Pengaruh Panjang Serat Terhadap Sifat Mekanik dan Fisik Komposit Polipropilena-Polipropilena Tergrafting Maleat Anhidrat-Serat Daun Nenas Yang Telah Dialkalisasi
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Komposit merupakan salah satu jenis bahan yang dibuat dengan penggabungan
dua atau lebih macam bahan yang mempunyai sifat berbeda menjadi satu material
dengan sifat yang berbeda pula. Komposit mempunyai keunggulan seperti kuat,
ringan, tahan korosi, ekonomis, dan sebagainya (Wicaksono, 2006).
John (2008) mengatakan komposit berpenguat serat alam telah menarik
perhatian para peneliti terutama bagi mereka yang mencari pengganti bahan
penguat yang berbahan dasar minyak bumi. Dengan menghasilkan suatu bahan
yang 100% berbahan dasar serat alam sebagai pengganti bahan yang berbahan
dasar minyak bumi yang tidak ekonomis.
Menurut Faisal (2010) serat alam telah umum digunakan sebagai penguat
didalam komposit karena harganya yang murah dan dapat mengurangi masalah
lingkungan karena dapat digunakan sebagai pengisi dalam pembuatan komposit.
Serat alam dapat berasal dari limbah pertanian dan hasil proses hutan.
Nenas merupakan tanaman yang cukup banyak terdapat di wilayah
Indonesia. Berdasarkan angka tetap (ATAP) 2011 dari Direktorat Jenderal
Hortikultura, perkembangan luas panen nenas di Indonesia selama tahun 20002011 mengalami peningkatan dengan rata-rata pertumbuhan 10,77% per tahun.
Provinsi Sumatera Utara, pada tahun 2011, Kab. Tapanuli Utara adalah kabupaten
penghasil nenas terbesar dengan produksi mencapai 144.210 ton atau 78,72%
dari produksi nenas di Provinsi Sumatera Utara. Kabupaten penghasil nenas
terbesar lainnya adalah Kab. Simalungun dengan 33.560 ton (18,32%) dan Kab.
Tapanuli Selatan dengan 1.962 ton (1,07%).
Universitas Sumatera Utara
Dari data diatas terlihat sangat banyak nenas yang diproduksi pertahun di
provinsi Sumatera Utara namun limbah daun nenas yang dihasilkan pertahun pun
sangat banyak, sementara limbah daun nenas yang dihasilkan belum banyak
dimanfaatkan. Oleh karena itu untuk meningkatkan pemanfaatan daun nenas, serat
daun nenas digunakan sebagai penguat didalam pembuatan komposit.
Namun pencampuran serat alam dengan polipropilena sebagai matriks
tidak dapat bercampur, disebabkan karena pengisi alam yang bersifat hidrofilik
dan termoplastik yang bersifat hidrofobik. Untuk mengubah sifat tolak menolak
ini maka polipropilena yang digunakan dicangkokkan dengan gugus fungsi yang
bersifat hidrofilik seperti maleat anhidrat untuk mengubah sifat adhesi permukaan
dari serat dan polipropilena (Kim Hee Soo, 2007).
Selain pencangkokan gugus hidrofilik pada matrik untuk meningkatkan
ikatan antara pengisi dan matrik dapat juga dilakukan dengan perendaman serat
dalam alkali (NaOH). Menurut Maryanti (2011), perendaman serat ke dalam
alkali berfungsi untuk meningkatkan kompabilitas antara serat alam dan matriks
serta menghasilkan serat dengan kualitas yang tinggi.
Rahman (2011), didalam penelitiannya mengenai pengaruh fraksi volume
serat terhadap sifat-sifat tarik komposit unidireksional diperkuat serat tebu dengan
poliester dengan fraksi volume serat tebu 0%, 10%, 20%, 30%, dan 40%. Dimana
serat tebu yang digunakan telah direndam terlebih dahulu dalam larutan alkali
NaOH 5% selama 2 jam. Dari hasil penilitian menunjukkan bahwa dengan
bertambahnya fraksi volume mengakibatkan penurunan kekuatan tarik dan
regangan tarik namun meningkatkan modulus elastisitasnya.
Jamasri (2006), didalam penelitiannya mengenai studi perlakuan alkali dan
tebal core terhadap sifat bending komposit sandwich berpenguat serat sawit
dengan core kayu sawit dimana kayu sawit yang digunakan dengan variasi
ketebalan 10 mm, 15 mm, 20 mm dan 25 mm yang dikenai perlakuan alkali (5%
NaOH) selama 2 jam dengan metode pembuatan komposit dilakukan dengan
Universitas Sumatera Utara
metode cetak tekan menghasilkan kekuatan bending komposit yang lebih tinggi
dengan perlakuan serat dibandingkan tanpa perlakuan serat.
Berdasarkan uraian diatas, maka peneliti ingin meneliti komposit berbahan
penguat serat nenas yang telah mengalami proses alkalisasi dengan PP sebagai
matriks dan PP-g-MA sebagai zat pengkompatibel pada komposit dimana uji
mekanik yang dilakukan adalah uji tarik dan uji fisik yang dilakukan adalah uji
densitas dan daya serap air.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana pengaruh variasi berat PP dan PP-g-MA terhadap sifat
mekanik dan fisik dari komposit polipropilena, PP-g-MA dan serat daun
nenas
2. Bagaimana pengaruh panjang serat terhadap sifat mekanik dan fisik dari
komposit polipropilena, PP-g-MA dan serat daun nenas
1.3 Pembatasan Masalah
1. Bahan termoplastik yang digunakan adalah polipropilena bekas
2. Jenis nenas yang digunakan adalah Ananas Comosus dan diambil dari
daerah Pematang Siantar
3. Proses pencampuran polipropilena, polipropilena tergarfating maleat
anhidrat dan serat daun nenas dilakukan secara manual
4. Proses pencetakan spesimen dilaukan dengan metode cetak tekan
5. Penyusunan serat daun nenas dilakukan searah dengan panjang spesimen
6. Parameter sifat mekanik yaitu uji tarik dan kemuluran, dan parameter sifat
fisik yaitu uji densitas dan daya serap air
Universitas Sumatera Utara
1.4 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui pengaruh variasi berat PP dan PP-g-MA terhadap sifat
mekanik dan sifat fisik komposit polipropilena, polipropilena tergrafting
maleat anhidrat dan serat daun nenas.
2. Untuk mengetahui pengaruh panjang serat terhadap sifat mekanik dan sifat
fisik komposit polipropilena, polipropilena tergrafting maleat anhidrat dan
serat daun nenas.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan papan komposit yang memiliki sifat
mekanik yang lebih baik. Dengan menggunakan serat nenas yang telah
mengalami proses alkalisasi sebagai bahan pengisi pada papan komposit dimana
serat nenas merupakan hasil samping yang belum banyak dimanfaatkan. Papan
komposit yang dihasilkan dapat diaplikasikan di bidang industri seperti otomotif,
konstruksi, jendela, bingkai pintu, perabotan rumah tangga.
Universitas Sumatera Utara
1.6 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium,dimana pada penelitian ini
dilakukan dalam 3 tahap :
1.
Tahap I
Pada tahap ini daun nenas direndam dalam air selama 2 minggu, kemudian serat
diambil. Proses alkalisasi serat nenas, direndam dalam larutan NaOH 5 % selama
1 jam.
2.
Tahap II
Pada tahap ini, proses grafting maleat anhidrat dengan propilena yang telah
terdegradasi dengan perbandingan PP : maleat anhidrat : benzoil peroksida
95% : 3% : 2% dengan mencampurkan PP dengan maleat anhidrat dalam internal
mixer pada suhu 160oC hingga melebur, kemudian hasil grafting dikarakterisasi.
3.
Tahap III
Pada tahap ini pembuatan papan komposit PP/PP-g-MA/serat daun nenas dengan
variasi berat polipropilena dan PP-g-MA. Proses pembuatan papan komposit yaitu
serbuk PP dan PP-g-MA dituang kedalam cetakan kemudian serat nenas disusun
searah dengan panjang spesimen. Kemudian campuran PP, PP-g-MA dan serat
nenas ditekan dengan menggunakan hot press pada suhu 170oC selama 30 menit.
Parameter yang digunakan untuk sifat mekanik yaitu uji tarik dan kemuluran,
untuk sifat fisk yaitu uji kerapatan dan daya serap air.
a. variabel tetap :
1. berat serat
2. suhu hot press 170oC
Universitas Sumatera Utara
b. variabel bebas:
perbandingan polipropilena : PP-g-MA : serat daun nenas :
1. 8 : 1 : 1
2. 7 : 2 : 1
3. 6 : 3 : 1
4. 5 : 4 : 1
5. 4 : 5 : 1
c. variasi terikat :
1. uji mekanik : kuat tarik dan kemuluran
2. uji sifat fisik : kerapatan dan daya serap air
4.Tahap IV
Pada tahap ini pembuatan komposit dengan variasi panjang serat 1 cm, 2 cm, 3
cm, 4 cm, dan 5 cm dimana perbandingan berat polipropilena dan PP-g-MA yang
digunakan merupakan perbandingan yang memiliki kuat tarik paling tinggi dari
variasi berat polipropilena dan PP-g-MA. Pemotongan serat dilakukan secara
manual. Penyusunan serat disusun searah dengan panjang spesimen. Kemudian
campuran PP, PP-g-MA dan serat nenas ditekan dengan menggunakan hot press
pada suhu 170oC selama 30 menit. Parameter yang digunakan untuk sifat mekanik
yaitu uji tarik dan kemuluran, untuk sifat fisk yaitu uji kerapatan dan daya serap
air.
a. variabel tetap :
1. berat serat
2. suhu hot press 170oC
b. variabel bebas:
panjang serat : 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, dan 5 cm
c. variabel terikat :
1.
uji mekanik : kuat tarik dan kemuluran
2.
uji sifat fisik : kerapatan dan daya serap air
Universitas Sumatera Utara
1.7 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer FMIPA Universitas
Sumatera Utara, Laboratorium Kimia Fisika FMIPA Universitas Sumatera Utara,
uji FT-IR dilakukan di Laboratorium Kimia Organik FMIPA Universitas Gajah
Mada, untuk uji tarik dilakukan di Laboratorium Penelitian Impact and Fracture
Fakultas Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Komposit merupakan salah satu jenis bahan yang dibuat dengan penggabungan
dua atau lebih macam bahan yang mempunyai sifat berbeda menjadi satu material
dengan sifat yang berbeda pula. Komposit mempunyai keunggulan seperti kuat,
ringan, tahan korosi, ekonomis, dan sebagainya (Wicaksono, 2006).
John (2008) mengatakan komposit berpenguat serat alam telah menarik
perhatian para peneliti terutama bagi mereka yang mencari pengganti bahan
penguat yang berbahan dasar minyak bumi. Dengan menghasilkan suatu bahan
yang 100% berbahan dasar serat alam sebagai pengganti bahan yang berbahan
dasar minyak bumi yang tidak ekonomis.
Menurut Faisal (2010) serat alam telah umum digunakan sebagai penguat
didalam komposit karena harganya yang murah dan dapat mengurangi masalah
lingkungan karena dapat digunakan sebagai pengisi dalam pembuatan komposit.
Serat alam dapat berasal dari limbah pertanian dan hasil proses hutan.
Nenas merupakan tanaman yang cukup banyak terdapat di wilayah
Indonesia. Berdasarkan angka tetap (ATAP) 2011 dari Direktorat Jenderal
Hortikultura, perkembangan luas panen nenas di Indonesia selama tahun 20002011 mengalami peningkatan dengan rata-rata pertumbuhan 10,77% per tahun.
Provinsi Sumatera Utara, pada tahun 2011, Kab. Tapanuli Utara adalah kabupaten
penghasil nenas terbesar dengan produksi mencapai 144.210 ton atau 78,72%
dari produksi nenas di Provinsi Sumatera Utara. Kabupaten penghasil nenas
terbesar lainnya adalah Kab. Simalungun dengan 33.560 ton (18,32%) dan Kab.
Tapanuli Selatan dengan 1.962 ton (1,07%).
Universitas Sumatera Utara
Dari data diatas terlihat sangat banyak nenas yang diproduksi pertahun di
provinsi Sumatera Utara namun limbah daun nenas yang dihasilkan pertahun pun
sangat banyak, sementara limbah daun nenas yang dihasilkan belum banyak
dimanfaatkan. Oleh karena itu untuk meningkatkan pemanfaatan daun nenas, serat
daun nenas digunakan sebagai penguat didalam pembuatan komposit.
Namun pencampuran serat alam dengan polipropilena sebagai matriks
tidak dapat bercampur, disebabkan karena pengisi alam yang bersifat hidrofilik
dan termoplastik yang bersifat hidrofobik. Untuk mengubah sifat tolak menolak
ini maka polipropilena yang digunakan dicangkokkan dengan gugus fungsi yang
bersifat hidrofilik seperti maleat anhidrat untuk mengubah sifat adhesi permukaan
dari serat dan polipropilena (Kim Hee Soo, 2007).
Selain pencangkokan gugus hidrofilik pada matrik untuk meningkatkan
ikatan antara pengisi dan matrik dapat juga dilakukan dengan perendaman serat
dalam alkali (NaOH). Menurut Maryanti (2011), perendaman serat ke dalam
alkali berfungsi untuk meningkatkan kompabilitas antara serat alam dan matriks
serta menghasilkan serat dengan kualitas yang tinggi.
Rahman (2011), didalam penelitiannya mengenai pengaruh fraksi volume
serat terhadap sifat-sifat tarik komposit unidireksional diperkuat serat tebu dengan
poliester dengan fraksi volume serat tebu 0%, 10%, 20%, 30%, dan 40%. Dimana
serat tebu yang digunakan telah direndam terlebih dahulu dalam larutan alkali
NaOH 5% selama 2 jam. Dari hasil penilitian menunjukkan bahwa dengan
bertambahnya fraksi volume mengakibatkan penurunan kekuatan tarik dan
regangan tarik namun meningkatkan modulus elastisitasnya.
Jamasri (2006), didalam penelitiannya mengenai studi perlakuan alkali dan
tebal core terhadap sifat bending komposit sandwich berpenguat serat sawit
dengan core kayu sawit dimana kayu sawit yang digunakan dengan variasi
ketebalan 10 mm, 15 mm, 20 mm dan 25 mm yang dikenai perlakuan alkali (5%
NaOH) selama 2 jam dengan metode pembuatan komposit dilakukan dengan
Universitas Sumatera Utara
metode cetak tekan menghasilkan kekuatan bending komposit yang lebih tinggi
dengan perlakuan serat dibandingkan tanpa perlakuan serat.
Berdasarkan uraian diatas, maka peneliti ingin meneliti komposit berbahan
penguat serat nenas yang telah mengalami proses alkalisasi dengan PP sebagai
matriks dan PP-g-MA sebagai zat pengkompatibel pada komposit dimana uji
mekanik yang dilakukan adalah uji tarik dan uji fisik yang dilakukan adalah uji
densitas dan daya serap air.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun perumusan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana pengaruh variasi berat PP dan PP-g-MA terhadap sifat
mekanik dan fisik dari komposit polipropilena, PP-g-MA dan serat daun
nenas
2. Bagaimana pengaruh panjang serat terhadap sifat mekanik dan fisik dari
komposit polipropilena, PP-g-MA dan serat daun nenas
1.3 Pembatasan Masalah
1. Bahan termoplastik yang digunakan adalah polipropilena bekas
2. Jenis nenas yang digunakan adalah Ananas Comosus dan diambil dari
daerah Pematang Siantar
3. Proses pencampuran polipropilena, polipropilena tergarfating maleat
anhidrat dan serat daun nenas dilakukan secara manual
4. Proses pencetakan spesimen dilaukan dengan metode cetak tekan
5. Penyusunan serat daun nenas dilakukan searah dengan panjang spesimen
6. Parameter sifat mekanik yaitu uji tarik dan kemuluran, dan parameter sifat
fisik yaitu uji densitas dan daya serap air
Universitas Sumatera Utara
1.4 Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui pengaruh variasi berat PP dan PP-g-MA terhadap sifat
mekanik dan sifat fisik komposit polipropilena, polipropilena tergrafting
maleat anhidrat dan serat daun nenas.
2. Untuk mengetahui pengaruh panjang serat terhadap sifat mekanik dan sifat
fisik komposit polipropilena, polipropilena tergrafting maleat anhidrat dan
serat daun nenas.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan papan komposit yang memiliki sifat
mekanik yang lebih baik. Dengan menggunakan serat nenas yang telah
mengalami proses alkalisasi sebagai bahan pengisi pada papan komposit dimana
serat nenas merupakan hasil samping yang belum banyak dimanfaatkan. Papan
komposit yang dihasilkan dapat diaplikasikan di bidang industri seperti otomotif,
konstruksi, jendela, bingkai pintu, perabotan rumah tangga.
Universitas Sumatera Utara
1.6 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium,dimana pada penelitian ini
dilakukan dalam 3 tahap :
1.
Tahap I
Pada tahap ini daun nenas direndam dalam air selama 2 minggu, kemudian serat
diambil. Proses alkalisasi serat nenas, direndam dalam larutan NaOH 5 % selama
1 jam.
2.
Tahap II
Pada tahap ini, proses grafting maleat anhidrat dengan propilena yang telah
terdegradasi dengan perbandingan PP : maleat anhidrat : benzoil peroksida
95% : 3% : 2% dengan mencampurkan PP dengan maleat anhidrat dalam internal
mixer pada suhu 160oC hingga melebur, kemudian hasil grafting dikarakterisasi.
3.
Tahap III
Pada tahap ini pembuatan papan komposit PP/PP-g-MA/serat daun nenas dengan
variasi berat polipropilena dan PP-g-MA. Proses pembuatan papan komposit yaitu
serbuk PP dan PP-g-MA dituang kedalam cetakan kemudian serat nenas disusun
searah dengan panjang spesimen. Kemudian campuran PP, PP-g-MA dan serat
nenas ditekan dengan menggunakan hot press pada suhu 170oC selama 30 menit.
Parameter yang digunakan untuk sifat mekanik yaitu uji tarik dan kemuluran,
untuk sifat fisk yaitu uji kerapatan dan daya serap air.
a. variabel tetap :
1. berat serat
2. suhu hot press 170oC
Universitas Sumatera Utara
b. variabel bebas:
perbandingan polipropilena : PP-g-MA : serat daun nenas :
1. 8 : 1 : 1
2. 7 : 2 : 1
3. 6 : 3 : 1
4. 5 : 4 : 1
5. 4 : 5 : 1
c. variasi terikat :
1. uji mekanik : kuat tarik dan kemuluran
2. uji sifat fisik : kerapatan dan daya serap air
4.Tahap IV
Pada tahap ini pembuatan komposit dengan variasi panjang serat 1 cm, 2 cm, 3
cm, 4 cm, dan 5 cm dimana perbandingan berat polipropilena dan PP-g-MA yang
digunakan merupakan perbandingan yang memiliki kuat tarik paling tinggi dari
variasi berat polipropilena dan PP-g-MA. Pemotongan serat dilakukan secara
manual. Penyusunan serat disusun searah dengan panjang spesimen. Kemudian
campuran PP, PP-g-MA dan serat nenas ditekan dengan menggunakan hot press
pada suhu 170oC selama 30 menit. Parameter yang digunakan untuk sifat mekanik
yaitu uji tarik dan kemuluran, untuk sifat fisk yaitu uji kerapatan dan daya serap
air.
a. variabel tetap :
1. berat serat
2. suhu hot press 170oC
b. variabel bebas:
panjang serat : 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, dan 5 cm
c. variabel terikat :
1.
uji mekanik : kuat tarik dan kemuluran
2.
uji sifat fisik : kerapatan dan daya serap air
Universitas Sumatera Utara
1.7 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer FMIPA Universitas
Sumatera Utara, Laboratorium Kimia Fisika FMIPA Universitas Sumatera Utara,
uji FT-IR dilakukan di Laboratorium Kimia Organik FMIPA Universitas Gajah
Mada, untuk uji tarik dilakukan di Laboratorium Penelitian Impact and Fracture
Fakultas Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara