pengaruh perlakuan siklis termal terhadap sifat .../pengaruh...perpustakaan.uns.ac.id...
Post on 21-Aug-2019
228 Views
Preview:
TRANSCRIPT
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i
PENGARUH PERLAKUAN SIKLIS TERMAL TERHADAP SIFAT BIOKOMPOSIT LPP-KENAF YANG MENGANDUNG
PEMADAM NYALA Al(OH)3, Mg(OH)2 DAN H3BO3
Disusun Oleh :
APRILLIA DARYANI KUSUMAWATI
M0307001
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Juli, 2012
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PENGARUH PERLAKUAN SIKLIS TERMAL TERHADAP SIFAT BIOKOMPOSIT LPP-KENAF YANG MENGANDUNG
PEMADAM NYALA Al(OH)3, Mg(OH)2 DAN H3BO3
Disusun Oleh :
APRILLIA DARYANI KUSUMAWATI
M0307001
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Juli, 2012
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “
PENGARUH PERLAKUAN SIKLIS TERMAL TERHADAP SIFAT
BIOKOMPOSIT LPP-KENAF YANG MENGANDUNG PEMADAM
NYALA Al(OH)3, Mg(OH)2 dan H3BO3 belum pernah diajukan untuk
memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang
pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang pernah ditulis atau
diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini
dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, Juli 2012
APRILLIA DARYANI KUSUMAWATI
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PENGARUH PERLAKUAN SIKLIS TERMAL TERHADAP SIFAT BIOKOMPOSIT LPP-KENAF MENGANDUNG PEMADAM NYALA Al(OH)3,
Mg(OH)2 DAN H3BO3
APRILLIA DARYANI KUSUMAWATIJurusan Kimia, Fakultas MIPA. Universitas Sebelas Maret
ABSTRAKTujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh perlakuan siklis
termal terhadap sifat biokomposit LPP/Kenaf mengandung pemadam nyala. Biokomposit disintesis dari limbah polipropilena (LPP), serat kenaf (SK)menggunakan senyawa penggandeng asam akrilat (AA), senyawa penyambung silang divinil benzene (DVB) dengan pelarut xilena secara reaktif menggunakan inisiator BPO. Untuk meningkatkan ketahanan nyala biokomposit digunakan senyawa penghambat nyala Al(OH)3 (ATH), Mg(OH)2 (MDH) serta H3BO3 (BA).
Uji termal pemanasan kontinyu pada suhu 140 ◦C terhadap PP murni dan limbah PP (LPP) diperoleh waktu rapuh masing-masing sebesar 2 dan 50 jam serta mengakibatkan peningkatan karbonil indeks masing-masing sebesar 12,39 dan 2,75 %. Hal tersebut menunjukkan bahwa LPP memiliki ketahanan panas lebih baik dibandingkan PP murni.
Variasi suhu siklis termal dilakukan pada suhu 25, 35, 45, 55 dan 65 ◦C dengan 10 kali siklis termal terhadap biokomposit LPP/DVB/AA/SK mengandung senyawa pemadam nyala ATH/BA (F2), MDH/BA (F3) dan ATH/MDH/BA (F4) diperoleh suhu optimum yaitu 45 ◦C yang berada di bawah suhu distorsi PP (52-60 ◦C). Perlakuan siklis termal hingga 60 kali siklis pada suhu 45 ◦C mengakibatkan penurunan kekuatan tarik pada biokomposit F2, F3 dan F4 masing-masing sebesar 1,79; 0,91 and 0,87 % dibandingkan sebelum perlakuan siklis termal. Hal tersebut disebabkan adanya pemuaian dan penyusutan yang berulang-ulang mengkaibatkan pemanjangan dan pemendekan ikatan molekul-molekul dalam biokomposit. Pergerakan molekul tersebut akan mengubah susunan kumpulan molekul yang direfleksikan melalui penurunan sifat mekanik biokomposit.
Kata kunci : siklis termal, limbah polipropilena, serat kenaf, Al(OH)3, Mg(OH)2,
H3BO3
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
THE EFFECT THERMAL CYCLES TREATMENT OF BIOCOMPOSITES LPP-KENAF CONTAINS FIRE RETARDANTS
Al(OH)3, Mg(OH)2 and H3BO3 PROPERTIES
APRILLIA DARYANI KUSUMAWATIDepartment of Chemistry, Mathematic and Science Faculty.
Sebelas Maret University
ABSTRACTThermal cycles treatment of biocomposites properties contains LPP/Kenaf
contains fire retardant had been studied. Biocomposites had been synthesized from waste polypropylene (LPP) and kenaf fiber (SK) using a coupling agentacrylic acid (AA), bensoil peroxide initiator (BPO) and cross-linking compoundsdivinil bensen (DVB) with a reactive solvent xylene. To improve fire retardationof biocomposites used Al(OH)3 (ATH), Mg(OH)2 (MDH) and additive fire retardant H3BO3 (BA).
Thermal treatment heating at 140 ◦C of pure PP and LPP show embrittlement respectively 2 and 50 hours. And each others recognize improvement index carbonyl respectively 12,39 and 2,75 % than before treatment. That treatment show that LPP has better heat resistance than pure PP.
Variation temperature of thermal cycles were 25, 35, 45, 55 and 65 ◦C with 10 cycles of biocomposites LPP/DVB/AA/SK contains fire retardant Al(OH)3/ H3BO3 (F2), Mg(OH)2/H3BO3 (F3) and Al(OH)3/Mg(OH)2/H3BO3 (F4) obtained optimum temperature at 45 °C which is below the distortion temperature of PP (52-60 °C). Thermal cycles treatment up to 60 times at 45 °C forbiocomposites F2, F3, F4 caused reducing the tensile strength respectively by 1,79; 0,91 and 0,87 % compared to before cycles treatment. This is due to theexpansion and shrinkage repeatedly resulting in lengthening and shortening of the molecules bonding. Movement of molecules due to heat will change the set ofmolecules which is reflected by a decreasing mechanical properties.
Key words: waste polypropylene, kenaf fiber, fire retardant, thermal cycles,
Al(OH)3, Mg(OH)2, H3BO3
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
MOTTO
Maka sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan.
(Q.S Al Insyirah : 5)
“Dan janganlah kamu (merasa) lemah, dan jangan (pula) bersedih hati, sebab kamu
paling tinggi (derajatnya), jika kamu orang beriman”.
(Q.S Al-imran : 139)
“Sesungguhnya Allah tidak merubah keadaan suatu kaum, sehingga mereka
merubah keadaan yang ada pada diri mereka sendiri.” (QS. Ar-Ra’d: 11)
“Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar”.
(Umar bin Khatab)
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PERSEMBAHAN
Untuk ibundaku...ibundaku...dan ibundaku tersayang dan Ayahanda
yang tiada lelah memberikan motifasi, doa, kasih sayang,perhatian,
pengorbanan dan ridhonya selama ini. Semoga Allah senantiasa melindungi.
my little brother Agatha serta bulek sarwo atas semua perhatian,
pengorbanan dan dukungannya..
Partnerku Melina ramadani serta wyda, dwi Ayu, eka, mbk Dwek, depik,
bitha, linda, eka “never ending friendship ” dan untuk semua teman-teman
angkatan 2007.
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan
rahmat, karunia, dan ijin-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan
skripsi ini untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana
Sains dari Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sebelas Maret.
Skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya bantuan dari banyak pihak,
karena itu dengan kerendahan hati penulis menyampaikan terimakasih kepada:
1. Bapak Prof. Ir. Ari Handono Ramelan, M.Sc.,(Hons), Ph.D., selaku
Dekan FMIPA UNS.
2. Bapak Dr. Eddy Heraldy, M.Si., selaku Ketua Jurusan Kimia.
3. Ibu Prof. Dra. Neng Sri Suharty, M.Sc, Ph.D selaku pembimbing
pertama dan pembimbing akademik serta atas kesabaran dan
perhatiannya selama ini
4. Bapak Prof. Dr. Kuncoro Dihardjo, S.T., M.T selaku pembimbing
kedua
5. Bapak dan Ibu Dosen serat seluruh staf di Jurusan Kimia, FMIPA
UNS.
6. Teman-teman kos ”Putri Sejati” mita, mbk dini, dek endah, dek rachel
7. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Penelitian ini merupakan bagian dari projek penelitian atas nama Prof.
Dra. Neng Sri Suharty, M.Sc, Ph.D. Berkaitan dengan hal tersebut maka
penggandaan atau pengambilan segala sesuatu dari penelitian ini harus seijin Prof.
Dra. Neng Sri Suharty, M.Sc, Ph.D.
Penulis menyadari banyak kekurangan dalam penulisan skripsi ini. Oleh
karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran untuk menyempurnakannya.
Penulis berharap semoga karya ini bermanfaat bagi pembaca.
Surakarta, Juli 2012
Aprillia Daryani Kusumawati
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN..................................................................... ii
HALAMAN PERNYATAAN .................................................................... iii
HALAMAN ABSTRAK............................................................................. iv
HALAMAN ABSTRACT .......................................................................... v
HALAMAN MOTTO ................................................................................. vi
HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................. vii
KATA PENGANTAR ................................................................................ viii
DAFTAR ISI............................................................................................... ix
DAFTAR TABEL....................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xiii
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. xv
BAB I PENDAHULUAN........................................................................... 1
A. Latar Belakang Masalah............................................................. 1
B. Perumusan Masalah.................................................................... 2
1. Identifikasi Masalah ............................................................ 2
2. Batasan Masalah.................................................................. 3
3. Rumusan Masalah ............................................................... 3
C. Tujuan Penelitian........................................................................ 3
D. Manfaat Penelitian...................................................................... 4
BAB II LANDASAN TEORI ..................................................................... 5
A. Tinjauan Pustaka ........................................................................ 5
1. Polipropilena ....................................................................... 5
2. Bahan Pengisi Serat Kenaf.................................................. 10
3. Inisiator Bensoil Peroksida ................................................. 11
4. Senyawa Penggandeng Asam Akrilat ................................. 13
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5. Senyawa Penyambung Silang Divinil Benzene ................... 14
6. Fire Retardant...................................................................... 15
7. Biokomposit ........................................................................ 17
8. Perlakuan Siklis Termal ...................................................... 21
9. Karakterisasi Biokomposit .................................................. 22
B. Kerangka Pemikiran ................................................................... 25
C. Hipotesis ..................................................................................... 28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.................................................... 29
A. Metode Penelitian....................................................................... 29
B. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................... 29
C. Alat dan Bahan ........................................................................... 29
1. Alat ...................................................................................... 29
2. Bahan................................................................................... 29
D. Prosedur Penelitian..................................................................... 30
1. Preparasi Limbah Polipropilena .......................................... 30
2. Preparasi Limbah Serat Kenaf............................................. 30
3. Sintesis Biokomposit Proses Larutan.................................. 30
4. Sintesis Biokomposit Tahan Api Proses Larutan................ 31
5. Pembuatan Spesimen........................................................... 32
6. Uji Termal ........................................................................... 32
7. Uji Siklis Termal ................................................................. 32
8. Uji Mekanik......................................................................... 32
E.Teknik Pengumpulan Data .......................................................... 33
1. Penentuan Sifat Mekanik........................................................ 33
2. Analisa Gugus Fungsi Biokomposit ....................................... 33
E.Teknik Analisis Data ................................................................... 33
1. Uji Kekuatan Tarik ................................................................ ` 33
2. Uji Kekuatan Impak................................................................ 34
3. Perhitungan Karbonil Indeks .................................................. 35
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................... 36
A. Pembuatan Biokomposit Kondisi Optimum................................. 36
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
B. Uji Termal.................................................................................... 40
C. Uji Siklis Termal ........................................................................ 43
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ................................................... 51
A. KESIMPULAN............................................................................... 51
B. SARAN............................................................................................ 51
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 52
LAMPIRAN.................................................................................................
DAFTAR TABEL
Hal
aman
Tabel 1. Komposisi Sintesis Biokomposit .................................................... 31
Tabel 2. Formulasi Pembuatan Bio-komposit dan Bio-komposit Cerdas
dengan 20% senyawa Fire Retardant Al(OH)3 dan Mg(OH)2
komposisi optimum dengan H3BO3................................................. 36
Tabel 3. Karakterisasi gugus fungsi pada biokomposit................................... 37
Tabel 4. Waktu rapuh pada uji termal terhadap PP murni dan LPP................ 40
Tabel 5. Kondisi fisik dari berbagai biokomposit setelah perlakuan siklis
termal variasi suhu dan jumlah siklis termal.................................. 49
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. KodePolipropilenadariThe Society Of Plastic Industry................. 6
Gambar 2. Ataksisitas Polipropilena ............................................................... 7
Gambar 3. Struktur Propena dan (b) reaksi radikal pada PP..........................
8
Gambar 4. Mekanisme reaksi Norrish............................................................. 9
Gambar 5. Tanaman kenaf dan serat batang kenaf..........................................
11
Gambar 6. Struktur selulosa.............................................................................
11
Gambar 7. Struktur benzoil peroksida............................................................. 12
Gambar 8. Pembentukan radikalpada : (a) BPO (b) PP (c) selulosa............... 13
Gambar 9. (a) Struktur asam akrilat (b) Pembentukan radikal
pada asam akrilat...........................................................................
14
Gambar 10. (a) Struktur DVB dan (b) Pembentukan radikal pada DVB.......... 15
Gambar 11. a) Reaksi pembakaran dan(b) Segitiga api .................................... 15
Gambar 12. Pembentukan radikal pada : (a) BPO (b) PP (c) selulosa.............. 19
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 13. Pembentukan radikal pada : (a) DVB (b) AA ............................... 20
Gambar 14. Kemungkinan ikatan pada pembentukan biokomposit..................
20
Gambar 15. Spesimen uji kuat tarik .................................................................. 22
Gambar 16. Pembentukan pusat radikal pada PP..............................................
25
Gambar 17. Pembentukan pusat radikal pada selulosa......................................
25
Gambar 18. Pembentukan pusat radikal pada AA............................................. 26
Gambar 19. Pembentukan pusat radikal pada DVB.......................................... 26
Gambar 20. Pembentukan ikatan yang paling sederhanapada biokomposit LPP/DVB/AA/SK............................................ 27
Gambar 21. Perlakuan siklis termal................................................................... 32
Gambar 22. Perlakuan siklis termal dalam satu periode siklis termal................ 33
Gambar 23. Spektrum FTIR : (a) LPP ; (b) SK ; (c) AA ; (d) DVB ;
(e) BiokompositF1 LPP/DVB/AA/SK .........................................
37
Gambar 24. Spektra FTIR dari (a) Mg(OH)2 ; (b) Al(OH)3 ;
(c) Biokomposit Formula LPP/DVB/AA/SK/Al(OH)3................. 39
Gambar 25. (a) PP murni (b) Limbah PP setelah dicapai waktu
rapuh pada uji termal suhu 140 ◦C................................................. 41
Gambar 26 . Spektra FTIR PP murni pada perlakuan uji termal. ......................
42
Gambar 27. Spektra IR LPP pada perlakuan uji termal..................................... 42
Gambar 28. Spektra IR LPP pada perlakuan uji termal..................................... 43
Gambar 29. Grafik nilai TS biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan
ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
variasi suhu siklis termal ...............................................................
44
Gambar 30. Grafik nilai MY biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan
ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada
varias suhu siklis termal .................................................................
45
Gambar 31. Grafik nilai IT biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan
ATH/MDH/BA (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada
variasi suhu siklis termal.............................................................
46
Gambar 32. Grafik nilai TS biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan
ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada
variasi siklis termal......................................................................
46
Gambar 33. Grafik nilai MY biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan
ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada
variasi siklis termal......................................................................
47
Gambar 34. Grafik nilai IT biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan
ATH/MDH/BA dan(b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada
variasi siklis termal .....................................................................
47
Gambar 35. (a) Biokomposit sebelum dilakukan perlakuan siklis termal
dan (b) biokomposit setelah dilakukan perlakuan siklis termal
hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C.....................................................
49
Gambar 36. Biokomposit F4 (LPP/DVB/AA/SK/Mg(OH)2/Al(OH)3/H3BO3)
pada perlakuan 60 kali siklis termal...........................................
50
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Bagan Alir Preparasi LPP........................... .................... ..
59
Lampiran 2. Bagan Alir Preparasi SK................................................. ..
........................................................................................ 60
Lampiran 3. Bagan Alir Pembuatan Biokomposit dengan dan tanpa
Pemadam Nyala.................... .......................................... ..
........................................................................................ 61
Lampiran 4. Bagan Alir Pembuatan Spesimen........................................62
Lampiran 5. Bagan Alir Uji Siklis Termal........................... ............... ..
63
Lampiran 6. Formula Pembuatan Biokomposit........................... ....... ..
64
Lampiran 7. Perhitungan Nilai Kekuatan Tarik........................... ....... ..
66
a. Variasi Suhu Siklis Termal.............................................
66
b. Variasi Siklis Termal............................................. .... ..
67
Lampiran 8. Perhitungan Nilai Modulus Young........................... ...... ..
66
a. Variasi Suhu Siklis Termal.............................................
66
b. Variasi Siklis Termal............................................. .... ..
67
Lampiran 9. Perhitungan Nilai Kekuatan Impak........................... ..... ..
68
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
a. Variasi Suhu Siklis Termal.............................................
.................................................................................... 68
b. Variasi Siklis Termal............................................. .... ..
69
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Seiring pertumbuhan penduduk yang semakin meningkat maka kebutuhan
otomotif juga meningkat. Namun di sisi lain logam yang digunakan sebagai salah
satu komponen otomotif keberadaannya di alam semakin menipis demikian juga
semakin terbatasnya jumlah bahan bakar (Ayrilmis et al., 2011). Untuk mengatasi
krisis logam tersebut dapat digantikan dengan material baru yang memiliki sifat
seperti logam dan memiliki massa ringan.
Polimer sintetismemiliki sifat kuat, transparan, ringan, praktis, murah dan
mudah diolah (Azizah, 2009). Kehidupan modern yang menuntut manusia hidup
secara praktis banyak menggunakan kemasan-kemasan dari polipropilena (PP).
Moghaddam et al. (1997), Sain et al. (2004), Hui dan Xin-rong (2005), Huang et
al. (2006) dan Liang et al. (2010) melaporkan PP merupakan jenis polimer sintetis
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
yang banyak dimanfaatkan dalam bidang otomotif, industri, material bangunan,
komponen elektronik, dll. Di Indonesia PP banyak dimanfaatkan sebagai kemasan
makanan dan minuman. Soetantini (2007) dan Asosiasi Perusahaan Air Minum
Dalam Kemasan Indonesia (Aspadin) (2010) melaporkan produksi AMDK pada
tahun 2010 sebesar 14,5 miliar liter per tahun. Pada tahun 2011 kebutuhan
AMDK mencapai 17,3 miliar liter per tahun. Jumlah tersebut mengalami kenaikan
sekitar 19 persen, bila dilakukan asumsi untuk limbah cup saja bisa terbuang
mencapai 10,7 miliar gelas. Dan bila dilakukan pengukuran massa, maka limbah
cup AMDK yang terbuat dari PP terbuang seberat 3,99 x 104 ton. LPP kemasan
AMDK telah mengalami penambahan zat aditif untuk memenuhi kebutuhan
industri sehingga sifatnya berbeda dengan PP murni. Sain et al. (2004), Huang, et
al. (2006) Zhang, et al. (2004) dan Liang et al. (2010) melaporkan sifat limbah
polipropilena (LPP) mudah terbakar. Selain itu LPP juga tidak dapat terdegradasi
secara alami sehingga mengganggu keseimbangan ekosistem, mengurangi nilai
estetika lingkungan serta menghambat kerja mikroorganisme dalam pembusukan
sampah.
Beberapa tahun terakhir telah banyak dikembangkan alternatif pemecahan
masalah tersebut. Sejak tahun 1930 Henry Ford mempergunakan serat kenaf
sebagai bahan penguat komposit untuk komponen mobil BMW dan Mercedes
(Mwaikambo,2006). Yang et al. (2004) membuat komposit dari polipropilena
dengan serbuk sekam padi (SSP), Kim et al. (2005) membuat komposit
polibutilen suksinat (PBS) dengan abu sekam padi, Aji et al. (2009) membuat
polietilen dengan serat kenaf, Threepopnatkul et al. (2008) membuat polikarbonat
dengan serat daun nanas, Ton-That and Denault (2008) membuat komposit dari
polipropilena dengan serat selulosa dari serbuk kayu dihasilkan suatu biokomposit
yang biodegradabel dan sifat mekaniknya meningkat.Suharty dan Firdaus (2007)
membuat biokomposit dari polistirena limbah (PSL) dengan penguat serat alam
serbuk kayu sengon (SS) secara proses metode larutan dan dihasilkan biokomposit
yang memilki kemampuan biodegradasi yang baik dan juga peningkatan sifat
mekanik dengan sintesis biokomposit secara reaktif. Peneltian-penelitian tersebut
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
membuktikan bahwa material PP dapat diubah menjadi material yang memiliki
sifat mekanik tinggi dan degradable melalui penggunaan filler dari serat alam.
Biokomposit banyak dimanfaatkan untuk komponen otomotif menggantikan
sebagian logam yang jumlahnya semakin menurun. Penggunaan biokomposit
membuat berat kendaraan menjadi lebih ringan, sehingga pada kapasitas muatan
yang sama maka kendaraan yang mempergunakan biokomposit membutuhkan
bahan bakar yang lebih sedikit. Sehubungan peruntukan material baru tersebut
sebagai pengganti logam pada otomotif maka dituntut material yang tidak mudah
terbakar. Sehingga diperlukan penambahan senyawa penghambat nyala api untuk
meningkatkan ketahanan biokomposit terhadap nyala api.
Beberapa penelitian sebelumnya telah menambahkan senyawa penghambat
nyala pada komposit. Sain et al. (2004) dan Hui et al. (2005) melaporkan
penghambat nyala api yang paling banyak digunakan adalah komponen
anorganik, komponen halogen. Namun penggunaan senyawa halogen
menimbulkan permasalahan lingkungan sehingga mulai beralih pada penggunaan
flame retardant free halogen. Patra et al. (2005) melaporkan bahwa senyawa
CaCO3 yang dicampur dengan ammoniumpolipospat (APP) dapat bertindak
sebagai senyawa fire retardants. Hollingbery (2010) melaporkan bahwa Al(OH)3
dan Mg(OH)2 merupakan senyawa yang paling banyak digunakan sebagai
penghambat nyala karena sifatnya ramah lingkungan dan jumlahnya melimpah.
Moghaddam et al. (1997), Zhang et al. (2004), Huang et al. (2006), Huang et al.
(2007),Wittek dan Tanimoto (2008), melakukan penelitian terhadap kemampuan
hambat nyala komposit dan dilaporkan bahwa penambahan Mg(OH)2 memberikan
sifat hambat nyala yang lebih baik dibandingkan tanpa Mg(OH)2. Laotid et al.
(2008) melaporkan kinerja penghambat nyala dapat ditingkatkan dan
dioptimalkan dengan mengkombinasikan senyawa penghambat nyala yang
berbeda yang disebut sebagai konsep sinergi. Formicola et al. (2009), Liang et al.
(2010) dan Sain et al. (2004) melakukan percobaan terhadap sinergisitas zat aditif
seng borat terhadap kinerja senyawa penghambat nyala diperoleh komposit
dengan sifat hambat nyala yang meningkat. Berdasarkan uraian di atas maka LPP
dapat ditingkatkan kualitasnya dengan mengubahnya menjadi material
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
biokomposit menggunakan bahan pengisi serat kenaf dan senyawa pemadam
nyala Al(OH)3, Mg(OH)2 dan H3BO3 sehingga diperoleh material baru dengan
sifat meknik tinggi, biodegradable dan tahan terhadap api.
Penggunaan biokomposit untuk komponen kendaraan sangat dipengaruhi
kondisi lingkungan. Widyanto dkk. (2004) melaporkan perlakuan siklis termal
padaglass-fiber reinforced concrete (GFRC)mengakibatkan penurunan kekuatan
material.Sınmazçeliket al. (2012) melaporkan pengaruh pemanasan pada carbon
fibre reinforced polyetherimide (PEI)dan Cao et al. (2009) melaporkanpengaruh
siklis termal tentang pada carbon fibre reinforced polymer (CFRP) dan komposit
hibrid FRP mengakibatkan penurunan sifat mekanik. Ju (2011) melakukan siklis
termal pada komposit serat karbon bismaleimide (BMI) diperoleh keretakan
semakin besar.
Dari uraian di atas, maka perlu dilakukan uji siklis termal pada biokomposit
LPP/DVB/AA/SK yang mengandung senyawa penghambat nyala Al(OH)3,
Mg(OH)2 dan H3BO3 sehingga diketahui pengaruh siklis termal terhadap sifat
biokomposit tersebut.
B. Perumusan Masalah
1. Identifikasi Masalah
Air mineral di pasaran tersedia dalam berbagai bentuk kemasan, misalnya
kemasan galon (19L) berbahan polikarbonat, kemasan botol (1500 ml dan 600 ml)
terbuat dari bahan polyethylene terephthalate, dan cup (240 ml) berbahan
polipropilena. Pada jenis kemasan gallon dan botol umumnya dapat digunakan
kembali, sedang untuk kemasan cup pada umumnya hanya digunakan sekali pakai
kemudian langsung dibuang menjadi sumber limbah polipropilena yang
jumlahnya mencapai 3,99 x 104 ton di Indonesia.
Salah satu alternatif untuk mengatasi LPP yang berlimpah dan tidak dapat
terdegradasi tersebut ialah dengan mengubah LPP menjadi material biokomposit
yang bermanfaat yang memiliki sifat kuat dan biodegradable melalui penambahan
serat alam sebagai bahan pengisi. Sejak tahun 1930 Henry Ford telah
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
menggunakan serat tumbuhan yang satu family dengan kenaf sebagai bahan
penguat komposit untuk salah satu komponen mobil BMW dan Mercedes
(Mwaikambo, 2006). Threepopnatkul et al. (2008) membuat komposit dari
polikarbonat dengan serat daun nanas. Yang et al. (2004) membuat komposit dari
polipropilena dengan serbuk sekam padi.
Biokomposit dapat disintesis menggunakan metode lebur (internal mixer)
(Kim et al., 2005) maupun metode larutan dengan menggunakan pelarut yang
sesuai (Suharty, 1993). Dalam proses pembuatnnya dapat dilakukan secara reaktif
maupun non reaktif. Sifat mekanik biokomposit dapat meningkat melalui
pembentukan ikatan antara polimer buatan dengan serat alam. Pengikatan polimer
buatan yang bersifat non polar dan selulosa dari serat alam yang bersifat polar
memerlukan senyawa penggandeng. Tajvidi et al. (2003) membuat komposit dari
bahan HDPE dengan serat alam menggunakan coupling agent MAPE (Maleic
Anhydride modified Polethylene). Suharty dkk. (2007) menggunakan senyawa
penyambung silang asam akrilat (AA) untuk mengikatkan PP dengan serat
sehingga terbentuk ikatan LPP/AA/selulosa secara reaksi esterifikasi. Untuk
meningkatkan kualitas komposit dapat dilakukan pula dengan menggunakan agen
penyambung silang agar terbentuk jaringan ikat silang yang lebih besar sehingga
ikatan yang terbentuk lebih kuat dan komposit yang terbentuk lebih masive.
Suharty (1993) telah melakukan grafting antara PP dengan ditert-butil benzil
akrilat (DBBA) menggunakan trimetilol propana triakrilat (TMPTA) dan
divinilbensen (DVB). Disebutkan pula, pembuatanbiokomposit menggunakan
agen penyambung silang DVB lebih kuat daripada dengan TMPTA.
Sain et al. (2004) melakukan pembuatan biokomposit hambat nyala dengan
menambahkan Mg(OH)2 ke dalam campuran PP dan serbuk kayu (SK), dilaporkan
penambahan 25% Mg(OH)2 mengurangi pembakaran 50% dibandingkan
biokomposit tanpa Mg(OH)2. Dilaporkan pula penambahan 20% Mg(OH)2 dan
5% H3BO3 memberikan efek sinergis peningkatan penghambatan nyala komposit
yang terbentuk. Suharty et al. (2010) melakukan pembuatan biokomposit
polipropilena dan serat kenaf dengan penambahan senyawa penghambat nyala
Al(OH)3/Mg(OH)2 serta H3BO3 rasio 5/15 diperoleh pengurangan tingkat
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
pembakaran biokomposit hingga 55% dibandingkan biokomposit tanpa pemadam
nyala. Widyanto dkk. (2004) melakukan siklis termal terhadap glass-fiber
reinforced concrete pada suhu 35, 60, 100, 200, 300 ◦C dengan jumlah siklis
sebanyak 1,2,3,5,7 dan 10 kali mengakibatkan penurunan kekuatan material.
Sınmazçelik et al. (2012) melakukan siklis termal pada carbon fibre reinforced
polyetherimide (PEI) dengan jumlah siklis termal sebanyak 50, 200 dan 500 kali
mengakibatkan sifat mekanik. Ju (2007) melakukan pemanasan pada suhu 196
hingga 250 ◦C terhadap komposit serta karbon BMI diperoleh keretakan yang
semakin besar seiring peningkatan suhu pemanasan.
2. Batasan Masalah
a. Matrik polimer yang digunakan dalam pembuatan biokomposit adalah
limbah polipropilena (LPP) kemasan bentuk cup air mineral dalam kemasan
dari merck sejenis. Bahan pengisi serat tumbuhan yang digunakan adalah
serat kenaf (SK) dari Lamongan yang lolos ayakan 100 mesh .
b. Sintesis biokomposit dilakukan dengan metode larutan menggunakan
pelarut xilena dengan proses secara reaktif mempergunakan inisiator bensoil
peroksida (BPO), senyawa penggandeng multifungsional asam akrilat (AA)
dan dengan penambahan senyawa penyambung silang divinil benzena
(DVB).
c. Senyawa penghambat nyala yang digunakan dalam pembuatan biokomposit
dengan kemampuan hambat nyala adalah Mg(OH)2, Al(OH)3 dan H3BO3.
d. Dalam proses perlakuan siklis termal dilakukan variasi suhu pemanasan 25,
35, 45, 55, 65oC dan variasi jumlah pemanasan 20, 30, 40, 50, 60 kali.
e. Karakterisasi biokomposit yang dilakukan meliputi karakterisasi kekuatan
tarik sesuai ASTM D 638 dengan alat UTM (United Testing Machine) dan
kekuatan impaksesuai ASTM D 6110 dengan alat impak. Selain itu juga
dilakukan analisis gugus fungsi dengan FTIR.
3. Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini berdasarkan identifikasi dan batasan
masalah diatas adalah:
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
a. Bagaimana pengaruh pemanasan pada suhu 140 ◦C terhadap matriks PP dan
LPP ?
b. Berapa suhu optimum perlakuan siklis termal?
c. Bagaimana pengaruh siklis termal terhadap sifat mekanik biokomposit
mengandung pemadam nyala?
C .Tujuan Penelitian
1. Mengetahui pengaruh pemanasansuhu 140 ◦C terhadap sifat PP dan LPP
2. Mengetahui suhu optimum perlakuan siklis termal biokomposit
mengandung pemadam nyala.
3. Mengetahui pengaruh siklis termal terhadap sifat biokomposit mengandung
pemadam nyala.
D. Manfaat
1. Memberikan informasi mengenai cara mengatasi LPP yang menimbulkan
masalah lingkungan karena sifatnya yang tidak dapat terdegradasi.
2. Memberikan informasi tentang pembuatan material plastik yang tidak
mudah terbakar.
3. Memberikan informasi tentang pengaruh siklis termal terhadap sifat
biokomposit mengandung pemadam nyala.
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB II
LANDASAN TEORI
A. Tinjauan pustaka
1. Polipropilena
Plastik memiliki sifat transparan, ringan, praktis, murah dan mudah
diolahsehingga banyak dimanfaatkan untuk pembungkus air minum dalam
kemasan (AMDK). Soetantini (2007) dan Asosiasi Perusahaan Air Minum Dalam
Kemasan Indonesia (Aspadin) (2010) melaporkan kebutuhan air mineral di
pasaran tersedia dalam berbagai bentuk kemasan, yaitu kemasan galon (19L)
berbahan polikarbonat sebesar 60%, kemasan botol (1500 ml dan 600 ml) terbuat
dari bahan polyethyene terephthalate, sebesar 25% dan cup (240 ml) berbahan
polipropilena sebesar 15%.Pada jenis kemasan galon dan botol umumnya dapat
digunakan kembali, sedang untuk kemasan cup pada umumnya hanya digunakan
sekali pakai kemudian langsung dibuang menjadi sumber LPP. Pada tahun 2010,
produksi AMDK mencapai 14,5 miliar liter per tahun. Pada tahun 2011 kebutuhan
AMDK mencapai 17,3 miliar liter per tahun. Jumlah tersebut mengalami kenaikan
sekitar 19 persen, bila dilakukan asumsi untuk limbah cup saja bisa terbuang
mencapai 10,7 miliar gelas. Dan bila dilakukan pengukuran massa, dimana satu
buah cupmemiliki massa 3,7 gram maka limbah cup AMDK yang terbuat dari
polipropilena terbuang seberat 3,99 x 104 ton.
Selain kelebihan PP yang telah disebutkan di atas, ada beberapa kelemahan
diantaranya mudah teroksidasi, sifat mekanik rendah, mudah terbakar dan tidak
dapat terdegradasi secara alami. Kelemahan-kelemahan tersebut dapat diatasi
dengan menjadikan PP sebagai bahan komposit dengan sifat mekanik tinggi dan
biodegradabel melalui penambahan serat alam. Ton-That and Denault (2008)
membuat komposit dari polipropilena dengan serat selulosa dari serbuk kayu
dihasilkan suatu biokomposit yang biodegradabel dan sifat mekaniknya
meningkat. Suharty et al. (2008) melakukan pembuatan biokomposit limbah
polipropilena dengan bahan pengisi serbuk bambu secara reaktif menggunakan
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
senyawa penggandeng AA dan agen penyambung silang DVB diperoleh material
dengan sifat mekanik tinggi dan
nyala biokomposit dapat dilakukan penambahan senyawa pemadam nyala.
et al. (2010) melakukan pembuatan biokomposit polipropilena dengan serat kenaf
dengan menambahkan senyawa tahan bakar Mg(OH)
diperoleh biokomposit dengan tingkat pemba
melakukan pembuatan biokomposit polipropilena dengan serat kenaf
menggunakan senyawa pemadam nyala Al(OH)
H3BO3 diperoleh tingkat
senyawa penghambat nyala.
Polipropilena
Polipropilena bersifat termoplastik yaitu meleleh dan mengeras kembali saat
didinginkan (Lubis, 2009).
logo berbentuk segitiga dengan
Society of Plastic Industry
Gambar 1.
Gambar 1. Kode Polipropilena dari
Polipropilena (PP) merupak
monomer-monomer propilena/propena (CH
karbon reaktif pada posisi karbon tersier (C*). Pemutusan ikatanC
karbon tersier (C*) akan menghasilkan radikal bebas atau pun ka
memerlukan energi disosiasi 91 kkal/mol. Energi tersebut lebih rendah bila
dibandingkan energi disosiasi ikatan C
energi sebesar 94,5 kkal/mol (Fessenden & Fessenden, 1998).
senyawa penggandeng AA dan agen penyambung silang DVB diperoleh material
dengan sifat mekanik tinggi dan biodegradable. Untuk meningkatkan sifat hambat
iokomposit dapat dilakukan penambahan senyawa pemadam nyala.
. (2010) melakukan pembuatan biokomposit polipropilena dengan serat kenaf
dengan menambahkan senyawa tahan bakar Mg(OH)2/Al(OH)
diperoleh biokomposit dengan tingkat pembakaran berkurang 55%. Nida (2011)
melakukan pembuatan biokomposit polipropilena dengan serat kenaf
menggunakan senyawa pemadam nyala Al(OH)3 serta zat aditif pemadam nyala
tingkat pembakaran 46,75 % dibanding biokomposit tanpa
mbat nyala.
larut 100% dalam xilena mendidih (Suharty, 1993).
Polipropilena bersifat termoplastik yaitu meleleh dan mengeras kembali saat
didinginkan (Lubis, 2009). Bagian bawah cup AMDK terdapat tulisan PP dan
logo berbentuk segitiga dengan angka lima. Kode tersebut dikeluarkan oleh
Society of Plastic Industry pada tahun 1998 di Amerika Serikat ditunjukkan pada
Gambar 1. Kode Polipropilena dari The Society Of Plastic Industry
Polipropilena (PP) merupakan polimer hidrokarbon yang terbentuk dari
monomer propilena/propena (CH2-CH=CH2). Polipropilena memiliki
karbon reaktif pada posisi karbon tersier (C*). Pemutusan ikatanC
karbon tersier (C*) akan menghasilkan radikal bebas atau pun ka
memerlukan energi disosiasi 91 kkal/mol. Energi tersebut lebih rendah bila
dibandingkan energi disosiasi ikatan C-H sekunder (C#) yang membutuhkan
energi sebesar 94,5 kkal/mol (Fessenden & Fessenden, 1998).
(a) (b)
senyawa penggandeng AA dan agen penyambung silang DVB diperoleh material
. Untuk meningkatkan sifat hambat
iokomposit dapat dilakukan penambahan senyawa pemadam nyala.Suharty
. (2010) melakukan pembuatan biokomposit polipropilena dengan serat kenaf
Al(OH)3 serta H3BO3
karan berkurang 55%. Nida (2011)
melakukan pembuatan biokomposit polipropilena dengan serat kenaf
serta zat aditif pemadam nyala
dibanding biokomposit tanpa
100% dalam xilena mendidih (Suharty, 1993).
Polipropilena bersifat termoplastik yaitu meleleh dan mengeras kembali saat
AMDK terdapat tulisan PP dan
Kode tersebut dikeluarkan oleh
ika Serikat ditunjukkan pada
The Society Of Plastic Industry
an polimer hidrokarbon yang terbentuk dari
). Polipropilena memiliki
karbon reaktif pada posisi karbon tersier (C*). Pemutusan ikatanC-Hpada posisi
karbon tersier (C*) akan menghasilkan radikal bebas atau pun karbokation dan
memerlukan energi disosiasi 91 kkal/mol. Energi tersebut lebih rendah bila
H sekunder (C#) yang membutuhkan
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Dalam struktur polimer polipropilena atom-atom karbon terikat secara
tetrahedral dengan sudut antara ikatan C-C 109,5º dan membentuk rantai zigzag
planar (Adriani, 2003). Polipropilena struktur zigzag planar dapat terjadi dalam
tiga cara yang berbeda-beda tergantung pada posisi relatif gugus metil (CH3) satu
sama lain di dalam rantai polimernya sehingga menghasilkan struktur isotaktik
(grup metil pada satu sisi dari bidang), ataktik (grup metil secara acak menempel
ke setiap sisi) dan sindiotaktik (grup metil bergantian), seperti gambar 2. Secara
kimia ketiga struktur polipropilena berbeda satu sama lain. Polipropilena ataktik
tidak dapat berubah menjadi polipropilena sindiotaktik atau menjadi struktur
lainnya tanpa memutuskan dan menyusun kembali beberapa ikatan kimia. Dalam
struktur polipropilena ataktik gugus metil bertindak seperti cabang-cabang rantai
pendek yang muncul pada sisi rantai secara acak. Ini mengakibatkan sulitnya
untuk mendapatkan daerah-daerah rantai yang sama (tersusun) sehingga
mempunyai sifat kristalin rendah menyebabkan tingginya kadar oksigen pada
bahan tersebut sehingga bahan polimer ini mudah terdegradasi oleh pengaruh
lingkungan seperti kelembaban cuaca, radiasi sinar matahari dan lain sebagainya
(Evrianni, 2009). Polipropilena berstruktur isotaktik dan sindiotaktik adalah
sangat kristalin, bersifat keras dan kuat. Menurut Ghosh (2011), PP komersial
hampir 90-97% merupakan isotaktik. Ataktisitas polipropilena dapat dilihat pada
Gambar 2.
(a)
(b)
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
H2C C
CH3
PPPP
(c)
Gambar 2. (a). Isotaktik; (b). Ataktik; (c). Sindiotaktik, dimana R = CH3
Polipropilena terbentuk dari penggabungan monomer-monomer propena
melalui reaksi polimerisasi adisi. Polipropilena memiliki gugus metin (>CH-)
yang bersifat reaktif yang disebabkan adanya efek sterik dari gugus-gugus besar
di sekitar atom C tersier yang mengakibatkan proton pada atom C tersier akan
mudah diserang oleh senyawa radikal melalui proses reaktif sehingga terjadi
pelepasan proton. Kereaktifan gugus metin (>CH-) menyebabkan PP mudah
berikatan dengan gugus fungsi non polar lainnya (Pudjaatmaka, 1986). Struktur
propena dan reaksi radikal pada poliprpilena dapat dilihat pada Gambar 3.
H2C C
H
CH3
Propilena/propena (a) polipropilena
H2C C
H
CH3
PP PP
(b)
Gambar 3. Struktur Propena dan (b) reaksi radikal pada PP
PP mudah teroksidasi oleh panas maupun UV. Pengaruh panas maupun
UV pada PP mengakibatkan degradasi. Hal tersebut disebabkan bila suatu benda
dipanaskan akan mengalami pemuaian sesuai koefisien muainya masing-masing.
(Ray, 2005). Secara kimia pemuaian merupakan terjadinya pemanjangan ikatan
dari struktur tersebut (Surdia, 1992). Bila pemanasan dilanjutkan akan terjadi
perapuhan sesuai dengan teori Norrish yaitu peningkatan karbonil indeks
(Suharty, 1993).
karbon tersier
C H 2 C
H
C H 3
*
n
•- RH
pusat reaksigugus non polar
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
●
●
●
●
●
●
●
Oksidasi akan menyebabkan PP mengalami β-scission (pembelahan rantai)
menghasilkan keton. Reaksi ini dikenal dengan reaksi Norrish (Suharty, 1993),
ditunjukkan pada Gambar 4.
1). Inisiasi :
Polimer 2 R●
(a)
2). Propagasi:
R● + O2 ROO●
(b)ROO● + RH ROOH + R●
CH2 C
CH3
O O
CH2 C
CH3
O OH
3). ROOH RO● + ●OH
CH2 C
CH3
O OHPP hidroperoksida
CH2 C
CH3
OPP alkoksi radikal
CH2 C
CH3
OPP alkoksi radikal (c)
4). Reaksi β – scission
CH2 C
CH3
O
5). Reaksi Norrish
Polipropilena
+ O ●OH
C H 3
C *H 2 C*
H
n C H 2 C
C H 3
C H 2 C
C H 3
O O
O 2C H 2 C
C H 3
C
CH3
●
●●
●
CH3
C *H2C*
H
n+
●
●
(d)+ ●CH3
C CH2
O
H2C
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
CH2C CH2 CH2
O
CH2
Gambar 4. Mekanisme reaksi NorrishUntuk meningkatkan ketahanan PP terhadap oksidasi, dapat dilakukan
penambahan anti oksidan panas atau pun UV. Anti oksidan merupakan zat aditif
yang ditambahkan pada material untuk meningkatkan ketahanan material tersebut
terhadap oksidasi. Hal tersebut banyak dilakukan kalangan industri untuk
memenuhi kebutuhan masing-masing. PP yang telah mengalami treatment
(penambahan anti oksidan, zat pemlastis, dll.) memiliki sifat berbeda dengan PP
murni. Adanya anti oksidan, pemalstis maupun zat lainnya akan meningkatkan
ketahanan material tersebut terhadap degradasi (Iramani dkk., 2007).
2. Bahan Pengisi Serat Kenaf
Bahan pengisi adalah suatu bahan yang ditambahkan ke dalam campuran
plastik yang dapat meningkatkan sifat polimer tersebut. Bahan pengisi dapat
berfungsi sebagai bahan penguat. Bahan penguat dari serat tumbuhan memiliki
kelebihan diantaranya, jumlahnya berlimpah, memiliki densitas yang rendah, serat
tidak hancur selama pemrosesan, dan tidak mencamari lingkungan (Ton-that,
2008). Pembuatan biokomposit PP dengan bahan pengisi serbuk sekam padi
dihasilkan biokomposit dengan kekuatan tarik lebih tinggi (Yang et al., 2004).
Kim et al. (2005) membuat komposit polibutilen suksinat (PBS) dengan abu
sekam padi atau serbuk kayu secara proses metode lebur menggunakan internal
mixer dihasilkan suatu biokomposit yang biodegradabel dan sifat mekaniknya
meningkat.
Indonesia merupakan daerah tropis yang subur sehingga banyak
ditemukan tanaman yang menghasilkan serat. Serat tumbuhan yang dapat
digunakan sebagai bahan pengisi yang baik adalah serat dengan kandungan
selulosa tinggi. Salah satu tanaman dengan kandungan selulosa tinggi adalah
kenaf. Kenaf dikenal dengan nama latin Hibiscus canabiscus.Produksi tanaman
kenaf di dunia mencapai 970.000 ton/tahun. Serat kenaf memiliki kandungan
+ ● CH2 CH2 CH2(e)
CH2C
O
●
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
selulosa 57%, hemiselulosa 21% dan lignin 19%. Diameternya berukuran 17,7
21,9 μm dan densitas 1220
dibandingkan kandungan lignin, menyebabkan serat kenaf bersifat tidak getas dan
memiliki keuletan yang tinggi. Hal tersebut ditunjukkan dari kekuatan tarik serat
kenaf yaitu mencapai 1191
komposisi terbesar dari serat kenaf adalah golongan selulosa dan hemiselulosa.
Adapun Gambar tanaman kenaf dan serat kenaf ditunjukkan pada Gambar 5.
Tanaman kenaf
Gambar 5. Tanaman
Selulosa merupakan polimer alami berantai lurus yang tersusun dari unit
satuan tunggal β-D-
(Stevens, 2001). Struktur selulosa ditunjukkan pada Gambar 6.
Molekul-molekul selulosa berbentuk linier dan mempunyai
kecenderungan membentuk ikatan
Selulosa mengandung rata
mengandung tiga gugus hidroksil (
dua oksigen yang membentuk ikatan glikosidik dengan monomer lain (Achmadi,
2003). Kelima gugus ini bersifat reaktif dan polar, sehingga akan berikatan
dengan gugus polar dari senyawa lain.
selulosa 57%, hemiselulosa 21% dan lignin 19%. Diameternya berukuran 17,7
dan densitas 1220-1400 kg/m3.Kandungan selulosa yang cukup tinggi
dibandingkan kandungan lignin, menyebabkan serat kenaf bersifat tidak getas dan
memiliki keuletan yang tinggi. Hal tersebut ditunjukkan dari kekuatan tarik serat
kenaf yaitu mencapai 1191 MPa (Mwaikambo, 2006). Berdasarkan data tersebut,
komposisi terbesar dari serat kenaf adalah golongan selulosa dan hemiselulosa.
Adapun Gambar tanaman kenaf dan serat kenaf ditunjukkan pada Gambar 5.
Tanaman kenaf Serat batang kenaf
Gambar 5. Tanaman kenaf dan serat batang kenaf
Selulosa merupakan polimer alami berantai lurus yang tersusun dari unit
-glukosa melalui ikatan glikosida pada posisi C1 dan C4
(Stevens, 2001). Struktur selulosa ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Struktur selulosa
molekul selulosa berbentuk linier dan mempunyai
kecenderungan membentuk ikatan-ikatan hidrogen intra dan intermolekuler.
Selulosa mengandung rata-rata 5.000 unit glukosa dan setiap unit glukosa
mengandung tiga gugus hidroksil (-OH) yang terletak pada C2, C
dua oksigen yang membentuk ikatan glikosidik dengan monomer lain (Achmadi,
Kelima gugus ini bersifat reaktif dan polar, sehingga akan berikatan
dengan gugus polar dari senyawa lain. Diharjo (2005) melaporkan bahwa s
selulosa 57%, hemiselulosa 21% dan lignin 19%. Diameternya berukuran 17,7-
.Kandungan selulosa yang cukup tinggi
dibandingkan kandungan lignin, menyebabkan serat kenaf bersifat tidak getas dan
memiliki keuletan yang tinggi. Hal tersebut ditunjukkan dari kekuatan tarik serat
Berdasarkan data tersebut,
komposisi terbesar dari serat kenaf adalah golongan selulosa dan hemiselulosa.
Adapun Gambar tanaman kenaf dan serat kenaf ditunjukkan pada Gambar 5.
Selulosa merupakan polimer alami berantai lurus yang tersusun dari unit
glukosa melalui ikatan glikosida pada posisi C1 dan C4
molekul selulosa berbentuk linier dan mempunyai
ntra dan intermolekuler.
rata 5.000 unit glukosa dan setiap unit glukosa
, C3 dan C6 serta
dua oksigen yang membentuk ikatan glikosidik dengan monomer lain (Achmadi,
Kelima gugus ini bersifat reaktif dan polar, sehingga akan berikatan
melaporkan bahwa sifat
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
mekanis komposit dapat ditingkatkan dengan perlakuan alkalisasi serat sehingga
dapat meningkatkan ikatan antara serat dan matrik polimer.
3. Inisiator Bensoil Peroksida
Dalam proses reaksi polimerisasi secara reaktif diperlukan suatu inisiator
untuk membentuk radikal bebas. Inisiator akan menyebabkan terbentuknya
senyawa radikal yang akan mengganggu senyawa lain sehingga bersifat radikal
pula. Benzoil peroksida (BPO) merupakan senyawa peroksida yang berfungsi
sebagai inisiator dalam proses polimerisasi dan dalam pembentukan ikatan silang
dari material polimer. Senyawa peroksida ini dapat digunakan sebagai pembentuk
radikal bebas (Hesman,1974). Salah satu jenis inisiator yaitu benzoil peroksida
(BPO) dengan rumus struktur C6H5COOOOCC6H5. Struktur Benzoyl Peroksida
ditunjukkan pada Gambar 7.
C
O
O O C
O
Gambar 7. Struktur benzoil peroksida
Senyawa radikal akan menyerang polipropilena sehingga menghasilkan
polipropilena radikal dan selanjutnya bereaksi dengan DVB membentuk
biokomposit.
Proses pembuatan biokomposit secara radikal akan melalui tiga tahap
yaitu propagasi, inisiasi dan terminasi. Tahapan reaksi yang terjadi dapat
digambarkan sebagai berikut:
Inisiasi : ROOR 2 RO ●
ROOR ROO● + R●
R● +M RM●
Propagasi : RM● +M RMM ●
Terminasi : M m● + Mn● M (m+n)
Inisiator BPO akan menginisiasi masing-masing senyawa yang
mengakibatkan terbentuknya radikal pada masing-masing senyawa tersebut.
Setelah terbentuk radikal, senyawa-senyawa tersebut akan bereaksi secara reaktif
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
berikatan dengan senyawa lainnya sehingga terbentuk biokomposit. Pembentukan
radikal pada BPO, PP dan selulosa ditunjukkan pada Gambar 8.
C6H5 C OO
O
C
O
C6H5 C6H5 C O
O
2 2 C6H5 + 2 CO2
(a)
H2C C
H
CH3n
H2C C
CH3n
(b)
Gambar 8. Pembentukan radikal pada : (a) BPO (b) PP (c) selulosa (Carlsson,
2005)
4. Senyawa Penggandeng Asam Akrilat
Pada pembuatan biokomposit, PP dengan serat kenaf tidak dapat berikatan
karena perbedaan kepolaran gugus reaktif kedua senyawa tersebut. Agar kedua
senyawa tersebut dapat berikatan diperlukan suatu senyawa yang memiliki dua
atau lebih gugus reaktif yang berbeda sifat kepolaran. Senyawa tersebut disebut
senyawa penggandeng multifungsional. Dalam proses reaksi polimerisasi,
senyawa tersebut berfungsi memperbanyak penggabungan dua molekul atau lebih
yang memiliki kepolaran berbeda.Contoh senyawa tersebut misalnya maleat
anhidrida (MA), AA, MAPE (Maleic Anhydride modified Polypropylene) (Tajvidi
et al., 2003).Suharty et al. (2010) melakukan pembuatan biokomposit PP dengan
serat kenaf menggunakan senyawa penggandeng multifungsional asam akrilat.
•
•
+ • R
•
- RH
(c)
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Asam akrilat memiliki dua gugus fungsi reaktif yaitu gugus vinil (CH2=CH)
dan gugus hidroksil darigugus karboksilat. Gugus vinil bersifat non polar yang
dapat berikatan dengan gugus non polar molekul lain dan gugus polar dapat
berikatan denagn selulosa melalui reaksi esterifikasi radikal bebas. Maka dari itu
asam akrilat dapat digunakan sebagai senyawa penggandeng multifungsional yang
dapat berikatan dengan polipropilena maupun dengan selulosa. Struktur asam
akrilat dan pembentukan radikal asam akrilat ditunjukkan pada Gambar 9.
CH2 CH
C
O
OH
Gambar 9. (a) Struktur asam akrilat (b) Pembentukan radikal pada asam akrilat(Suharty et al., 2010)
5. Senyawa Penyambung Silang Divinil Benzena
Penambahan agen penyambung silang pada pembuatan biokomposit dapat
meningkatkan kuattarik biokomposit (Suharty et al., 2009). Yang et al. (2007)
melaporkan bahwa penambahan agen penyambung silang maleic anhydride
polipropilen (MAPP) pada pembuatan komposit serbuk sekam padi dengan
polipropilena dapat meningkatkan kekuatan tarik komposit. Suharty et al. (2008)
melaporkan penggunaan DVB pada pembuatan biokomposit dari limbah
polipropilena dengan bahan pengisi serbuk bambu dapat meningkatkan kekuatan
tarik dan kemampuan biodegradasi biokomposit yang dihasilkan dibandingkan
biokomposit tanpa penggunaan DVB.
Gugus reaktif DVB terletak pada kedua gugus vinil dan inti aromatis. DVB
dapat membentuk reaksi primer maupun sekunder pada gugus reaktifnya. Ikatan
primer terbentuk pada gugus vinil dengan senyawa non polar lainnya, sedangkan
•
•• •+ R•C H 2 C
HC
O
O HC H 2
HC C
O- ROH
gugus polargugus non
polar
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ikatan sekunder atau ikatan hidrogen terbentuk antara awan π elektron dengan
atom hidrogen bermuatan parsial positif (Hδ+). Ikatan primer dan sekunder akan
memperbesar jaringan polimer sehingga polimer menjadi lebih keras, masif dan
konsekuensinya dapat meningkatkan sifat mekanik (Suharty, 1993). Adapun
struktur DVB dan pembentukan radikal pada DVB, ditunjukkan pada Gambar 10.
CH
CH2
CH CH2
H2CCH2
H2C
CH2
Gambar 10. (a) Struktur DVB dan (b) Pembentukan radikal pada DVB (Suharty etal., 2010)
6. Fire Retardant
Pembakaran merupakan suatu proses reaksi oksidasi cepat yang disertai
pelepasan energi panas. Agar terjadi pembakaran diperlukan tiga komponen yaitu
oksigen, bahan bakar, dan panas. Ketiga unsur tersebut disebut segitiga api.Reaksi
pembakaran akan terhambat dan lambat laun akan berhenti jika salah satu (atau
lebih) dari tiga komponen tersebut dihilangkan. Misalnya, menutup kompor yang
terbakar dengan karung basah, sehingga aliran oksigen ke bahan bakar menjadi
terhambat dan pembakaran terhenti (Hanafi, 2009). Reaksi pembakaran serta
segitiga api dapat dilihat pada Gambar 11.
Reaksi pembakaran :
Gambar 11.(a) Reaksi pembakarandan (b) Segitiga api (Hanafi, 2009)
Polimer dan serat alam merupakan material organik yang memiliki sifat
mudah terbakar. Untuk menghambat terjadinya pembakaran pada biokomposit
perlu ditambahkan suatu flame retardant. Flame retardant merupakan komponen
Bahan bakar
CxHy + O2 CO2 + H2O
+ R●
(a) (b)
(a) (b)
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
atau kombinasi komponen yang dapat menghambat pembakaran bila ditambahkan
pada suatu substrat sehingga dihasilakan material yang memiliki kemampuan
hambat bakar (Tesoro, 1976). Zhang et al. (2004) melakukan eksperimen untuk
mengetahui efek ukuran partikel Mg(OH)2 yang ditambahkan ke dalam komposit
karet terhadap kemampuan hambat nyala komposit dan dilaporkan bahwa dengan
ukuran partikel yang lebih kecil memberikan sifat hambat nyala yang lebih baik.
Liang et al. (2010) melakukan pembuatan komposit PP/Al(OH)3/Mg(OH)2 dengan
menambahkan zink borate menghasilkan komposit dengan sifat hambat nyala
yang meningkat dibandingkan komposit tanpa zink borate.Suharty et al. (2010)
melakukan pembuatan biokomposit polipropilena dengan serat kenaf dengan
menambahkan senyawa tahan bakar Mg(OH)2/Al(OH)3 serta H3BO3 diperoleh
biokomposit dengan tingkat pembakaran berkurang 55%. Nida (2011) melakukan
pembuatan biokomposit polipropilena dengan serat kenaf menggunakan senyawa
pemadam nyala Al(OH)3 serta zat aditif pemadam nyala H3BO3diperoleh
penurunan tingkat pembakaran 46,75 % dibanding biokomposit tanpa senyawa
penghambat nyala.
Hollingbery et al. (2010) melaporkan dekomposisi Mg(OH)2 terjadi pada
suhu 300 -330 ◦C dengan melepaskan air.
Mg(OH)2MgO(s) + H2O(g) ΔH = +1,45 kJ/g
Laotid et al. (2008) melaporkan dekomposisi endotermik Al(OH)3 terjadi
antara suhu 180 °C – 200 °C dengan melepaskan air dan memebentuk aluminium
oksida.
2Al(OH)3(s) Al2O3(s) + 3H2O (g) ΔH = +1,3 kJ/g
Sain et al. (2004) melaporkan reaksi tersebut memberikan pengaruh
terhadap pembakaran polimer, yaitu:
1) Menyerap panas dari pembakaran, sehingga menurunkan temperatur
pembakaran
2) Membentuk lapisan logam oksida (Al2O3) yang berfungsi sebagai penyekat
dan melindungi lapisan polimer sehingga menghambat interaksi dengan O2
selama pembakaran
3) Melepaskan H2O yang dapat menghambat O2 dalam pembentukan nyala
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4) Menghasilkan arang/jelaga yang berfungsi menghambat nyala api dan
pembentukan asap
Laotid et al.(2008) melaporkan untuk meningkatkan kinerja penghambatan
api yang tinggi dapat menggunakan sistem penghambat nyala api dengan
melakukan kombinasi dari agen penghambat nyala api yang berbeda. Konsep ini
dikenal dengan konsep sinergi formulasi komponen penghambat nyala
api.Tujuannya ialah untuk meningkatkan kinerja dari campuran dua atau lebih
senyawa penghambat nyala api. Misalnya, logam borat atau seng borat telah
sering digunakan sebagai agen sinergis untuk hidroksida logam dalam matriks
poliolefin.
Sain et al. (2004) melaporkan efisiensi hambat nyala dari Mg(OH)2 dapat
ditingkatkan dengan mengkombinasikan senyawa tahan api magnesium
hidroksida dengan seng borat atau asam borat yang akan menghasilkan efek
hambat nyala api yang sinergis. Formicola et al. (2009), melakukan percobaan
terhadap sinergisitas seng borat dan aluminium hidroksida dihasilkan komposit
yang ditambahkan seng borat memiliki ketahanan nyala lebih baik dibandingkan
komposit dengan penambahan aluminium hidroksida saja.
Asam borat berbentuk kristal tak berwarna atau bubuk putih dan larut dalam
air. Memiliki berat molekul 61,83 gr/mol dengan densitas 1,435 g/cm3. Ketika
dipanaskan di atas 170 °C terjadi dehidrasi, membentuk asam metaboric (HBO2):
H3BO3 → HBO2 + H2O
Asam borat meleleh pada suhu sekitar 236 ° C, dan ketika dipanaskan di atas
sekitar 300 °C akan terjadi dehidrasi, membentuk asam tetraboric:
4HBO2 → H2B4O7 + H2O
Pemanasan lebih lanjut menghasilkan boron trioksida dan air.
H2B4O7 → 2 B2O3 + H2O
Dekomposisi endotermikasam borat akan melepaskan air dan oksida boron
(B2O3). B2O3 terbentuk pada suhu 350 °C dan mengarah pada pembentukan
lapisan pelindung seperti kaca. Lapisan ini melindungi polimer dari panas dan
oksigen. Dengan demikian pelepasan gas yang mudah terbakar berkurang (Laotid
et al., 2008).
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7. Biokomposit
Komposit merupakan gabungan dua atau lebih material polimeryang
memiliki sifat mekanik berbeda dan menghasilkan material baru yang memiliki
sifat mekanik dan kharasteristik yang berbeda pula dari material pembentuknya
(Taurista etal., 2006). Biokomposit merupakan suatu komposit yang dapat
terdegradasi secara alami. Untuk mendapatkan suatu biokomposit dapat dilakukan
dengan menggabungkan suatu polimer plastik yang berfungsi sebagai matriks
dengan suatu serat alam sebagai bahan pengisi. Pembuatan biokomposit dapat
dilakukan melalui proses polimerisasi reaktif (Suharty, 1993). Tahapan dalam
proses polimerisasi dapat digambarkan sebagai berikut :
Inisiasi : ROOR 2 RO •
ROOR ROO • + R •
R • + M RM •
Propagasi : RM • + M RMM •
Terminasi : RMx • + RMx+n • M2x+n
Proses pembuatan biokomposit dapat dilakukan dengan metode lebur dan
metode larutan. Metode lebur biasanya dilakukan dengan menggunakan internal
mixer, dimana dua polimer dipanaskan hingga meleleh berbentuk sangat kental.
Sedangkan pada metode larutan, polimer-polimer dilarutkan dalam suatu pelarut
yang sesuai lalu diaduk. Kemudian master batches yang dihasilkan diuapkan
untuk menghilangkan pelarutnya. Metode larutan ini biasanya dilakukan dalam
skala kecil mengingat penggunaan pelarut dan prosedur penguapan (Dyson,
1998). Mengacu pada penelitian sebelumnya, pada penelitian ini akan digunakan
pelarut xilena. Xylena merupakan senyawa hidrokarbon aromatik yang memiliki
titik didih 138-144 ◦C .
Jenis inisiator yang biasanya digunakan biasanya berasal dari senyawa azo
dan peroksida. Pada penelitian ini digunakan inisiator peroksida. Suharty et al.
(2007) telah membuat biokomposit dari polistirena daur ulang dengan bahan
pengisi serbuk kayu kelapa dan serbuk kayu sengon dalam pelarut toluena, baik
secara non reaktif maupun reaktif menggunakan inisiator BPO dihasilkan
biokomposit yang diproses secara reaktif memiliki kekuatan tarik lebih baik
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
dibanding non reaktif. Bensoil peroksida (BPO) dengan rumus struktur
C6H5COOOOCC6H5 yang memiliki dua jenis radikal kemudian akan menginisiasi
senyawa lain sehingga terbentuk senyawa radikal baru (Seymor and Carraher,
1998) seperti ditunjukkan pada Gambar 12.
C6H5 C OO
O
C
O
C6H5 C6H5 C O
O
2 2 C6H5 + 2 CO2
(R1•) (R2•)
(a)
H2C C
H
CH3n
H2C C
CH3n
(b)
Gambar 12. Pembentukan radikal pada : (a) BPO (b) PP (c) selulosa (Seymor and
Carraher, 1998)
Suharty dkk. (2009) melakukan optimasi konsentrasi BPO dalam
pembuatan biokomposit LPP/SK dan diperoleh biokomposit dengan sifat mekanik
yang baik pada penggunaan BPO 0,05% berat total LPP/SK. Senyawa radikal R●
akan menyerang polipropilena untuk membentuk polipropilena radikal aktif pada
karbon tersier. Selanjutnya akan bereaksi dengan DVB. DVB memiliki dua gugus
vinil yang bersifat non polar. Selanjutnya DVB akan berikatan dengan senyawa
penggandeng multifungsional asam akrilat (AA). AA memiliki dua gugus fungsi
reaktif yaitu gugus hidroksil dari suatu karboksilatyang bersifat polar dan gugus
vinil (CH2=CH-) yang bersifat non polar sehingga dapat menyatukan senyawa
hidrofilik dengan senyawa hidrofobik. Gugus polar dari asam akrilat selanjutnya
akan berikatan dengan gugus polar dari selulosa melalui reaksi esterifikasi.
•
•
+ • R
•
- RH
(c)
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
+ R•
Adanya BPO akan menginisiasi terbentuknya radikal pada DVB dan AA, seperti
ditunjukkan pada Gambar 13.
H2CCH2
H2C
CH2
Gambar13. Pembentukan radikal pada : (a) DVB (b) AA (Suharty et al., 2010)
Beberapa kemungkinan ikatan yang terjadi pada pembentukan biokomposit
LPP/DVB/AA/SK ditunjukkan pada Gambar 14.
~ PP – DVB – AA - Sel ~
~ PP PP ~
~ PP – DVB – PP ~
~ PP PP ~
BPO ~ Sel – AA– DVB – AA – Sel ~
Gambar 14. Kemungkinan terjadinya ikatan pada pembentukan biokomposit
(Nida, 2011)
~PP –AA –PP –AA~
PP+ AA BPO ~ PP - PP -PP – PP~
~ AA –AA –AA – AA~
●●+ R
•CH2 C
HC
O
OH CH2HC C
O
CH
CH2
CH CH2
(a)
(b)
PP+AA+ selulosa+DVB
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8. Perlakuan Siklis Termal
Sifat khas bahan polimer sangat berubah oleh perubahan temperatur. Hal
ini disebabkan apabila temperatur berubah, pergerakan molekul karena termal
akan mengubah kumpulan molekul atau merubah struktur. Keadaan tersebut akan
mempengaruhi sifat mekanik dan kimia (Surdia, 1992). Salah satu sifat dari bahan
polimer adalah kurang tahan terhadap panas. Komposit yang mengalami proses
pemanasan dan pendinginan berulang dapat menimbulkan kelelahan panas
(thermal fatigue) dan kerusakan sehingga menurunkan sifat mekanik dari
komposit tersebut (Susanto, 2004). Pemanasan berulang-ulang (siklis termal)
yaitu suatu perlakuan pemanasan yang dilakukan pada waktu tertentu dan suhu
pemanasan tertentu secara berulang-ulang yang dipengaruhi oleh suhu
berfluktuasi.
Secara kimia, bila suatu senyawa terkena panas maka molekul-molekul
dalam senyawa tersebut akan menyerap energi dari panas tersebut. Energi yang
diserap menimbulkan pergerakan molekul-molekul yang tidak teratur.
Ketidakteraturan molekul akan mempengaruhi kekuatan ikatan antar molekul
polimer sehingga dapat merubah struktur polimer dan mengakibatkan terjadinya
degradasi polimer (Surdia, 1992). Masing-masing senyawa penyusun biokomposit
memiliki koefisien muai dan koefisien susut yang berbeda-beda (Giancoli, 1985),
sehingga pada proses pemanasan dan pendinginan berulang-ulang akan
mengakibatkan pemuaian dan penyusutan sesuai dengan koefisien muai dan
susutnya masing-masing Akibat dari pemuaian dan penyusutan tersebut
mengakibatkan pemanjangan ikatan sehingga kekuatan ikatannya menurun (Ray,
2005).
Pemanasan berulang menyebabkan penurunan kualitas material yang
mempengaruhi sifat fisik dan mekanik glass-fiber reinforced concrete (GFRC)
(Widyanto etal., 2004). Ju (2007) melakukan pemanasan berulang pada komposit
bismaleimide (BMI)-serat karbon di bawah suhu distorsi bahan utama, diperoleh
hasil semakin banyak pemanasan yang dilakukan mengakibatkan terjadinya
keretakan yang lebih besar. Susanto (2004) melaporkan perlakuan 10 kali siklis
termal pada GFRC dan RFRC dengan suhu di bawah suhu distorsi matriks utama
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
menimbulkan kelelahan panas (thermal fatigue) dan kerusakan sehingga
menurunkan sifat mekanik dari komposit tersebut.
9. Karakterisasi biokomposit
a. Uji Kekuatan Tarik
Kuat tarik diukur dengan menarik spesimen polimer dengan gaya tertentu.
Suatu spesimen dijepit pada kedua ujung tensometer dengan salah satu bagian
dibuat tetap lalu diberi suatu gaya yang naik sedikit demi sedikit ke ujung lainnya
sampai spesimen tersebut patah (Sopyan, 2001). Kuat tarik ditentukan
berdasarkan metode ASTM-D 638 (ASTM, 1985). Bentuk spesimen uji kekuatan
tarik ditunjukkan pada Gambar 15.
Keterangan :
W (lebar) = 6 ± 0,25 mm L (panjang) = 33 ± 1,30 mm
WO (lebar utuh) = 19 ± 0,75 mm LO (panjang utuh) = 115 ± 4,5 mm
D (jarak pegangan) = 65 ± 2,5 mm T (tebal) = 3,2 ± 0,4 mm
R (jari-jari kecil) = 14 ± 0,56 mm RO (jari-jari besar) = 25± 1,00 mG
(panjang ukuran tempat tanda tes) = 25 ± 1,00 mm
Gambar 15. Spesimen uji kekuatan tarik (ASTM, 1985)
Kekuatan tarik dapat dihitung berdasarkan persamaan 1 :
σ = F/A ........................................................................... (1)
Keterangan :
σ = Kekuatan tarik bahan atau stress (N/mm2)
F = Tegangan maksimum (N)
LOD
GL
RO
R
W WO
T
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
A = Luas penampang (mm2)
Suatu bahan yang dikenai beban akan mengalami regangan sampai
mencapai titik tegangan maksimum hingga terjadi patahan. Untuk mengetahui
besarnya regangan dapat dihitung menggunakan persamaan 2 sebagai berikut :
ε = ∆L x 100 % .................................................................................. (2) L0Keterangan :
ε = regangan (%)
∆L = Pertambahan panjang atau elongation (mm)
L0 = Panjang awal spesimen (mm)
Hubungan antara tegangan dengan regangan, ditunjukkan pada persamaan 3:
E = σ / ε ............................................................................................... (3)
E disebut modulus Young atau modulus elastisitas
b. Uji Impak
Uji impak digunakan untuk mengetahui ketangguhan suatu material
terhadap beban kejut sehingga dapat diketahui apakah suatu bahan uji rapuh atau
kuat. Uji impak dilakukan berdasrakan ASTM D 6110 dengan cara meletakkan
kedua ujung sampel dengan ukuran standar diletakkan pada penumpu, kemudian
diberikan beban dinamis secara tiba-tiba dan cepat menuju sampel. Impaktor
yang digunakan dalam bentuk pendulum yang diayunkan dari ketinggian (h)
dengan massa (m).
Untuk menghitung besarnya kekuatan impak dapat digunakan persamaan 4 :
Is = Es / A ................................................................................... (4)
Keterangan :
Is = Kekuatan Impak (J/m2)
A = Luas penampang sampel (m2)
d. Analisis Gugus Fungsi Dengan Spektroskopi Infra Merah
Spektrofotometer FTIR (Faurier Transform Infrared Spectroscopy)
merupakan suatu alat yang digunakan untuk identifikasi gugus fungsi suatu
senyawa berdasarkan serapan tertentu yang dihasilkan oleh interaksi molekul
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
dengan radiasi elektromagnetik.Atom-atom yang dapat menyerap energi radiasi
infra merah akan menyebabkan perubahan pada gerakan vibrasinya. Energi
vibrasi sebanding dengan frekuensi vibrasi. Vibrasi ikatan kimia pada suatu
molekul menyebabkan pita serapan hampir seluruhnya di daerah serapan IR 4000-
400 cm-1. Menurut Billmeyer (1991) spektra tersebut menunjukkan gugus-gugus
fungsi yang terikat dalam struktur molekul.
Ada beberapa daerah serapan dari gugus-gugus fungsi. Umumnya
serapan C-H regangan aromatik berada pada daerah 3100-3000 cm–1. Serapan
ikatan rangkap berada pada 1680-1580 cm–1 (C=C streching) dan sekitar 1416 cm–
1 (bending), selanjutnya ikatan rangkap pada cincin aromatik berada pada 1600-
1585 cm–1 (Silverstain, 1986). Gugus hidroksil memberikan serapan melebar
(adanya ikatan hidrogen) pada 3550-3200 cm–1. Suharty et al. (2007) dalam
penelitiannya melaporkan bahwa polipropilena (PP) memiliki serapan khas –CH2-
pada bilangan gelombang 2723 cm–1dan gugus metilen pada 1458 cm–1. Gugus
karbonil keton memiliki daerah serapan pada bilangan gelombang 1718 cm–1
(Silverstain, 1986).
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
B. Kerangka Pemikiran
Polipropilena bersifat non polar yang mengalami reaksi radikal bebas
dengan melepaskan atom hidrogen yang terikat pada karbon atom tersier sehingga
terbentuk karbon tersier radikal sebagai pusat reaksi,ditunjukkan pada Gambar 16.
H2C CPP
H
CH3
PP C� PPCPP
CH3
Gambar 16. Pembentukan pusat radikal pada PP
Selulosa memiliki gugus polar yang berbentuk gugus hidroksil pada karbon
ke 2, 3, 6 dan dua gugus >C-O pada ikatan glikosida antar monomernya. Reaksi
radikal akan menghasilkan suatu gugus reaktif yang bersifat polar pada oksigen
yang terikat karbon ke-1 sebagai pusat reaksi, yang ditunjukkan pada Gambar 17.
Gambar 17. Pembentukan pusat radikal pada selulosa
pusat reaksi gugus non polar
reaksi radikal
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Adanya perbedaan kepolaran antara PP yang bersifat non polar dengan
selulosa yang bersifat polar menyebabkan antara PP dan selulosa tidak dapat
disatukan. Maka diperlukan suatu senyawa yang memiliki gugus polar dan gugus
non polar dalam satu molekul. Senyawa ini disebut senyawa penggandeng
multifungsional AA merupakan salah satu senyawa penggandeng multifungsional
karena memiliki gugus vinil yang bersifat non polar dan gugus karboksilat yang
bersifat polar. Pembentukan pusat radikal pada AA, ditunjukkan pada Gambar 18.
H2C CH
C OH
O
reaksi radikal� CH2
� CH C�
O
Gambar 18. Pembentukan pusat radikal pada AA
Gugus vinil dari AA yang bersifat non polar akan berikatan dengan
gugus non polar dari PP yaitu pada karbon tersiernya sedangkan gugus polar dari
AA akan berikatan dengan selulosa esterifikasi radikal pada gugus reaktifnya
yaitu pada atom O yang terikat pada atom karbon nomor 1.
Sintesis biokomposit dilakukan dengan penambahan agen penyambung
silang untuk meningkatkan ikatan sambung silang sehingga jaringan yang
terbentuk menjadi lebih besar dan biokomposit menjadi lebih masive. Agen
penyambung silang yang digunakan dalam penelitian ini adalah DVB yang
memiliki dua gugus vinil bersifat reaktif non polar dan awan elektron inti
aromatis. Gugus vinil tersebut akan berikatan dengan gugus non polar baik dari
polipropilena maupun dengan gugus non polar dari asam akrilat sedangkan awan
elektron inti aromatis akan berikatan dengan atom hidrogen parsial positif
membentuk ikatan hidrogen. Pembuatan biokomposit secara radikal akan
menyebabkan terbentuknya radikal pada gugus vinil DVB, yang ditunjukkan pada
Gambar 19.
pusat reaksi gugus non polar
pusat reaksi gugus polar
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
CH
CH2
CH CH2H2C
CH2
H2C
CH2
Gambar 19. Pembentukan pusat radikal pada DVB
Biokomposit yang terbentuk adalah LPP/DVB/AA/selulosa dimana ikatan
liniernya yang paling sederhana dapat digambarkan seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 20.
Gambar 20. Pembentukan ikatan yang paling sederhana pada biokomposit LPP/DVB/AA/SK
Terjadinya ikatan antara LPP dengan bahan penguat selulosa akan
meningkatkan sifat mekanik biokomposit dibandingkan bahan awalnya, untuk itu
dilakukan karakterisasi kekuatan tarik dan kekuatan impak. Pembentukan ikatan
baru pada biokomposit juga diamati menggunakan FTIR.
Biokomposit dengan komposisi optimum terhadap sifat mekanik
ditingkatkan kemampuan hambat nyalanya dengan penambahan senyawa
reaksi radikal
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
penghambat nyala sehingga dihasilkan biokomposit dengan sifat mekanik yang
baik, biodegradabel dan memiliki kemampuan hambat nyala yang baik.
Terjadinya nyala disebabkan adanya bahan bakar, oksigen dan panas yang
disebut dengan segitiga api. Untuk menghentikan nyala diperlukan senyawa yang
dapat mengurangi kinerja sistem segitiga api. Senyawa penghambat nyala yang
ditambahkan pada penelitian ini adalah Al(OH)3 dan Mg(OH)2 yang dapat
terdekomposisi secara endotermik menjadi Al2O3 dan H2O serta MgO dan H2O.
Asam borat (H3BO3) pada kondisi pemanasan lebih lanjut menghasilkan B2O3 dan
H2O. Reaksi endotermik yang terjadi mampu menyerap panas dari area
pembakaran, sehingga menurunkan temperatur pembakaran. Pembentukan logam
oksida Al2O3danMgObertindak sebagai penyekat dan melindungi lapisan
polimersehingga menghalangi interaksi dengan O2 selama pembakaran. Adanya
H2O yang dapat mengurangi O2 yang merupakan komponen pembentuk nyala.
Arang/jelaga yang dihasilkan berfungsi menghambat nyala api dan pembentukan
asap.
Perlakuan pemanasan dan pendingian berulang dapat mengganggu
kestabilan tata ruang antar senyawa-senyawa pembentuk tersebut sehingga terjadi
pemanjangan dan pemendekan ikatan. Pergerakan molekul karena panas akan
mengubah kumpulan molekul sehingga kekuatan material menurun.
C. Hipotesis
1. Semakin lama PP dipanaskan maka akanterjadi peningkatan karbonil
indeks.
2. Perlakuan pemanasan suhu 25 - 65 ◦C mempertimbangkan suhu distorsi PP
dan sifat mekanik biokomposit pada perlakuan variasi suhu siklis termal.
3. Perlakuan beberapa kali siklis pada biokomposit ATH/BA (F2), MDH/BA
(F3), ATH/MDH/BA (F4) mengakibatkan penurunan sifat mekanik
dibandingkan sebelum perlakuan siklis termal.
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
A. Metodologi penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen
dalam laboratorium. Penelitian meliputi empat tahap yaitu Tahap I preparasi LPP
dan SK. Tahap II pembuatan biokomposit LPP/SK/AA/DVB dan biokomposit
mengandung senyawa pemadam nyala dengan metode larutan. Tahap III yaitu
perlakuan siklis termal dan uji termal. Tahap IV adalah pengujian sifat mekanik
dan karakterisasi sifat kimia.
B.Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Dasar Jurusan Kimia Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret. Waktu
penelitian dilakukan dari bulan Mei 2011 sampai Desember 2011.
C. Alat dan Bahan yang digunakan
1. Alat
a. Peralatan gelas
b. Satu set alat refluks
c. Oven vakum
d. Pengaduk mekanik
e. Neraca analitis
f. Alat cetak tekan panas (hot press)
g. Spektrofotometer Infra merah (FTIR) merk IR Prestige-21,
Shimadzhu
h. UTM (Universal Testing Machime)
i. Ayakan 100 mesh
2. Bahan
a. Limbah PP
b. Serat kenaf
c. Benzoil Peroksida p.a (Merck)
d. Asam akrilat p.a (Merck)
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
e. Xilena p.a (Merck)
f. Divinilbenzen p.a (Merck)
g. Gas Nitrogen
h. Magnesium hidroksida p.a (Merck)
i. Aluminium hidroksida p.a (Merck)
j. Asam borat p.a (Merck)
D. Prosedur Kerja
1. Preparasi Limbah Polipropilena (LPP)
Polipropilena dalam bentuk kemasan cup Air Minum Dalam Kemasan
(AMDK) dengan merk sejenis dibuat dalam serpihan kecil berukuran 5 mm x 2
mm 0,1 mm. Kemudian dilakukan uji FT-IR dan kuat tarik terhadap matriks
LPP.
2. Preparasi Serat Kenaf (SK)
Serat kenaf dibersihkan dengan alkohol, kemudian dikeringkan. Serat kenaf
yang sudah kering dihaluskan dengan mesin crashing sehingga diperoleh serat
kenaf dengan ukuran partikel 100 mesh. dan dialkalisasi dengan cara merendam
SK dalam larutan NaOH 4 % (b/v) pada suhu kamar selama 24 jam kemudian
dicuci dengan akuades sampai netral. Pembuatan NaOH 4 % (b/v) dilakukan
dengan melarutkan 4 g NaOH kedalam aquades kemudian diencerkan dengan
aquades dalam labu ukur 100 mL.
3. Sintesis Biokomposit proses larutan
Pembuatan biokomposit dilakukan dengan menggunakn metode larutan
dengan berat total proses adalah 50 g. Sebanyak 40 g LPP dan BPO 0,033 g (0,05
% dari berat total), ke dalam 500 mL labu alas bulat yang dilengkapi dengan
termometer, gas nitrogen dan pengaduk mekanik yang sudah berisi 400 mL xilena
mendidih dan dibiarkan hingga LPP meleleh seluruhnya. Selanjutnya
ditambahkan 10 g SK yang lolos ayakan 100 mesh (rasio berat LPP/SK= 4/1), AA
1,010 g (10 % dari SK) dan 0,0625 g DVB (5 % dari AA). Campuran direfluks
dengan penangas berisi minyak pada suhu 135 ◦C selama 1 jam sehingga
terbentuk biokomposit kemudian dituang ke dalam loyang dan dibiarkan semua
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
pelarut menguap dalam lemari asam sampai beratnya tetap. Campuran ini disebut
Formula 1 yaitu LPP-DVB-AA-SK. Biokomposit yang terbentuk selanjutnya
dilakukan uji FTIR dan dibuat spesimen untuk uji mekanik.
4. Sintesis biokomposit tahan api proses larutan
Pembuatan biokomposit tahan api dilakukan dengan menggunakan metode
larutan dengan penambahan senyawa penghambat api yaitu Al(OH)3, Mg(OH)2
dan zat additif H3BO3 dengan berat total proses adalah 50 g. Sebanyak 32,5 g
LPP dan BPO 0,033 g (0,05% dari berat total), ke dalam ke dalam 500 mL labu
alas bulat yang dilengkapi dengan termometer, gas nitrogen dan pengaduk
mekanik yang sudah berisi 400 mL xilena mendidih dan dibiarkan hingga LPP
meleleh seluruhnya. Selanjutnya ditambahkan 7,5 g SK yang lolos ayakan 100
mesh (rasio berat LPP/SK= 4/1), AA 1,010 g (10 % dari SK) dan 0,0625 g DVB
(5 % dari AA). Kemudian dimasukkan senyawa pemadam nyala sesuai formula
pada Tabel 1. Campuran direfluks dengan penangas berisi minyak pada suhu 135
◦C selama 1 jam sehingga terbentuk biokomposit tahan api kemudian dituang ke
dalam loyang dan dibiarkan semua pelarut menguap dalam lemari asam sampai
beratnya tetap. Komposisi sintesis biokomposit dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1.Komposisi Sintesis Biokomposit
Code LPP
(% berat
total)
SK
(% berat
total)
BPO
(% berat
total)
AA
(% SK)
DVB
(% AA)
ATH
(%
berat
total)
MDH
(% berat
total)
BA
(% berat
total)
F1*) 80 20 0,05 10 5 - - -
F2*) 65 15 0,05 10 5 20 - 5
F3**) 65 15 0,05 10 5 - 20 5
F4**) 65 15 0,05 10 5 5 15 5
Catatan : berat total adalah 50 gram
Ket : ATH = Al(OH)3, MDH = Mg(OH)2, BA = H3BO3
*) Nida (2011)**) Suharty et al. (2010)
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5. Pembuatan Spesimen
Poliblen sebanyak 10 g diletakkan dalam lempengan plat baja berukuran 15
x15 cm yang sebelumnya telah dilapisi dengan lembaran aluminium. Lempengan
tersebut kemudian diletakkan diantara pemanas mesin cetak tekan yang
dipanaskan pada suhu 180 ◦C selama 5 menit tanpa tekanan dan selanjutnya
selama 12 menit pada suhu 180 ◦C dengan tekanan 90 kN . Kemudian kedua
lempengan baja tersebut diambil dan didinginkan dengan air pendingin.
6. Uji Termal
Uji termal dilakukan dengan cara melakukan pemanasan secara kontinyu ke
dalam oven pada suhu 140 ◦C hingga dicapai waktu rapuh pada sampel PP murni
dan LPP.
7. Uji Siklis Termal
Uji siklis termal dilakukan dengan dua variasi penelitian yaitu variasi suhu
pemanasan dan variasi jumLah pemanasan. Variasi suhu pemanasan dilakukan
pada suhu 25, 35, 45, 55 dan 65◦C dengan jumLah pemanasan sepuluh kali.
Proses tersebut dilakukan dengan cara memasukkan spesimen ke dalan oven
selama 10 menit kemudian dikeluarkan dari oven selama 10 menit pula hingga
mencapai jumLah pemanasan sepuluh kali. Kemudian dicari suhu optimum dari
perlakuan variasi suhu pemanasan tersebut. Suhu optimum yang diperoleh
digunakan untuk melakukan proses variasi jumLah pemanasan sebanyak 20, 30,
40, 50 dan 60 kali. Proses tersebut dilakukan dengan cara memasukkan spesimen
ke dalam oven selama 10 menit kemudian dikeluarkan dari oven selama 10 menit
hingga mencapai variasi jumLah pemanasan tersebut.
8. Uji Mekanik
Uji mekanik terdiri dari uji kekuatan tarik dan kekuatan impak . Uji tarik
dilakukan berdasarkan ASTM D-638, sesuai ketebalan sampel maka digunakan
ukuran uji tarik tipe V. Kedua ujung sampel ditarik sampai putus menggunakan
alat uji tarik (UTM) untuk mengetahui kekuatan material. Uji impak dilakukan
berdasarkan ASTM D-6110, metode impak yang digunakan adalah metode
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
charpy. Sampel dilakukan pembebanan secara tiba-tiba dengan kecepatan tinggi
untuk mengetahui ketangguhan material.
E. Teknik Pengumpulan DataBiokomposit dari berbagai formula akan mendapatkan data dari
pengujian, diantaranya :
1. Penentuan sifat mekanik meliputi kekuatan tarik, modulus young yang
diukur dengan tensometer serta kekuatan impak.
2. Perubahan gugus fungsi pada PP murni, LPP dan biokomposit mengandung
senyawa pemadam nyala sebelum maupun sesudah uji pemanasan siklis
termal dan uji termal menggunakan spektrofotometer infra merah.
F. Teknik Analisis Data
Data-data dalam penelitian yang diperoleh dari beberapa pengujian dapat
dianalisis, diantaranya:
1. Pada uji tarik menghasilkan data gaya maksimum dan regangan setelah
dilakukan penarikan. Kuat tarik dapat diperoleh dengan menggunakan rumus
σ = P A
Keterangan : σ = Tegangan tarik maksimum (MPa)
P = Gaya tarik maksimum (N)
A = Luas penampang bahan (mm2)
Semakin kuat suatu bahan maka tegangan tariknya akan semakin besar.
Regangan (ε) adalah pertambahn panjang spesimen setelah uji terhadap
oanjang spesimen awal.
ε = ∆L x 100 % ∆L = L-L0L0
Keterangan : ε = regangan (%)
L0 = panjang spesimen awal (mm)
L = panjang spesimen setelah diberikan beban hingga putus
(mm)
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Modulus young (E) atau modulus elastisitas merupakan perbandingan antara
kekuatan tarik dengan regangan. Suatu material fleksibel (ulet) mempunyai
Modulus Young yang rendah. Modulus young dapat dihitung dengan rumus :
E = σ εDimana : E = Modulus Young (MPa)
σ = Kekuatan tarik (MPa)
ε = Elongation/Regangan (%)
2. Kekuatan Impak
Kekuatan impak (Is) merupakan suatu kriteria penting untuk mengetahui
ketangguhan material dengan cara memberi beban secara tiba-tiba dengan
kecepatan yang tinggi. Besarnya kekuatan impak dapat dihitung dengan rumus :
menggunakan persamaan berikut:
Is = A
Es
Dan besarnya energi serap dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:
Es = m.g.h.(cos β-cos α)
Keterangan : Is = kekuatan impak (J/mm2)
Es = energi serap (J)
m = massa pendulum (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
h = panjang pendulum (m)
A = luas penampang (mm2)
β = sudut yang dibentuk lengan pendulum setelah
melewati keseimbangan
α = sudut awal yang dibentuk lengan pendulum
dengan sumbu vertikal
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3. Karbonil indeks
Penghitungan karbonil indeks dilakukan meunggunakan alat FTIR dengan
merck SHIMADZU IR Prestige-21. Tujuannya adalah untuk mengetahui
terjadinya degradasi pada material biokomposit maupun polimer. Untuk
menghitung karbonil indeks dapat dilakukan perhitu ngan sebagai berikut:
CI = Luas area C=O keton Luas
Luas area –CH2 dari PP
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Pembuatan Biokomposit pada Komposisi Optimum
Biokomposit dengan dan tanpa senyawa penghambat nyala disintesis
berdasarkan komposisi optimum dari research group sebelumnya dengan rasio
LPP/SK = 4/1 sedangkan biokomposit cerdas memiliki komposisi optimum
dengan penambahan 20 % senyawa penghambat nyala. Formulasi biokomposit
optimum ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Formulasi Pembuatan Biokomposit dan Biokomposit Cerdas
dengan 20 % senyawa Fire Retardant Al(OH)3 dan Mg(OH)2 komposisi optimum
dengan H3BO3
No F Rasio Fire Retardant % (w/w)
Komposit
ATH MDH BA1. F0 - - - LPP
2. F1 - - - rPP/DVB/AA/SK*)
3. F2 20 - 5 rPP/DVB/AA/SK/ATH/BA*)
4. F3 - 20 5 rPP/DVB/AA/SK/MDH/BA **)
5. F4 5 15 5 rPP/DVB/AA/SK/ATH/MDH/BA **)
*) Nida (2011)**) Suharty et al. (2010)
1. Analisis Gugus Fungsi Biokomposit
Analisis gugus pada spektra FTIR menunjukkan adanya perubahan serapan
spesifik senyawa pembentuk dengan produk yang terjadi bila terjadi perubahan
ikatan. Perubahan dan pergeseran gugus fungsi tersebut dipergunakan sebagai
salah satu indikasi terjadinya perubahan ikatan kimia yang menunjukan perubahan
struktur jaringan matrik polimer baru dalam sintesis biokomposit (Suharty dkk
2007 dan Suharty dkk 2009). Masing-masing gugus fungsi memiliki daerah
serapan yang berbeda-beda. Berikut analisis gugus fungsi biokomposit,
ditunjukkan pada Tabel 3.
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Tabel 3. Karakterisasi gugus fungsi pada biokomposit
Sampel Bilangan gelombang ( cm -1) Gugus fungsi
LPP
2723 -CH2-3000-2840 >CH-stretching1450 CH2 - bending1365-1385 >CH -bending892-991 >CH -bending
SK KBr pelet
3550-3200 -OH ikatan hidrogen3650-3584 -OH bebas2926-853 -CH2- stretching1075-1020 C-O-C
AA
1750-1718 C=O3550-3200 -OH ikatan hidrogen3650-3584 -OH bebas1667-1640 >C=C< (vinil)
DVB
3090 =CH- stretching 3008 >CH- (vinil) 1627 >C=CH2 (vinil)1600-1585 C=C (aromatik)
Al(OH)33618-3380 O-H - stretching1101 O-H - bending
Mg(OH)2 1020 O-H - bending(Silverstein,1991)
Analisis gugus fungsi dilakukan pada biokomposit LPP/DVB/AA/SK (F1)
yang ditunjukkan pada Gambar 23.
Gambar 23. Spektra FTIR : (a) LPP ; (b) SK ; (c) AA ; (d) DVB ; (e) Biokomposit LPP/DVB/AA/SK
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Spektra Gambar 23 (a) LPP (b) SK (c) AA (d) DVB merupakan hasil
penelitian dari research group sebelumnya yang digunakan sebagai data
pembanding terhadap pembentukan biokomposit LPP/DVB/AA/SK pada Gambar
23e. Berdasarkan Gambar 23a menunjukkan bahwa sampel LPP dalam bentuk
KBr pelet mempunyai daerah serapan pada 2723 cm-1 yang merupakan serapan
dari gugus fungsi -CH2- dan merupakan serapan khas PP (Suharty, 2007a).
Serapan pada daerah 2839 cm-1 mewakili gugus fungsi >CH-stretching, daerah
serapan 1458 cm-1 menunjukkan adanya gugus metilen (-CH2-), gugus metil (-
CH3) ditunjukkan pada 1373 cm-1 dan puncak 972 cm-1 mengindikasikan serapan
>CH- bending. Spektra FTIR dari serat kenaf (SK) dalam bentuk pellet KBr pada
Gambar 23b mempunyai serapan yang khas pada 3410 cm-1 (broad) yang
merupakan serapan dari gugus fungsi -OH ikatan hidrogen, serapan pada 2900
cm-1 adalah milik dari gugus fungsi –CH2-, serta adanya serapan pada puncak
1033 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus fungsi C-O-C. Spektra FTIR asam
akrilat (AA) dalam bentuk neat liquid yang ditunjukkan oleh Gambar 23c
menunjukkan adanya serapan yang kuat dan tajam pada 1728 cm-1 yang
merupakan serapan khas untuk gugus fungsi >C=O (karbonil asam), selain itu
juga terdapat serapan pada 3448 cm-1 (broad) yang menunjuk pada gugus fungsi –
OH ikatan hidrogen, serta adanya gugus vinil (>C=CH2) yang ditunjukkan dengan
serapan pada daerah 1635 cm-1. Hasil analisis spektra FTIR dari DVB dalam
bentuk neat liquid yang ditunjukkan pada Gambar 23d memperlihatkan adanya C-
H (aromatik) yang ditunjukkan oleh serapan 3086 cm-1, selain itu adanya serapan
pada 3008 cm-1 menunjukkan keberadaan C-H vinil. Serta terdapat serapan 1627
cm-1 yang merupakan gugus >C=CH2 (vinil) dan serapan pada 1597 cm-1 yang
menunjukkan C=C aromatik atau terkonjugasi.
Spektra FTIR pada gambar 23e yang merupakan spektra dari biokomposit
Formula 1 (LPP/DVB/AA/SK) menunjukkan adanya serapan pada 2723 cm-1 dan
merupakan puncak serapan yang kuat dan khas untuk gugus fungsi –CH2- yang
berasal dari LPP. Dari Gambar 23e diketahui terjadi pergeseran bilangan
gelombang dari 1728 cm-1 yang merupakan bilangan gugus fungsi >C=O untuk
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
karbonil asam pada AA (Gambar 23c) menjadi 1732 cm-1 yang merupakan daerah
serapan untuk karbonil ester. Hal ini memberikan informasi bahwa spektra FTIR
yang diperoleh baik pada biokomposit menunjukkan terbentuknya ikatan secara
esterifikasi radikal yaitu ikatan antara PP dengan selulosa, dimana selulosa terikat
pada sisi polar AA yang juga terikat pada PP. Reaksi yang terjadi antara SK
dengan AA tersebut sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Suharty, dkk
(2008), melaporkan bahwa selulosa dari serat alam dapat berikatan dengan AA
secara esterifikasi. Hal tersebut diperkuat dengan hilangnya gugus fungsi vinil
(>C=C<) dari AA pada serapan 1635 cm-1 (Gambar 23c) yang menunjukkan
gugus vinil AA berinteraksi dengan metin pada LPP melalui reaksi reaktif.
Berdasarkan spektra FTIR biokomposit Formula 1 diketahui hilangnya serapan
pada 1627 cm-1 yang merupakan serapan vinil DVB (Gambar 23d) yang
menunjukkan terjadi reaksi reaktif antara vinil DVB dengan gugus vinil AA.
Analisis gugus fungsi pada biokomposit tersebut menunjukkan terjadinya
pergeseran dan perubahan gugus fungsi dari bahan awal. Hal ini sesuai dengan
Suharty, dkk (2007), melaporkan bahwa pergeseran dan perubahan gugus fungsi
pada sintesis biokomposit menunjukkan terjadinya perubahan ikatan kimia yang
sekaligus menunjukkan perubahan struktur jaringan matrik polimer baru dalam
sintesis biokomposit.
2. Analisis Gugus Fungsi Biokomposit dengan Pemadam Nyala
Karakterisasi biokomposit mengandung senyawa pemadam nyala dilakukan
pada biokomposit LPP/DVB/AA/SK/Mg(OH)2/Al(OH)3, ditunjukkan Gambar 24.
Gambar 24. Spektra FTIR dari (a) Mg(OH)2 (b) Al(OH)3 (c) Biokomposit LPP/DVB/AA/SK (d) LPP/DVB/AA/SK/Al(OH)3/Mg(OH)2
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Pada Gambar 24 (a) Mg(OH)2 (b) Al(OH)3 merupakan spektra dari research
group sebelumnya yang digunakan sebagai data pembanding terhadap
pembentukan biokomposit LPP/DVB/AA/SK/Al(OH)3/Mg(OH)2. Berdasarkan
spektra FTIR dari biokomposit LPP/DVB/AA/SK/Al(OH)3/Mg(OH)2
menunjukkan bahwa pada daerah serapan 3525 cm-1 merupakan gugus O-H
stretching, dan serapan pada 1101 cm-1 merupakan serapan O-H bending yang
dimungkinkan adalah serapan khas dari senyawa Al(OH)3. Serapan 1020 cm-1
merupakan serapan O-H bending yang dimungkinkan adalah serapan dari
senyawa Mg(OH)2. Dari hasil analisis diketahui tidak teramati adanya pergeseran
bilangan gelombang pada spektra FTIR biokomposit tersebut terhadap
biokomposit awal LPP/DVB/AA/SK. Hal ini menunjukkan bahwa tidak teramati
adanya ikatan primer antara senyawa penyusun biokomposit dengan senyawa
penghambat nyala Al(OH)3. Berdasarkan studi literatur pada Ismail (2010) yang
melakukan pembuatan komposit dengan penambahan clay diketahui bahwa gugus
O-H dari Al(OH)3 dapat membentuk ikatan sekunder yang berupa ikatan hidrogen
dengan gugus polar lainnya. Hal ini memungkinkan terjadinya ikatan hidrogen
pada biokomposit yaitu antara O-H dari Al(OH)3 dengan gugus karboksil dari
selulosa yang merupakan ikatan sekunder sehingga keberadaan ikatan tersebut
sulit diidentifikasi dengan instrumen FTIR.
B. Uji Termal (Thermal Aging)
Uji termal dilakukan dengan pemanasan pada 140 ◦C secara kontinyu pada
LPP dan PP murni hingga dicapai waktu rapuh atau embrittlement time (ET) pada
masing-masing sampel, ditunjukkan pada Tabel 4. Perubahan secara fisik sebelum
dan setelah uji termal dapat dilihat pada Gambar 25.
Tabel 4. Waktu rapuh pada uji termal terhadap PP murni dan LPP
Formula Waktu (t), jam ET
PP murni0 x 1 x 2 √
LPP0 x 50 √
Keterangan : x (belum rapuh) ; √ (sudah rapuh)
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 25. (a) PP murni, (b) Limbah PP setelah dicapai waktu rapuh pada uji
termal suhu 140 ◦C
Uji termal dilakukan untuk mengetahui sifat ketahanan terhadap panas
material pembentuk biokomposit antara PP murni dengan LPP hingga dicapai
waktu rapuh (embrittle time) pada masing-masing material. Perlakuan uji termal
pemanasan pada suhu 140 ◦C secara kontinyu terhadap PP murni dicapai waktu
rapuh 2 jam. Hal tersebut sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan Suharty
(1993). Pada LPP dicapai waktu rapuh hingga 50 jam. LPP memiliki waktu rapuh
yang lebih lama dibandingkan waktu rapuh PP murni.Hal tersebut disebabkan
LPP merupakan limbah akhir kemasan yang telah mendapatkan perlakuan
pabrikasi seperti penambahan zat aditif anti oksidan sehingga mampu menahan
panas lebih baik dibandingkan PP murni.
Perlakuan pemanasan akan menyebabkan oksidasi yang mengakibatkan
kerusakan pada material. Hal tersebut dapat diketahui menggunakan karakterisasi
FTIR dengan munculnya karbonil keton pada daerah serapan 1718 yang
disebabkan material polimer mengalami reaksi Norrish akibat oksidasi sehingga
menghasilkan senyawa keton. Semakin teroksidasi maka material akan
mengalami peningkatan karbonil indeks. Peningkatan luas karbonil dapat
diketahui dengan menghitung nilai karbonil indeks yang dapat diperoleh dengan
cara membandingkan luas area dari karbonil keton pada daerah 1718 keton
terhadap –CH2- dari PP di daerah 2723 cm-1. Faktor termal atau panas sangat
mempengaruhi terjadinya proses degradasi. Panas diserap oleh bahan dalam
bentuk energi. Jika energi yang diserap sangat tinggi dan berlangsung lama secara
(a) (b)
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
kontinyu dapat mengakibatkan terputusnya ikatan dalam molekulnya (Mashuri,
2006).
Berikut analisa gugus karbonil keton yang terbentuk akibat uji termal
pada suhu 140 ◦C terhadap PP murni dan LPP yang ditunjukkan pada Gambar 26
dan Gambar 27.
1. Spektra IR PP murni
Gambar 26. Spektra FTIR PP murni pada perlakuan uji termal
Pada Gambar 26 menunjukkan bahwa sebelum uji termal tidak ada
pembentukan karbonil gugus karbonil. Pada pemanasan t = 1 jam belum dicapai
waktu rapuh tetapi telah terjadi pembentukan gugus karbonil keton. Hal tersebut
menunjukkan bahwa telah terjadi oksidasi namun belum mengakibatkan
kerapuhan. Kemudian saat mencapai waktu rapuh yaitu t = 2 jam, terjadi
peningkatan gugus karbonil lebih besar dibandingkan pada t = 1 jam. Uji termal
pada PP hingga dicapai waktu rapuh pada t = 2 jam mengakibatkan peningkatan
karbonil indeks pada PP murni sebesar 12,39 % dibandingkan dengan sebelum
perlakuan uji termal.
2. Spektra IR LPP
Gambar 27. Spektra IR LPP pada perlakuan uji termal
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Pada Gambar 27 menunjukkan bahwa sebelum dilakukan uji termal
terhadap LPP tidak teramati adanya gugus karbonil pada daerah serapan 1718.
Namun saat LPP mencapai waktu rapuh yaitu t = 50 jam mangakibatkan
pembentukan gugus karbonil keton pada daerah serapan 1718. Terbentuknya
gugus karbonil keton menunjukkan telah terjadi degradasi/kerusakan pada
material LPP karena telah mengalami reaksi Norrish. Perlakuan uji termal pada
LPP hingga dicapai waktu rapuh 50 jam mengakibatkan peningkatan karbonil
indeks sebesar 2,75%. Persentase peningkatan karbonil indeks yang terjadi pada
LPP lebih kecil dibandingkan peningkatan karbonil indeks pada PP murni. Hal
tersebut menunjukkan bahwa material LPP memiliki ketahanan panas yang lebih
baik dibandingkan dengan PP murni. Persentase peningkatan karbonil indeks pada
PP murni dan LPP ditunjukkan pada Gambar 28.
Gambar 28. Persentase peningkatan karbonil indeks pada setelah uji termal (a) PP murni dan (b) LPP
C. Uji Siklis termal
1.Variasi Suhu Siklis Termal
Penurunan kekuatan tarik biokomposit akibat perlakuan variasi suhu siklis
termal, ditunjukkan pada Gambar 29.
0%
9,21%
12,39%
0%
5%
10%
15%
0 1 2
Per
sen
tase
kar
bon
il
ind
eks
Waktu pemanasan (jam)
Karbonil Indeks PP murni
0%
2,75%
0%
5%
10%
15%
0 50
Per
sen
tase
kar
bon
il
ind
eks
Waktu pemanasan (jam)
Karbonil Indeks LPP
(a) (b)
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
a. Kekuatan Tarik (TS)
Gambar 29. Grafik nilai TS biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi suhu pemanasan
Perlakuan variasi siklis termal selain menurunkan kekuatan tarik, juga
menurunkan nilai MY. Penurunan MY pada masing-masing biokomposit dapat
dilihat pada Gambar 30, sedangkan penurunan kekuatan impak dapat dilihat pada
Gambar 31.
b. Modulus Young (MY)
Gambar 30. Grafik MY biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi suhu pemanasan
25
30
35
15 25 35 45 55 65 75Kek
uat
an T
arik
,MP
a
Suhu pemanasan,◦C
F0 F1 F2 F4
Jumlah pemanasan 10 kali
25
30
35
15 25 35 45 55 65 75Kek
uat
an T
arik
,MP
a
Suhu pemanasan,◦C
F0 F1 F3 F4Jumlah pemanasan 10 kali
0,4
0,8
15 25 35 45 55 65 75
Mod
ulu
s Y
oun
g (G
Pa)
Suhu pemanasan, ◦C
F0 F1F2 F4Jumlah pemanasan 10kali
0,4
0,7
1
15 25 35 45 55 65 75
Mod
ulu
s Y
oun
g, G
Pa
Suhu pemanasan, ◦C
F0 F1
Jumlah pemanasan 10kali
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
c. Kekuatan Impak (IT)
Gambar 31. Grafik IT biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi suhu pemanasan
Penentuan suhu optimum untuk perlakuan siklis termal berdasarkan suhu
distorsi PP dan sifat mekanik biokomposit pada uji variasi suhu siklis termal. PP
memiliki suhu distorsi 52 – 60 ◦C. Suhu distorsi adalah suhu saat material
mengalami defleksi 0,25 mm saat diberi beban 1,8 MPa sehingga pemilihan suhu
untuk perlakuan siklis termal tidak boleh melebihi suhu distorsi (Billmeyer,
1994).
Perlakuan siklis termal hingga suhu 45 ◦C mengakibatkan penurunan TS
pada F2, F3 ddan F4 masing-masing sebesar 0,44 ; 0,33 dan 0,072 %
dibandingkan sebelum siklis termal. Dan perlakuan variasi suhu siklis termal
hingga suhu 55 ◦C mengakibatkan penurunan TS masing-masing sebesar 0,96;
0,57 dan 0,51 %. Pada uji MY perlakuan hingga 45 ◦C mengakibatkan penurunan
masing-masing sebesar 0,66; 0,62 dan 0,57 % sedangkan perlakuan variasi suhu
siklis termal hingga 55 ◦C mengakibatkan penurunan MY masing-masing sebesar
1,32; 0,99 dan 0,93 %. Pada perlakuan hingga suhu 45 ◦C mengakibatkan
penurunan kekuatan impak masing-masing sebesar 2,22; 1,3 dan 0,85 %. Dan
pada perlakuan hingga suhu 55 ◦C mengakibatkan penurunan sebesar 5,2; 2,43
dan 1,54 %. Penurunan pada suhu 45 ◦C relatif kecil dan pada suhu tersebut masih
berada di bawah suhu distorsi sehingga suhu 45 ◦C merupakan suhu optimum
perlakuan siklis termal. Selain itu, pemilihan suhu optimum siklis termal
disesuaikan dengan suhu lingkungan material biokomposit digunakan. Material
0,008
0,012
0,016
15 25 35 45 55 65 75
Kek
uat
an I
mp
ak(J
/mm
2)
Suhu pemanasan (◦C)
F0 F1 F2 F4
Jumlah pemanasan 10 kali
0,008
0,012
0,016
15 25 35 45 55 65 75
Kek
uat
an I
mp
ak(J
/mm
2)
Suhu pemanasan (◦C)
F0 F1 F3 F4
Jumlah pemanasan 10 kali
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
biokomposit akan digunakan untuk komponen interior kendaraan yang tidak
berada dekat mesin yang diperkirakan suhunya tidak mencapai dari 40 ◦C.
2. Variasi Siklis Termal
Perlakuan siklis termal hingga 60 kali pemanasan pada suhu 45 ◦C
mengakibatkan penurunan kekuatan tarik biokomposit ditunjukkan pada Gambar
32.
Gambar 32. Grafik TS biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi siklis termal
Selain mengakibatkan penurunan kekuatan tarik, perlakuan siklis termal
hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C juga mengakibatkan penurunan MY dan kekuatan
impak, yang ditunjukkan pada Gambar 33 dan Gambar 34.
Gambar 33. Grafik MY biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan
ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi siklis termal
20
25
30
35
10 20 30 40 50 60 70
Kek
uat
an T
arik
, MP
a
Jumlah pemanasan, kali)
F0 F1 F2 F4Suhu pemanasan 45 ◦C
20
25
30
35
10 20 30 40 50 60 70Kek
uat
an T
arik
(M
Pa)
Jumlah pemanasan, kali
F0 F1 F3 F4
Suhu pemanasan 45 ◦C
0,4
0,65
0,9
10 20 30 40 50 60 70Mod
ulu
s Y
oun
g, G
pa
Jumlah pemanasan, kali
F0 F1
Suhu pemanasan 45 ◦C
0,4
0,65
0,9
10 20 30 40 50 60 70Mod
ulu
s Y
oun
g (G
pa)
Jumlah pemanasan, kali
F0 F1 F3 F4
Suhu pemanasan 45 ◦C
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 34. Grafik IT biokomposit mengandung (a) ATH/BA dan ATH/MDH/BA dan (b) MDH/BA dan ATH/MDH/BA pada variasi siklis termal
Perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C mengakibatkan
penurunan kekuatan tarik biokomposit F0, F1, F2, F3 dan F4 masing-masing
sebesar adalah 11,67 ; 7,41 ; 1,79; 0,91 dan 0,87% dibandingkan sebelum
perlakuan siklis termal. Modulus Young memberi informasi tentang kekakuan
material. Semakin tinggi nilai MY material maka material tersebut semakin kaku
(Salmah et al., 2005). Bila material menjadi kaku maka akan mudah patah.
Semakin banyak siklis termal yang dilakukan maka peregangan yang terjadi juga
semakin meningkat akibatnya material mengalami peningkatan regangan (Ray,
2005). Perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C mengakibatkan
penurunan MY pada biokomposit F0, F1, F2, F3 dan F4 masing-masing sebesar
12,13; 10,38; 3,7 ; 3,5 dan 2,88 %.
Kekuatan impak memberikan informasi tentang ketangguhan material
dengan cara memberi beban secara tiba-tiba dengan kecepatan yang tinggi.
Semakin tinggi kuat ikatan maka ketangguhan impaknya juga semakin tinggi
(Surdia dan Saito, 1992). Perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C
mengakibatkan penurunan kekuatan impak pada biokomposit F0, F1, F2, F3 dan
F4 masing-masing sebesar 0,41; 0,33; 0,32 ; 0,3 dan 0,22 %.
Perlakuan siklis termal hingga 60 kali mengakibatkan penurunan kekuatan
tarik pada biokomposit F3 lebih kecil dibandingkan dengan biokomposit F2. Pada
biokomposit F3 mengandung senyawa pemadam nyala Mg(OH)2 dan zat aditif
pemadam nyala H3BO3 sedangkan pada F2 mengandung senyawa pemadam nyala
Al(OH)3 dan zat aditif pemadam nyala H3BO3. Hal tersebut menunjukkan bahwa
0,006
0,011
0,016
10 20 30 40 50 60 70Kek
uat
an I
mp
ak(J
/mm
2)
Jumlah pemanasan, kali
F0 F1 F2 F4
Suhu pemanasan 45 ◦C
0,006
0,011
0,016
10 20 30 40 50 60 70Kek
uat
an I
mp
ak(J
/mm
2)
Jumlah pemanasan, kali
F0 F1 F3 F4
Suhu pemanasan 45 ◦C
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
senyawa pemadam nyala Mg(OH)2 pada F3 memiliki ketahanan terhadap panas
lebih baik dibandingkan senyawa pemadam nyala Al(OH)3 pada biokomposit F2.
Hal tersebut sesuai yang dilaporkan oleh Sain et al. (2004), Hollingberry dan Hull
(2010), Moghaddam et al. (1997) dan Laotid (2008) bahwa Mg(OH)2 memiliki
kemampuan lebih baik dalam menghambat nyala dibandingkan Al(OH)3.
Sedangkan pada F4 memiliki penurunan kekuatan tarik paling kecil terhadap
perlakuan jumlah siklis dibandingkan dengan biokomposit lainnya. Hal tersebut
menunjukkan bahwa senyawa penghambat nyala pada F4 dapat menyerap paling
baik dikarenakan menggunakan sisitem kombinasi senyawa pemadam nyala yaitu
Mg(OH)2 Al(OH)3 serta zat aditif penghambat nyala H3BO3 sehingga kinerja
pengahambat nyala tersebut lebih optimal. Hal tersebut sesuai dengan Sain et al.
(2004), Laotid et al. (2008) dan Formicola et al. (2009) bahwa penggunaan dua
atau lebih senyawa penghambat nyala berbeda dan zat aditif penghambat nyala
dapat memberikan efek hambat nyala api yang sinergis sehingga kinerja campuran
penghambat nyala api lebih optimal. Stevens (2001) menyatakan umumnya
kemampuan hambat nyala polimer dapat ditingkatkan dengan menambahkan
bahan-bahan yang terurai sehingga dapat mengurangi nyala, mendinginkan sistem
serta pembentukan jelaga sehingga dapat menghambat pembentukan nyala.
Terjadinya penurunan kekuatan ikatan di dalam struktur biokomposit
disebabkan karena adanya pemuaian dan penyusutan berulang-ulang. Seperti
diketahui bahwa komposit yang terdiri dari beberapa senyawa penyusun
mempunyai koefisien muai dan koefisien susut yang tidak sama (Giancoli, 1985),
sehingga pada proses pemanasan dan pendinginan yang dilakukan akan
mengakibatkan terjadinya pemanjangan dan pemendekan ikatan sehingga
interaksi antara molekul-molekul menurun. Surdia (1992) menyatakan bahwa
pergerakan molekul karena panas akan mengubah kumpulan molekul atau
merubah struktur. Keadaan tersebut jelas akan mempengaruhi sifat mekanik dan
kimia pada material. Hal ini direfleksikan dengan terjadinya penurunan sifat
mekanik.
Perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45◦C terhadap biokomposit
berbagai formula tidak mengakibatkan kerapuhan pada biokomposit tersebut. Hal
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ini menunjukkan bahwa biokomposit bersifat kuat dan tahan panas. Adapun
gambar biokomposit sebelum dan sesudah perlakuan siklis termal ditunjukkan
pada Gambar 35. Dan kondisi fisik berbagai biokomposit setelah perlakuan siklis
termal variasi suhu dan jumlah siklis termal ditunjukkan pada Tabel 5.
Tabel 5. Kondisi fisik dari berbagai biokomposit setelah perlakuan siklis
termal variasi suhu dan jumlah siklis termal
Variasi suhu siklis termal
FormulaSuhu Siklis termal
(oC)Sifat fisik
F0, F1, F2,F3, F4
25 X35 X45 X55 X65 X
Variasi Jumlah siklis termal
FormulaJumlah siklis termal
(kali)Sifat fisik
F0, F1, F2,F3, F4
20 X30 X40 X50 X60 X
Keterangan: x (tidak rapuh)
Gambar 35. (a) Biokomposit sebelum dilakukan perlakuan siklis termal dan (b)biokomposit setelah dilakukan perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C
(a) (b)
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Analisa FTIR gugus karbonil keton pada biokomposit F4 dapat dilihat pada
gambar 36.
Gambar 36 . Biokomposit F4 (LPP/DVB/AA/SK/Mg(OH)2/Al(OH)3/H3BO3) pada perlakuan 60 kali siklis termal
Analisa gugus fungsi menggunakan FTIR pada biokomposit F4 dilakukan
untuk mengetahui perubahan yang terjadi secara kimia akibat perlakuan siklis
termal hingga 60 kali pada biokomposit tersebut. Suharty (1993) melaporkan
bahwa polimer yang teroksidasi akan mengalami reaksi Norrish yang
direfleksikan dengan meningkatnya karbonil indeks seiring dengan meningkatnya
intensitas pemanasan. Silverstain et al. (1991) menyatakan pada analisa FTIR
karbonil keton terbentuk pada daerah serapan 1718. Dan dari hasil uji FTIR
menunjukkan bahwa pembentukan gugus karbonil keton pada daerah serapan
1718 tidak teramati. Hal itu disebabkan pemanasan yang dilakukan hanya
mencapai suhu 45 ◦C dengan 60 kali siklis, selain itu juga kombinasi senyawa
pemadam nyala Al(OH)3, Mg(OH)2 serta aditif penghambat nyala H3BO3 pada
biokomposit F4 mampu menyerap panas dengan baik sehingga mampu
meningkatkan ketahanan biokomposit F4 terhadap panas.
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Dari hasil penelitian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. PP murni dan LPP dilakukan uji termal masing-masing mencapai waktu
rapuh 2 dan 50 jam, dan mengalami peningkatan karbonil indeks masing-
masing sebesar 12,39 dan 2,75 % dibandingkan sebelum pemanasan.
2. Optimasi suhu pemanasan siklis termal berdasarkan pertimbangan suhu
distorsi matriks PP dan sifat mekanik biokomposit pada perlakuan variasi
suhu siklis termalyaitu 45 ◦C.
3. Perlakuan siklis termal hingga 60 kali pada suhu 45 ◦C pada biokomposit
LPP/DVB/AA/SKmengandung pemadam nyala ATH/BA (F2), MDH/BA
(F3), ATH/MDH/BA (F4) mengakibatkan penurunan TSpada biokomposit
tersebut masing-masing sebesar 3,99; 0,91; 0,87% dibandingkan sebelum
perlakuan siklis termal.
B. Saran
Berdasarkan hasil penelitian di atas perlu dilakukan tindak lanjut yang
disarankan sebagai berikut :
1. Analisis degradasi panas menggunakan DTA
2. Analisis morfologi menggunakan SEM
This page was created using Nitro PDF SDK trial software.
To purchase, go to http://www.nitropdf.com/
top related