Karakterisasi Komposit Silicone Rubber Berpenguat Nanoselulosa Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit dan Barium Heksaferrit untuk Aplikasi Penyerap Suara dan Penyerap Radar - ITS Repository

  TUGAS AKHIR – TL 141584

KARAKTERISASI KOMPOSIT SILICONE RUBBER

BERPENGUAT NANOSELULOSA SERAT TANDAN

KOSONG KELAPA SAWIT DAN BARIUM

HEKSAFERRIT UNTUK APLIKASI PENYERAP

SUARA DAN PENYERAP RADAR RACHMADHANI DIAN PRATAMA NRP. 2713 100 063 Dosen Pembimbing : Ir. Moh. Farid, DEA Haniffudin Nurdiansah, S.T., M.T.

  DEPARTEMEN TEKNIK MATERIAL Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

TUGAS AKHIR- TL 141584

  

KARAKTERISASI KOMPOSIT SILICONE RUBBER

BERPENGUAT NANOSELULOSA SERAT TANDAN

KOSONG KELAPA SAWIT DAN BARIUM

HEKSAFERRIT UNTUK APLIKASI PENYERAP

SUARA DAN PENYERAP RADAR RACHMADHANI DIAN PRATAMA NRP. 2713 100 063 Dosen Pembimbing Ir. Moh. Farid, DEA Haniffudin Nurdiansah, S.T., M.T. DEPARTEMEN TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

  

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

  FINAL PROJECT - TL 141584

CHARACTERIZATION OF SILICONE RUBBER

COMPOSITE REINFORCED BY

NANOCELLULOSE OIL PALM EMPTY FRUIT

BUNCH FIBER AND BARIUM HEXAFERRITE

FOR APPLICATION SOUND ABSORBER AND

RADAR ABSORBER RACHMADHANI DIAN PRATAMA NRP. 2713 100 063 Advisors Ir. Moh. Farid, DEA Haniffudin Nurdiansah, S.T., M.T. DEPARTMENT OF MATERIALS ENGINEERING FACULTY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY SEPULUH NOPEMBER INSTITUTE OF TECHNOLOGY SURABAYA 2017

  

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

  

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

  

KARAKTERISASI KOMPOSIT SILICONE RUBBER

BERPENGUAT NANOSELULOSA SERAT TANDAN

KOSONG KELAPA SAWIT DAN BARIUM

HEKSAFERRIT UNTUK APLIKASI PENYERAP

SUARA DAN PENYERAP RADAR

  Nama : Rachmadhani Dian Pratama NRP : 2713100063 Departemen : Teknik Material FTI-ITS Pembimbing : Ir. Moh. Farid, DEA.

  Haniffudin Nurdiansah, S.T, M.T

  

ABSTRAK

Komposit berpenguat nano filler merupakan satu

material yang sedang dikembangkan. Salah satu aplikasinya

dapat digunakan untuk menyerap suara. Sedangkan Barium

Heksaferrit merupakan material yang memiliki sifat magnetik

yang baik yang dapat menyerap gelombang elektromagnetik.

Penelitian ini menggunakan silicone rubber berpori sebagai

matriks, nanoselulosa dan barium heksaferrit sebagai filler.

  

Variabel yang digunakan pada penelitian ini adalah penambahan

Barium Heksaferrit dan tanpa penambahan Barium Heksaferrit.

Tujuan dari penelitian ini adalah menganalisis pengaruh

penambahan nanoselulosa dan Barium Heksaferrit terhadap nilai

koefisien absorbsi suara dan nilai penyerapan gelombang

elektromagnetik. Pengujian yang dilakukan dalam penelitian ini

meliputi uji koefisien absorpsi suara, SEM, TEM, FTIR, densitas,

dan uji VNA. Silicone Rubber berporous yang mengandung 6%

nanoselulosa dan 10% BaM memiliki nilai α tertinggi 0.4762

pada frekuensi 4000 Hz dan nilai rugi refleksi tertinggi yaitu -

23.016 dB pada frekuensi 8.39 GHz.

  

Kata kunci : Tandan Kosong Kelapa Sawit, Nanoselulosa,

Silicone Rubber Berpori, Barium Heksaferrit.

  

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

  

CHARACTERIZATION OF SILICONE RUBBER

COMPOSITE REINFORCED BY NANOCELLULOSE

OIL PALM EMPTY FRUIT BUNCH FIBER AND

BARIUM HEXAFERRITE FOR APPLICATION SOUND

ABSORBER AND RADAR ABSORBER

  Name : Rachmadhani Dian Pratama NRP : 2713100063 Department : Materials Engineering FTI-ITS Advisors : Ir. Moh. Farid, DEA.

  Haniffudin Nurdiansah, S.T, M.T

  

ABSTRACT

Composite materials reinforced by nanofiller are now

becoming one of the developed materials. It can be used as an

acoustical material. Acoustical materials are often used as sound

absorber. Meanwhile, barium hexaferrite is a material that has

good magnetic properties which can absorb electromagnetic

waves. This study used porous silicone rubber as the matrix,

nanocellulose and barium hexaferrite as the filler. The variables

used in this study were the addition of barium hexaferrite and

without the addition of barium hexaferrite. The purpose of this

research is to analyze the effect of nanocellulose and barium

hexaferrit to the value of sound absorption coefficient and the

value of electromagnetic wave absorption. Tests performed in this

study were included sound absorption coefficient, SEM, TEM,

FTIR, density and VNA test. Porous silicone rubber which

containing 6% nanoselulosa and10% BaM has highest

  α value

0.4762 at frequency 4000 Hz and highest reflection loss

value -23.016 dB at frequency 8.39 GHz.

  

Keywords: Oil Palm Empty Fruit Bunch, Nanocellulose, Porous

Silicone Rubber, Barium Hexaferrite.

  

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, taufiq, hidayah dan inayah-Nya sehingga dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir yang berjudul

  “Karakterisasi Komposit

Silicone Rubber Berpenguat Nanoselulosa Serat Tandan

Kosong Kelapa Sawit dan Barium Heksaferrit untuk

Aplikasi Penyerap Suara dan Penyerap Radar ”.

  Pada kesempatan ini, penulis ingin menucapkan terima kasih pada:

  1. Ayah, Ibu dan keluarga atas semua doa, dukungan moriil dan materiil, pengertian dan cinta yang telah diberikan selama ini

  2. Bapak Ir. Moh. Farid, DEA selaku dosen pembimbing dan Bapak Haniffudin Nurdiansah, S.T., M.T. selaku dosen co- pembimbing tugas akhir yang telah sabar memberikan bimbingan, arahan untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini

  3. Ibu Amaliya Rasyida, S.T., M.Sc selaku dosen wali yang selalu mengayomi dari awal perkuliahan

  4. Bapak Dr. Agung Purniawan, S.T., M.Eng. selaku Ketua Departemen Teknik Material FTI – ITS.

  5. Dosen Tim Penguji Seminar dan Sidang Tugas Akhir serta seluruh dosen dan karyawan Departemen Teknik Material FTI-ITS.

  6. Seluruh pihak yang telah memberikan partisipasi atas penulisan tugas akhir ini.

  Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan. Penulis berharap pembaca dapat mengambil ilmu yang ada dan memberikan kritik dan/saran untuk perkembangan teknologi yang lebih baik.

  Surabaya, Juli 2017 Penulis

  (Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

  

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN ......................................................... v

ABSTRAK

  .................................................................................. vii

  

KATA PENGANTAR ................................................................ xi

DAFTAR ISI ............................................................................. xiii

DAFTAR GAMBAR

  ............................................................... xvii

  

DAFTAR TABEL ..................................................................... xxi

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang .................................................................... 1

  1.2 Rumusan Masalah ............................................................... 2

  1.3 Batasan Masalah .................................................................. 3

  1.4 Tujuan Penelitian ................................................................. 3

  1.5 Manfaat Penelitian ............................................................... 3

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Material Komposit ............................................................... 5

  2.2 Komponen Komposit........................................................... 6

  2.2.1 Serat ........................................................................... 6

  2.2.2 Matriks ....................................................................... 7

  2.3 Serat Alami .......................................................................... 7

  2.4 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit .................................... 8

  2.4.1 Nanoselulosa ............................................................ 10

  2.5 Perlakuan Kimia pada Serat .............................................. 12

  2.6 Barium M-Heksaferit......................................................... 14

  2.7 Matriks Silicone Rubber .................................................... 16

  2.8 Silicone Rubber Berpori .................................................... 17

  2.9 Bunyi ................................................................................. 18

  2.10 Material Akustik .............................................................. 19

  2.11 Material Penyerap Suara .................................................. 20

  2.12 Material Penyerap Radar (Radar Absorbing Material) ... 24

  2.13 Penelitian Terdahulu ........................................................ 26

  BAB III METODOLOGI PERCOBAAN

  3.1 Diagram Alir ...................................................................... 29

  3.1.1 Diagram Alir Pembuatan Filler Mikro Selulosa ...... 30

  3.1.2 Diagram Alir Pembuatan Filler Nanoselulosa ......... 31

  3.1.3 Diagram Alir Sintesis Barium Heksaferit ................ 32

  3.1.4 Diagram Alir Pembuatan Komposit ......................... 33

  3.2 Bahan dan Peralatan Penelitian ......................................... 34

  3.2.1 Bahan Penelitian ....................................................... 34

  3.2.2 Peralatan Penelitian .................................................. 38

  3.3 Variabel Penelitian ............................................................ 44

  3.4 Metode Penelitian .............................................................. 45

  3.4.1 Persiapan Bahan ....................................................... 45

  3.4.1.1 Pengolahan Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit ............................................................. 45

  3.4.1.2 Pembuatan Silicone Rubber ........................... 49

  3.4.1.3 Sintesis Barium Heksaferit ............................ 49

  3.4.1.4 Pembuatan Komposit ..................................... 51

  3.4.2 Proses Pengujian ...................................................... 51

  3.4.2.1 Pengujian Koefisien Absorbsi Suara ............. 51

  3.4.2.2 Pengujian SEM .............................................. 53

  3.4.2.3 Pengujian Densitas ........................................ 54

  3.4.2.4 Pengujian FTIR ............................................. 55

  3.4.2.5 Pengujian TEM .............................................. 56

  3.4.2.6 Pengujian Vector Network Analyzer (VNA) . 57

  3.4.2.7 Pengujian X-Ray Diffractometer (XRD) ...... 59

  3.5 Rancangan Penelitian ........................................................ 60

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.1 Hasil Preparasi Komposit .................................................. 61

  4.2 Analisis Morfologi ............................................................. 61

  4.3 Analisis FTIR .................................................................... 68

  4.4 Hasil Pengujian Densitas ................................................... 73

  4.5 Analisis Koefisien Absorbsi Suara .................................... 74

  4.6 Analisis Uji VNA .............................................................. 76

  4.7 Analisis Uji XRD .............................................................. 78

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan ........................................................................ 79

  5.2 Saran .................................................................................. 79

  DAFTAR PUSTAKA

  ............................................................. xxiii

  LAMPIRAN

  ............................................................................ xxix

  

BIODATA PENULIS ............................................................. xlvii

  (halaman ini sengaja dikosongkan)

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar

  Gambar

  3.7 Silicone Rubber RTV 585 ................................... 32

  Gambar

  3.8 Katalis Bluesil ...................................................... 33

  Gambar

  3.9 H

  2 SO

  4

  ................................................................... 33

  Gambar

  3.10 NaOH ................................................................... 33

  Gambar

  3.11 H

  2 O 2 ..................................................................... 34 Gambar

  3.12 NaCl ..................................................................... 34

  3.13 Heksana ................................................................ 34

  3.6 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit .................... 32

  Gambar

  3.14 BaCO

  3 .................................................................. 35 Gambar

  3.15 Fe

  2 O

  3

  .................................................................... 35

  Gambar

  3.16 Serbuk Zn ............................................................. 35

  Gambar

  3.17 Cetakan Spesimen Uji Absorbsi Suara ................ 36

  Gambar

  3.18 Timbangan Digital ............................................... 36

  Gambar

  Gambar

  Gambar

  2.1 Serat Alam Kelapa Sawit dari Pohonnya ............... 9

  Gambar

  Gambar

  2.2 Struktur Kimia Selulosa ....................................... 10

  Gambar

  2.3 TEM dari Nano Fibrillated Cellulose dengan Perbesaran 50.000x ............................................. 11

  Gambar

  2.4 Struktur Kristal Barium M-Heksaferit ................ 13

  Gambar

  2.5 Rantai Utama Polidimetilsiloksan ....................... 14

  Gambar 2.6

  Gelombang Longitudinal...................................... 16

  Gambar

  2.7 Kurva Zona Frekuensi Material Penyerap Berpori .............................................................................. 19

  Gambar

  2.8 Zona Frekuensi Penyerap Resonant .................... 20

  2.9 Zona Frekuensi Tipe Helmlotz ............................ 21

  3.5 Diagram Alir Pembuatan Komposit ..................... 31

  Gambar

  Gambar

  3.4 Diagram Alir Sintesis Barium Heksaferit ........... 30

  Gambar

  3.3 Diagram Alir Pembuatan Filler Nanoselulosa .... 29

  Gambar

  3.2 Diagram Alir Pembuatan Filler Mikro Selulosa . 28

  3.1 Diagram Alir Percobaan ...................................... 27

  Gambar

  Gambar

  2.12 Energi disipasi pada material RAM .................... 24

  Gambar

  2.11 Gelombang elektromagnetik ............................... 23

  Gambar

  2.10 Zona Frekuensi Tipe Wideband .......................... 22

  3.19 Gelas Beaker ....................................................... 37

  Gambar

  3.20 Kertas Indikator pH ............................................. 37

  Gambar

  3.21 Blender ................................................................ 38

Gambar 3.22 Alat Sieving ......................................................... 38 Gambar

  3.23 Alat Centrifuge .................................................... 39

  Gambar

  3.24 Planetary Ball Mill .............................................. 39

  Gambar

  3.25 Vacuum Furnace ................................................. 40

  Gambar

  3.26Alat Uji SEM ........................................................ 40

  Gambar

  3.27 Alat Uji FTIR ...................................................... 40

  Gambar

  3.28 Alat Uji Absorpsi Suara ...................................... 41

  Gambar

  3.29 Alat Uji VNA ...................................................... 41

  Gambar

  3.30 Alat Uji Densitas .................................................. 42

  Gambar

  3.31 Alat Uji TEM ....................................................... 42

  Gambar

  3.32 Proses Pengambilan Serat ................................... 43

  Gambar

  3.33 Proses Pengeringan Serat .................................... 44

  Gambar

  3.34 Proses Sieving ..................................................... 44

  Gambar 3.35

  Proses Alkalisasi .................................................. 45

Gambar 3.36 Proses Bleaching .................................................. 45 Gambar 3.37

  Proses Hidrolisis................................................... 46

Gambar 3.38 Proses Sentrifugasi ............................................... 46Gambar 3.39 Nanoselulosa ........................................................ 47 Gambar 3.40

  Pencampuran Bahan Barium Heksaferit ............. 48

Gambar 3.41 Prekursor BaM ..................................................... 48Gambar 3.42 BaM yang Sudah Dikalsinasi .............................. 49 Gambar 3.43

  Rangkaian Alat Uji Absorbsi Suara ..................... 50

Gambar 3.44 Spesimen Uji Absorbsi Suara ............................... 51 Gambar 3.45

  Prinsip Kerja SEM ............................................... 52

  Gambar 3.46

  Spesimen Uji SEM ............................................... 52

Gambar 3.47 Pengujian Densitas ............................................... 53 Gambar 3.48

  Skema Uji FTIR ................................................... 54

Gambar 3.49 Transmission Electron Microscope

  ...................... 55

Gambar 3.50 Alat Uji VNA ....................................................... 56 Gambar 3.51

  Spesimen Uji VNA .............................................. 57

  Gambar

  4.1 Hasil Preparasi Komposit ..................................... 59

  Gambar

  4.2 Hasil SEM Serat TKKS Washed ..................... 60

  Gambar

  4.9 Transmitansi ikatan C=C ..................................... 68

  Gambar

  4.14 Grafik Hasil Uji VNA ......................................... 75

  Gambar

  4.13 Hasil Uji Koefisien Absorbsi Suara .................... 73

  Gambar

  4.12 Pengaruh Penambahan Filler terhadap Nilai Densitas Komposit .............................................. 71

  Gambar

  Pengaruh Penambahan filler terhadap Hasil Uji FTIR Komposit ................................................... 70

  Gambar 4.11

  4.10 Hasil Uji FTIR Silicone Rubber Berpori ............. 69

  Gambar

  Gambar

  4.3 Hasil SEM Serat TKKS dengan Perlakuan

  4.8 Hasil Uji FTIR TKKS dengan Berbagai Perlakuan .............................................................................. 66

  Perbesaran 80000x ........................................... 65 Gambar

  4.7 Hasil Uji TEM Nanoselulosa dengan

  Gambar

  4.6 Pengaruh Penambahan Filler terhadap Morfologi Hasil SEM Komposit (a) SR Berpori, (b) SR + 6% TKKS, (c) SR+6% TKKS+10%BaM .................. 64

  Hidrolisis ............................................................ 62 Gambar

  4.5 Hasil SEM Serat TKKS dengan Perlakuan

  Bleaching ........................................................... 61 Gambar

  4.4 Hasil Hasil SEM Serat TKKS dengan Perlakuan

  Gambar

  ........................................................... 61

  Alkalisasi

  4.15 Pola XRD (a) Barium Heksaferrit Non Dopping (b) Barium Heksaferrit Dopping Zn ......................... 61

  (Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

  

DAFTAR TABEL

Tabel

  Tabel 3.1

  Tabel

  4.4 Nilai % Porositas ...................................................... 72

  Tabel

  4.3 Pengaruh Penambahan Filler terhadap Densitas Komposit ................................................................... 71

  Tabel

  4.2 Daerah Serapan Infra Merah Silicone Rubber Berpori ................................................................................... 70

  Tabel

  4.1 Daerah Serapan IR Serat TKKS ............................... 67

  Tabel

  Rancangan Penelitian ............................................... 58

  2.7 Koefisien Absorbsi dari Material Akustik ................ 17

  2.1 Komposisi Kimia Beberapa Serat Alam ..................... 8

  Tabel

  2.6 Sifat Fisik dan Mekanik Silicone Rubber ................. 15

  Tabel

  2.5 Sifat dari Barium M-Heksaferit ................................ 13

  Tabel

  2.4 Sifat dari Serat Kelapa Sawit (Empty Fruit Bunch) . 10

  Tabel

  2.3 Komposisi Kimia pada Fiber Kelapa Sawit ............. 10

  Tabel

  Sifat Mekanik Beberapa Serat Alam .......................... 8

  Tabel 2.2

  4.5 Nilai Koefisien Absorbsi Suara SR/Nano Selulosa/BaM ............................................................ 72

  

(Halaman Ini Sengaja Dikosongkan)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Kebisingan merupakan suara yang tidak dikehendaki, kebisingan yaitu bunyi yang tidak diinginkan dari usaha atau kegiatan dalam tingkat dan waktu tertentu yang dapat menimbulkan gangguan kesehatan manusia dan kenyamanan lingkungan (KepmenLH No.48 Tahun 1996) atau semua suara yang tidak dikehendaki yang bersumber dari alat-alat proses produksi dan atau alat-alat kerja pada tingkat tertentu dapat menimbulkan gangguan pendengaran (KepMenNaker No.51 Tahun 1999).

  Telah banyak upaya untuk mengurangi kebisingan salah satunya dengan menggunakan bahan-bahan penyerap suara atau biasa disebut dengan sound absorption material. Sound absorption material sendiri haruslah terbuat dari bahan yang berpori, dimana pori – pori ini akan menyerap bunyi yang lebih besar dibandingkan dengan bahan yang lainnya. Dengan adanya pori – pori ini maka gelombang bunyi akan dapat masuk ke dalam material tersebut. Energi suara yang diserap oleh bahan akan dikonversikan menjadi bentuk energi lainnya, pada umumnya diubah ke energi kalor (Wirajaya, 2007). Beberapa absorption materials adalah fibers, glasswool, woven glass fiber dan sebagainya (Kalita, 2014). Selain itu pada proses manufaktur glasswool menghasilkan sulfur oksida (SOx) dan Nitrous Oksida (NOx) (EMEP/EEA Emision, 2013). Oleh karena itu baru-baru ini banyak dikembangkan serat natural untuk mengatasi gas berbahaya tersebut. Serat natural bersifat lebih ramah lingkungan dan aman untuk kesehatan manusia.

  Pada perkembangannya, saat ini telah dikembangkan berbagai material komposit dari serat alam yang digunakan sebagai material penyerap suara. Komposit serat alami merupakan salah satu alternatif bahan absorber suara.

  Departemen Teknik Material FTI-ITS

  Belakangan ini telah banyak penelitian mengenai komposit dengan filler serat tandan kosong kelapa sawit (Oil Palm

  

Empty Fruit Bunch/OPFB ) yang dikembangkan dalam skala

  nano dan polimer sebagai matriks. Penggunaan serat tandan kosong kelapa sawit berskala nano sebagi filler dan silicone rubber berporos sebagai matriks menghasilkan koefisien absorpsi suara yang cukup baik. Penggunaan komposit silicone rubber dengan filler serat tandan kosong kelapa sawit dengan fraksi berat 6% pada frekuensi 4000 Hz menghasilkan nilai α sebesar 0,425 (Afira, 2016).

  Selain itu, saat ini juga dikembangkan material penyerap radar atau Radar Absorbing Material (RAM). Salah satu bahan yang biasa digunakan untuk membuat material anti radar adalah Barium Heksaferit yang mana merupakan material magnetik. Oleh karena itu, pada penelitian kali ini, akan dibuat komposit silicone rubber dengan filler serat tandan kosong kelapa sawit dengan menambahkan material Barium Heksaferrit yang diharapkan dapat memberikan sifat magnetik yang dapat menyerap gelombang elektromagnetik. Oleh karena itu perlu disintesis dan dikaji lebih lanjut mengenai komposit silicone rubber berpenguat nano selulosa serat tandan kosong kelapa sawit dan Barium Heksaferrit. Perhatian utama pada penelitian ini ditujukan pada pengaruh penambahan nanoselulosa dan Barium Heksaferit terhadap nilai koefisien absorbsi suara dan nilai penyerapan gelombang elektromagnetik.

1.2 Rumusan Masalah

  Berdasarkan latar belakang masalah yang telah dibahas sebelumnya, perumusan masalah yang akan diidentifikasi pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1.

  Bagaimana pengaruh penambahan nanoselulosa serat tandan kosong kelapa sawit dan Barium Heksaferrit terhadap morfologi dan karakteristik penyerapan suara pada komposit Silicone Rubber?

  Departemen Teknik Material FTI – ITS

  2. Bagaimana pengaruh penambahan Barium Heksaferrit terhadap karakteristik penyerapan gelombang elektromagnetik pada komposit Silicone Rubber?

1.3 Batasan Masalah

  Batasan masalah dalam penelitian digunakan untuk mengasumsikan parameter konstanta yang pengaruhnya dianggap sangat kecil bagi proses penelitian ini sehingga dapat diabaikan. Adapun batasan masalah yang dimaksud adalah sebagai berikut: 1.

  Pengotor pada saat sintesis dan pengujian dianggap tidak ada.

  2. Kadar uap air serta gas yang ada pada atmosfer dianggap tidak berpengaruh.

3. Distribusi serat dianggap merata.

  1.4 Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian ini antara lain:

  1. Menganalisis pengaruh penambahan nanoselulosa serat tandan kosong kelapa sawit dan Barium Heksaferrit terhadap morfologi dan karakteristik penyerapan suara pada komposit Silicone Rubber. 2. pengaruh penambahan Barium

  Menganalisis Heksaferrit terhadap karakteristik penyerapan gelombang elektromagnetik pada komposit Silicone

  Rubber .

  1.5 Manfaat Penelitian

  Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut:

  1. Menciptakan produk komposit baru Silicone Rubber berpenguat nanoselulosa serat tandan kosong kelapa sawit dan barium heksaferrit.

  Departemen Teknik Material FTI-ITS

  2. Memanfaatkan limbah organik dari tandan kosong kelapa sawit sebagai bahan inovasi material yang baru.

  3. Memberikan alternatif material dengan memanfaatkan sumber daya alam sekitar.

4. Memberikan referensi untuk penelitian selanjutnya.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Material Komposit

  Komposit didefinisikan sebagai suatu material yang terdiri dari dua komponen atau lebih yang memiliki sifat atau struktur yang berbeda yang dicampur secara fisik menjadi satu membentuk ikatan mekanik yang dengan struktur homogen secara makroskopik dan heterogen secara mikroskopik. Material campuran tersebut akan menghasilkan material yang baru yang memiliki sifat unggul dari material pembentuknya (Sulistijono, 2012).

  Berdasarkan jenis penguatnya, komposit dibedakan menjadi tiga, yaitu

  1. Komposit Partikel, yaitu komposit yang tersusun atas matriks kontinyu dan penguat (reinforced) yang diskontinyu yang berbentuk partikel, fiber pendek atau whiskers.

  2. Komposit Serat, yaitu komposit yang tersusun atas matriks kontinyu dan memiliki penguat berbentuk serat/fiber

  3. Komposit Laminat, yaitu komposit yang terdiri dari beberapa lapisan lamina berpenguat fiber atau lamina berpenguat partikel atau lamina logam atau kombinasi dari lamina-lamina dengan material yang berbeda dimana lapisan saling terikat. Berdasarkan jenis matriksnya, komposit dibedakan menjadi tiga, yaitu

  1. MMC: Metal Matriks Composite adalah salah satu jenis komposit yang menggunakan matriks logam

  2. CMC: Ceramic Matriks Composite adalah material dua fasa dengan satu fasa berfungsi sebagai penguat dan satu fasa sebagai matriks dimana matriksnya terbuat dari keramik

  6 Laporan Tugas Akhir

  Departemen Teknik Material FTI-ITS

  3. PMC: Polymer Matriks Composite merupakan komposit yang menggunakan polimer sebagi matriksnya. Polimer merupakan matriks yang paling umum digunakan pada material komposit karena memiliki sifat yang lebih tahan terhadap korosi dan lebih ringan. Berdasarkan penempatannya terdapat beberapa tipe serat pada komposit, yaitu

  1. Continuous Fibre Composite, Tipe ini mempunyai susunan serat panjang dan lurus, membentuk lamina diantara matriksnya 2. Woven Fibre Composite (bi-directional), komposit ini tidak mudah dipengaruhi pemisahan antar lapisan karena susunan seratnya mengikat antar lapisan 3. Discontinous Fibre Composite, tipe komposit dengan serat pendek. Tipe ini dibedakan lagi menjadi 3:

  a) Aligned discontinous fibre b)

Off-axis aligned discontinous fibre

c)

Randomly oriented discontinous fibre

2.2 Komponen Komposit

2.2.1 Serat

  Serat secara umum terdiri dari dua jenis, yaitu

  1. Serat pendek, dengan panjang fraksi dalam milimeter atau beberapa centimeter. Contohnya felts, mats, dan serat pendek untuk injection molding.

  2. Serat panjang, dipotong selama proses fabrikasi material komposit, biasanya berupa anyaman (woven)

  Ditinjau dari pembuatannya, serat diklasifikasikan menjadi dua kelompok yaitu serat sintetis dan serat alami. Kedua jenis serat itu digunakan sebagai penguat atau pengisi pada material komposit. Serat sintetis banyak berperan sebagai penguat, sedangkan serat alami digunakan sebagai pengisi (Sulistijono, 2012).

  

Laporan Tugas Akhir

  7

  Departemen Teknik Material FTI

• – ITS

  2.2.2 Matriks Matriks merupakan fasa yang memberikan bentuk pada struktur komposit dengan cara mengikat penguat atau serat bersama-sama. Matriks merupakan kontituen penyusun komposit yang berperan sebagai pengikat atau penyangga yang menjaga kedudukan antar fasa penguat. Karakteristik yang harus dimiliki matriks umunya adalah ulet, kekuatan dan rigiditas rendah apabila dibandingkan penguat. Matriks harus mampu membeku pada temperatur dan tekanan yang wajar. Bahan matriks yang umum digunakan pada komposit adalah matriks logam, matriks polimer, dan matriks keramik.

2.3 Serat Alami

  Serat alam memiliki keistimewaan karena sifatnya yang dapat diperbaharui (renewable), emisi CO

  2 yang rendah, serta

  massa jenis yang rendah. Serat alam juga dipandang sebagai kandidat pengganti serat gelas karena kekuatan dan densitasnya.

  Ada enam tipe dasar dari serat alami. Mereka diklasifikasikan sebagai berikut: serat kulit pohon (jute, rami, rami, rami dan kenaf), serat daun (abaca, sisal dan nanas), serat biji (coir, kapas dan kapuk), serat inti (kenaf, rami dan rami), rumput dan alang-alang serat (gandum, jagung dan beras) dan semua jenis lain (kayu dan akar) (Faruk, 2012).

  Serat alam merupakan bahan komposit alam berpenguat berupa selulosa serta pengikat (matriks) berupa pectin dan hemiselulosa. Selulosa adalah komponen utama pada dinding sel tumbuhan. Kandungannya bisa mencapai 60% sampai dengan 90%. Pada Tabel 2.1 dan Tabel 2.2 menunjukkan data komposisi kimia beberapa jenis serat alam dan juga sifat mekaniknya.

  8 Laporan Tugas Akhir

  Departemen Teknik Material FTI-ITS Tabel 2.1

  Komposisi Kimia Beberapa Serat Alam (Faruk, 2012)

  Cellulose Hemicellulose Lignin

Fiber (wt%) (wt%) (wt%)

Abaca 56-63 20-25 7-9 Bagase

  55.2

  16.8

  25.3 Bamboo 26-43 30 21-31

Coir 32-43 0.15-0.25 40-45

Flax

71 18.6-20.6

  2.2 Hemp

  68

  15

  10 Kenaf

  72

  20.3

  9 Oil Palm 65 29 -

Ramie 68.6-76.2 13-16 0.6-0.7

  Tabel 2.2

  Sifat Mekanik Beberapa Serat Alam (Faruk, 2012)

  Tensile Young's Strength Modulus Elongation at Density

Fiber (Mpa) (Gpa) break (%) (g/cm3)

Abaca 400

  12 03-Okt

  1.5 Bagase 290 17 -

  1.25

• Bamboo 140-230 11-17 0.6-1.1 Coir 175 4-6

  30

  1.2 Flax 345-1035 27.6 2.7-3.2

  1.5 Hemp 690

  

70

  1.6

  1.48 Kenaf 930

  

53

1.6 - Oil Palm 248

3.2

25 0.7-1.55 Ramie 560

  

24.5

  25

  1.5

2.4 Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit

  Jumlah produksi kelapa sawit di Indonesia dari tahun ke tahun mengalami peningkatan, pada tahun 2010 mencapai 21.958.120 ton dan pada tahun 2011 mencapai 22.508.011 ton

  

Laporan Tugas Akhir

  9

  Departemen Teknik Material FTI

• – ITS

  (BPS, 2012). Setiap produksi kelapa sawit menghasilkan limbah berupa tandan kosong sawit 23%, cangkang 8%, serat 12% dan limbah cair 66%. Limbah tandan kosong sawit pada tahun 2010 mencapai 5.050.367,6 ton dan pada tahun 2011 mencapai 176.842,53 ton (Andriyati, 2007). Serat TKKS sebenarnya mengandung selulosa yang cukup tinggi sehingga layak dikembangkan dalam teknologi bahan.

  Tanaman kelapa sawit memiliki tiga bagian utama yang menghasilkan fiber yaitu, batang, daun palem, dan tandan kosong. Pohon-pohonnya memiliki rentang hidup sekitar 25 tahun dan tumbuh sampai ketinggian ≈ 7-13 m dengan ketebalan 45-65 cm, yang diukur 1,5 m di atas permukaan tanah (Khalil, 2012). Bagian-bagian kelapa sawit ditunjukkan pada Gambar 2.1

  Gambar 2.1

  Serat Alam Kelapa Sawit dari Pohonnya (Khalil, 2012)

  Adapun komposisi kimia dan juga beberapa sifat dari kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 2.3 dan Tabel 2.4

  10 Laporan Tugas Akhir

  Departemen Teknik Material FTI-ITS Tabel 2.3

  Komposisi Kimia pada Fiber Kelapa Sawit (Beg, 2015)

  Tabel 2.4

  Sifat dari Serat Kelapa Sawit (Empty Fruit Bunch) (Saba, 2016)

2.4.1 Nanoselulosa

  Selulosa merupakan suatu polisakarida yang mempunyai formula umum seperti pati (C

6 H

  10 O 5 )n. Sebagain besar selulosa

  terdapat pada dinding sel dan bagian-bagian berkayu dari tumbuhan-tumbuhan (Anggorodi, 1994). Struktur kimia selulosa ditunjukkan pada Gambar 2.2

Gambar 2.2 Struktur Kimia Selulosa (Chen, 2014)

  Selulosa memiliki mechanical properties yang baik sehingga dapat digunakan untuk penguat dalam komposit.

  Mechanical properties selulosa ditunjukkan oleh Tabel 2.5.

  

Laporan Tugas Akhir

  11

  Departemen Teknik Material FTI

• – ITS

  Tabel 2.5

  Mechanical Properties Selulosa (Moon, 2011)

3 Densitas (g/cm )

  1.6 Tensile Strength (GPa) 7.5 - 7.7 Modulus Elastisitas pada arah axial 110 - 220 (GPa) Modulus Elastisitas pada arah 10 - 50 transverse (GPa)

  Sedangkan nanocellulose adalah istilah yang mengacu pada selulosa berstruktur nano. Gambar 2.3 menunjukkan salah satu contoh morfologi nano selulosa.

  Gambar 2.3

  TEM dari Nano Fibrillated Cellulose dengan Perbesaran 50.000x (Ireana, 2014)

  Berbagai metode isolasi seperti steam explosion, enzimatis dan hidrolisis asam telah digunakan untuk mengisolasi partikel kristalin. Di antara metode yang disebutkan tersebut, hidrolisis asam adalah yang terkenal dan selalu menjadi pendekatan utama. Pendekatan ini memakai asam untuk memecahkan bagian amorphous pada selulosa, meninggalkan domain kristalin yang utuh. Kristalin ukuran nano yang dihasilkan disebut nanocrystalline cellulose (NCC) (Shanmugarajah dkk, 2015).

  12 Laporan Tugas Akhir

  Departemen Teknik Material FTI-ITS

  Poses isolasi nanoselulosa dari tandan kosong adalah dengan menggiling tandan kosong, kemudian menyaringnya. Serbuk tandan kosong yang sudah disaring dicuci dengan air destilasi untuk menghilangkan zat - zat lunak yang menutupi permukaan serat. Setelah itu, serbuk tandan kosong direndam larutan NaOH 2% selama 3 jam pada 70°C dibawah pengadukan magnetik. Kemudian sampel dicuci menggunakan air destilasi untuk menghilangkan sisa alkali pada permukaan. Lalu serat di-

  

bleaching kemudian dicuci menggunakan air destilasi untuk

  mencapai pH 7. Selanjutnya proses hidrolisis dilakukan dengan menggunakan larutan H SO 64% pada temperatur 40°C dibawah

  2

  4

  pengadukan mekanik selama 45 menit. Reaksi dihentikan dengan mengencerkannya menggunakan air yang telah dimurnikan. Sisa asam sulfat dihilangkan dengan sentrifugasi pada 7000rpm selama 10 menit (Bawaani, 2015).

2.5 Perlakuan Kimia pada Serat

  Untuk memperoleh ikatan yang baik antara matriks dengan serat dilakukan modifikasi permukaan serat. Untuk mendapatkan serat dengan tingkat kemurnian dilakukan beberapa perlakuan kimia. Perlakuan kimia yang dilakukan antara lain alkalisasi, bleaching, dan hidrolisis asam.

  Alkalisasi merupakan metode perendaman serat dalam larutan alkali basa yang biasanya berupa larutan NaOH. Pada proses alkalisasi, lignin akan bereaksi dengan larutan basa yang terdapat pada serat hanyalah selulosa (Yusuf, 2017). Reaksi berikut menggambarkan proses yang terjadi saat perlakuan alkalisasi pada serat yang ditunjukkan pada Gambar 2.4

Gambar 2.4 Reaksi pada Proses Alkalisasi

  

Laporan Tugas Akhir

  13

  Departemen Teknik Material FTI

• – ITS

Gambar 2.4 menunjukkan reaksi yang terjadi saat alkalisasi. Lignin bereaksi dengan larutan NaOH yang terdisosiasi

  menjadi Na dan OH . Ion OH bereaksi dengan gugus H pada lignin seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4 (1), kemudian membentuk H O. Hal ini menyebabkan gugus O pada Gambar 2.4

  2

  (2) membentuk radikal bebas dan reaktif dengan C membentuk cincin epoksi (C-O-C). Sehingga menyebabkan serangkaian gugus melepaskan ikatan pada gugus O seperti pada Gambar 2.4 (3). Reaksi menghasilkan dua cincin benzene yang terpisah, dimana masing-masing cincin memiliki gugus O yang reaktif.

• Gugus O reaktif ini bereaksi dengan Na dan ikut larut dalam larutan basa sehingga lignin hilang apabila dibilas.

  Perlakuan kimia selanjutnya adalah proses bleaching. Proses ini bertujuan untuk menghilangkan sisa lignin dari proses alkali dengan memutus ikatan rangkap pada cincin benzene sehingga ikatan C=C berkurang, kemudian hilang. Dapat dilihat

  bahwa adanya ion OOH yang berasal dari reaksi H

  2 O 2 dan OH

  dari NaOH yang terdisosiasi. Reaksi pada proses bleaching ditunjukkan pada Gambar 2.5