Pengaruh Perlakuan Alkali (NaOH) Terhadap Sifat Mekanik Komposit Epoksi Berpengisi Partikel Serat Buah Pinang
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Penggunaan polimer dan komposit dewasa ini semakin meningkat di segala
bidang, seperti komponen utama dalam pembuatan bodi kendaraan, bahan pelapis,
peralatan olahraga, peralatan memasak, dan lain-lain. Perkembangan teknologi dan
penelitian dalam bidang polimer dan komposit ini juga semakin berkembang pesat
seiring
dengan
meningkatnya
kebutuhan akan polimer.
Dalam pembuatannya,
komposit polimer mengalami pergeseran dari komposit polimer berpenguat serat
sintetis menjadi komposit polimer berpenguat serat alam, sebagai contoh, PT. Toyota
di Jepang telah memanfaatkan bahan komposit berpenguat serat kenaf sebagai
komponen panel interior mobil jenis sedan. Selain itu, produsen mobil Daimler-Bens
pun telah memanfaatkan serat abaca sebagai penguat bahan komposit untuk
dashboard [1].
Serat alami memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan serat
sintetis, seperti beratnya yang lebih ringan, dapat diolah secara alami, dan ramah
lingkungan. Serat alami merupakan bahan yang dapat diperbaharui dan mempunyai
kekuatan dan kekakuan yang relatif tinggi dan tidak menyebabkan iritasi kulit,
keuntungan lain adalah kualitas stabilitas panas yang rendah [2]. Serat alami (sisal,
pinang, dan lain-lain) telah menarik perhatian para ilmuwan untuk diaplikasikan
dalam barang-barang konsumer, perumahan dengan biaya rendah, dan struktur sipil
lainnya. Telah ditemukan bahwa komposit serat alami memiliki sifat mekanik yang
baik dengan massa jenis yang rendah dan hambatan listrik yang lebih baik [3].
Di antara semua bahan serat penguat alami, pinang tampaknya menjadi bahan
yang menjanjikan karena murah, banyak tersedia, dan berpotensi sebagai tanaman
tumbuh hijau. Selain itu, pemanfaatan buah pinang masih sebatas biji yang
digunakan dalam bidang pengobatan, bahan cat, coklat, dan lain-lain. Sehingga kulit
dari buah pinang tersebut menjadi limbah yang masih belum dimanfaatkan lebih
lanjut. Di Indonesia, luas area tanaman pinang pada tahun 2011 sebesar 147.890 ha,
dengan produksi 69.881 ton dan produktivitas rata-rata 743 kg/ha. Biji pinang
merupakan salah satu komoditas ekspor dengan jumlah ekspor mencapai 197.197 ton
1
Universitas Sumatera Utara
pada tahun 2009 dengan nilai US$ 92,58 juta. Sehingga jika dilihat dari data pada
tahun 2009 dan 2011, buah pinang memiliki potensi di masa mendatang [4].
Buah
pinang mengandung 60-80% sabut pinang dari total berat dan volum dari buah segar
[5].
Komponen-komponen
penyusun
dari
serat
pinang
masih
mengandung
pengotor yang dapat menurunkan kekuatan serat sebagai pengisi komposit. Sehingga
perlu diberi perlakuan awal pada serat untuk meningkatkan kekuatannya. Salah satu
cara untuk meningkatkan kekuatan pada komposit yakni dapat dilakukan dengan
perlakuan kimia pada serat. Salah satunya adalah dengan bahan kimia alkali (NaOH).
Bahan kimia ini dipilih karena murah dan mudah didapat. Perlakuan alkali pada serat
bertujuan untuk membersihkan permukaan serat dari lignin dan kotoran lainnya,
yang dapat diamati melalui Scanning Electron Microscopy (SEM) [1].
Dari penelitian yang telah dilakukan oleh Soemardi [6], menggunakan
perbandingan epoksi : epoksi hardener (1:1) dengan menggunakan pengisi serat rami
dan menghasilkan kekuatan tarik sebesar 260 MPa. Menurut Lokantara [2],
komposisi hardener berlebih menyebabkan ikatan matrik dengan penguat belum
terjadi dengan
sempurna karena matrik
mengering lebih cepat yang dapat
menurunkan kekuatan tarik maupun kekuatan lentur komposit tersebut. Hal ini juga
diperkuat dari analisa yang dilakukan terhadap foto makro yang diambil setelah
semua spesimen diuji.
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Girisha [7], komposit hybrid
serat buah pinang dan serat buah asam jawa menghasilkan kekuatan mekanik
tertinggi pada fraksi volum serat 40%-50%.
Meskipun ada banyak penelitian tentang komposit berpengisi serat alam,
hanya beberapa referensi yang tersedia pada komposit berpengisi serat buah pinang.
Dalam hal untuk mengembangkan komposit berpengisi serat alam dengan kekuatan,
kekakuan, ketahanan dan kehandalan yang baik, maka perlu dilakukan penelitian
tentang komposit berpengisi serat alam, khususnya serat buah pinang [5].
Dari hasil uraian di atas, maka penulis tertarik untuk meneliti pengaruh
perlakuan alkali terhadap sifat mekanik komposit epoksi berpengisi partikel serat
buah pinang. Sifat mekanik di atas meliputi kekuatan tarik, kekuatan lentur, dan
2
Universitas Sumatera Utara
kekuatan bentur serta uji Fourirer Transform-Infra Red (FT-IR), penyerapan air
(water absorption), dan Scanning Electron Microscopy (SEM).
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah yang dikaji dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh perbandingan fraksi volum serat buah pinang dengan
epoksi terhadap sifat mekanik yang meliputi kekuatan tarik, kekuatan lentur,
dan kekuatan bentur dari komposit epoksi berpengisi partikel serat buah
pinang yang dihasilkan.
2. Bagaimana pengaruh konsentrasi alkali (NaOH) pada serat buah pinang
terhadap sifat mekanik yang meliputi kekuatan tarik, kekuatan bengkok, dan
kekuatan bentur dari komposit epoksi berpengisi partikel serat buah pinang
yang dihasilkan.
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan penelitian ini adalah :
3. Untuk mengetahui pengaruh perbandingan fraksi volum serat buah pinang
dengan epoksi terhadap sifat mekanik yang meliputi kekuatan tarik, kekuatan
lentur, dan kekuatan bentur dari komposit epoksi berpengisi partikel serat
buah pinang yang dihasilkan.
4. Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi alkali (NaOH) pada serat buah
pinang terhadap sifat mekanik yang meliputi kekuatan tarik, kekuatan lentur,
dan kekuatan bentur dari komposit epoksi berpengisi partikel serat buah
pinang yang dihasilkan.
1.4
MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Meningkatkan nilai ekonomis dari serat buah pinang.
2. Dapat memberikan informasi mengenai sifat mekanik komposit epoksi
berpengisi partikel serat buah pinang.
3
Universitas Sumatera Utara
3. Sebagai bahan perbandingan sifat mekanik komposit epoksi berpengisi
partikel serat buah pinang dengan komposit epoksi berpengisi partikel serat
lain.
1.5
RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dalam penelitian ini adalah :
1.5.1 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Laboratorium Lateks,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Laboratorium Farmasi, Fakultas
Farmasi, Universitas Sumatera Utara, dan Laboratorium Fisika, Universitas Negeri
Medan.
1.5.2 Bahan Baku Yang Digunakan
1. Serat buah pinang yang digunakan adalah serat yang berada diantara kulit
terluar dan biji yang berupa hasil pembuangan, sebagai bahan pengisi yang
didapat dari supplier buah pinang di Stabat.
2. Epoksi sebagai matriks yang diperoleh dari toko peralatan dan bahan kimia
PT. Justus Kimiaraya.
1.5.3 Variabel Yang Digunakan
1. Variasi fraksi volum epoksi dengan serat buah pinang 50:50, 60:40, 70:30,
dan 100:0
2. Variasi konsentrasi alkali (NaOH) yang digunakan dalam perendaman serat
0%, 1%, 2%, dan 3%.
1.5.4 Analisa Hasil Penelitian
1. Uji kekuatan tarik (tensile strength) ASTM D 638-10 Tipe IV.
2. Uji kekuatan lentur (bending strength) ASTM D 790.
3. Uji kekuatan bentur (impact strength) ASTM D 4812-11.
4. Uji penyerapan air (water absorption) ASTM D 570.
5. Uji Fourier Transform-Infra Red (FT-IR).
6. Uji Scanning Electron Microscopy (SEM).
4
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Penggunaan polimer dan komposit dewasa ini semakin meningkat di segala
bidang, seperti komponen utama dalam pembuatan bodi kendaraan, bahan pelapis,
peralatan olahraga, peralatan memasak, dan lain-lain. Perkembangan teknologi dan
penelitian dalam bidang polimer dan komposit ini juga semakin berkembang pesat
seiring
dengan
meningkatnya
kebutuhan akan polimer.
Dalam pembuatannya,
komposit polimer mengalami pergeseran dari komposit polimer berpenguat serat
sintetis menjadi komposit polimer berpenguat serat alam, sebagai contoh, PT. Toyota
di Jepang telah memanfaatkan bahan komposit berpenguat serat kenaf sebagai
komponen panel interior mobil jenis sedan. Selain itu, produsen mobil Daimler-Bens
pun telah memanfaatkan serat abaca sebagai penguat bahan komposit untuk
dashboard [1].
Serat alami memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan serat
sintetis, seperti beratnya yang lebih ringan, dapat diolah secara alami, dan ramah
lingkungan. Serat alami merupakan bahan yang dapat diperbaharui dan mempunyai
kekuatan dan kekakuan yang relatif tinggi dan tidak menyebabkan iritasi kulit,
keuntungan lain adalah kualitas stabilitas panas yang rendah [2]. Serat alami (sisal,
pinang, dan lain-lain) telah menarik perhatian para ilmuwan untuk diaplikasikan
dalam barang-barang konsumer, perumahan dengan biaya rendah, dan struktur sipil
lainnya. Telah ditemukan bahwa komposit serat alami memiliki sifat mekanik yang
baik dengan massa jenis yang rendah dan hambatan listrik yang lebih baik [3].
Di antara semua bahan serat penguat alami, pinang tampaknya menjadi bahan
yang menjanjikan karena murah, banyak tersedia, dan berpotensi sebagai tanaman
tumbuh hijau. Selain itu, pemanfaatan buah pinang masih sebatas biji yang
digunakan dalam bidang pengobatan, bahan cat, coklat, dan lain-lain. Sehingga kulit
dari buah pinang tersebut menjadi limbah yang masih belum dimanfaatkan lebih
lanjut. Di Indonesia, luas area tanaman pinang pada tahun 2011 sebesar 147.890 ha,
dengan produksi 69.881 ton dan produktivitas rata-rata 743 kg/ha. Biji pinang
merupakan salah satu komoditas ekspor dengan jumlah ekspor mencapai 197.197 ton
1
Universitas Sumatera Utara
pada tahun 2009 dengan nilai US$ 92,58 juta. Sehingga jika dilihat dari data pada
tahun 2009 dan 2011, buah pinang memiliki potensi di masa mendatang [4].
Buah
pinang mengandung 60-80% sabut pinang dari total berat dan volum dari buah segar
[5].
Komponen-komponen
penyusun
dari
serat
pinang
masih
mengandung
pengotor yang dapat menurunkan kekuatan serat sebagai pengisi komposit. Sehingga
perlu diberi perlakuan awal pada serat untuk meningkatkan kekuatannya. Salah satu
cara untuk meningkatkan kekuatan pada komposit yakni dapat dilakukan dengan
perlakuan kimia pada serat. Salah satunya adalah dengan bahan kimia alkali (NaOH).
Bahan kimia ini dipilih karena murah dan mudah didapat. Perlakuan alkali pada serat
bertujuan untuk membersihkan permukaan serat dari lignin dan kotoran lainnya,
yang dapat diamati melalui Scanning Electron Microscopy (SEM) [1].
Dari penelitian yang telah dilakukan oleh Soemardi [6], menggunakan
perbandingan epoksi : epoksi hardener (1:1) dengan menggunakan pengisi serat rami
dan menghasilkan kekuatan tarik sebesar 260 MPa. Menurut Lokantara [2],
komposisi hardener berlebih menyebabkan ikatan matrik dengan penguat belum
terjadi dengan
sempurna karena matrik
mengering lebih cepat yang dapat
menurunkan kekuatan tarik maupun kekuatan lentur komposit tersebut. Hal ini juga
diperkuat dari analisa yang dilakukan terhadap foto makro yang diambil setelah
semua spesimen diuji.
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Girisha [7], komposit hybrid
serat buah pinang dan serat buah asam jawa menghasilkan kekuatan mekanik
tertinggi pada fraksi volum serat 40%-50%.
Meskipun ada banyak penelitian tentang komposit berpengisi serat alam,
hanya beberapa referensi yang tersedia pada komposit berpengisi serat buah pinang.
Dalam hal untuk mengembangkan komposit berpengisi serat alam dengan kekuatan,
kekakuan, ketahanan dan kehandalan yang baik, maka perlu dilakukan penelitian
tentang komposit berpengisi serat alam, khususnya serat buah pinang [5].
Dari hasil uraian di atas, maka penulis tertarik untuk meneliti pengaruh
perlakuan alkali terhadap sifat mekanik komposit epoksi berpengisi partikel serat
buah pinang. Sifat mekanik di atas meliputi kekuatan tarik, kekuatan lentur, dan
2
Universitas Sumatera Utara
kekuatan bentur serta uji Fourirer Transform-Infra Red (FT-IR), penyerapan air
(water absorption), dan Scanning Electron Microscopy (SEM).
1.2
PERUMUSAN MASALAH
Perumusan masalah yang dikaji dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh perbandingan fraksi volum serat buah pinang dengan
epoksi terhadap sifat mekanik yang meliputi kekuatan tarik, kekuatan lentur,
dan kekuatan bentur dari komposit epoksi berpengisi partikel serat buah
pinang yang dihasilkan.
2. Bagaimana pengaruh konsentrasi alkali (NaOH) pada serat buah pinang
terhadap sifat mekanik yang meliputi kekuatan tarik, kekuatan bengkok, dan
kekuatan bentur dari komposit epoksi berpengisi partikel serat buah pinang
yang dihasilkan.
1.3
TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan penelitian ini adalah :
3. Untuk mengetahui pengaruh perbandingan fraksi volum serat buah pinang
dengan epoksi terhadap sifat mekanik yang meliputi kekuatan tarik, kekuatan
lentur, dan kekuatan bentur dari komposit epoksi berpengisi partikel serat
buah pinang yang dihasilkan.
4. Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi alkali (NaOH) pada serat buah
pinang terhadap sifat mekanik yang meliputi kekuatan tarik, kekuatan lentur,
dan kekuatan bentur dari komposit epoksi berpengisi partikel serat buah
pinang yang dihasilkan.
1.4
MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut :
1. Meningkatkan nilai ekonomis dari serat buah pinang.
2. Dapat memberikan informasi mengenai sifat mekanik komposit epoksi
berpengisi partikel serat buah pinang.
3
Universitas Sumatera Utara
3. Sebagai bahan perbandingan sifat mekanik komposit epoksi berpengisi
partikel serat buah pinang dengan komposit epoksi berpengisi partikel serat
lain.
1.5
RUANG LINGKUP PENELITIAN
Adapun ruang lingkup dalam penelitian ini adalah :
1.5.1 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian dan Laboratorium Lateks,
Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Laboratorium Farmasi, Fakultas
Farmasi, Universitas Sumatera Utara, dan Laboratorium Fisika, Universitas Negeri
Medan.
1.5.2 Bahan Baku Yang Digunakan
1. Serat buah pinang yang digunakan adalah serat yang berada diantara kulit
terluar dan biji yang berupa hasil pembuangan, sebagai bahan pengisi yang
didapat dari supplier buah pinang di Stabat.
2. Epoksi sebagai matriks yang diperoleh dari toko peralatan dan bahan kimia
PT. Justus Kimiaraya.
1.5.3 Variabel Yang Digunakan
1. Variasi fraksi volum epoksi dengan serat buah pinang 50:50, 60:40, 70:30,
dan 100:0
2. Variasi konsentrasi alkali (NaOH) yang digunakan dalam perendaman serat
0%, 1%, 2%, dan 3%.
1.5.4 Analisa Hasil Penelitian
1. Uji kekuatan tarik (tensile strength) ASTM D 638-10 Tipe IV.
2. Uji kekuatan lentur (bending strength) ASTM D 790.
3. Uji kekuatan bentur (impact strength) ASTM D 4812-11.
4. Uji penyerapan air (water absorption) ASTM D 570.
5. Uji Fourier Transform-Infra Red (FT-IR).
6. Uji Scanning Electron Microscopy (SEM).
4
Universitas Sumatera Utara