggunakan katalis
metil etil keton (MEKP) ini adalah sebagai berikut :
1. Poliester tak jenuh sebagai matriks
2. Serbuk tempurung kelapa sebagai pengisi
3. Metil etil keton peroksida ( MEKP) sebagai katalis (1,2 ml)
4. Perbandingan STK dengan poliester tak jenuh (20 : 80)
1.5.2 Variabel yang digunakan
Variabel yang digunakan adalah ukuran serbuk tempurung kelapa 50 mesh,
70 mesh dan 100 mesh.
1.5.3 Parameter
1. Pengujian sifat kekuatan tarik (Tensile Strength) ASTM D-638
2. Pengujian sifat kekuatan Bentur (Impact Strength) ASTM D-256
3. Pengukuran Fraksi Volume Serat dalam komposit
4. Analisis spektroskopi inframerah (FTIR)
5. Pengujian daya serap terhadap air
4
Universitas Sumatera Utara