PENGARUH KOMPOSISI RESIN POLIESTER BERPENGISI SERBUK KULIT KERANG TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK PAPAN PARTIKEL SKRIPSI

Transkripsi

1 PENGARUH KOMPOSISI RESIN POLIESTER BERPENGISI SERBUK KULIT KERANG TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK PAPAN PARTIKEL SKRIPSI Oleh FENDI SUWITO DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JUNI 2016

2 PENGARUH KOMPOSISI RESIN POLIESTER BERPENGISI SERBUK KULIT KERANG TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK PAPAN PARTIKEL SKRIPSI Oleh FENDI SUWITO SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JUNI 2016

3 PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul : PENGARUH KOMPOSISI RESIN POLIESTER BERPENGISI SERBUK KULIT KERANG TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK PAPAN PARTIKEL yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sebelumnya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku. Medan, Juni 2016 Fendi Suwito NIM i

4

5 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul Pengaruh Komposisi Resin Poliester Berpengisi Serbuk Kulit Kerang Terhadap Sifat Fisik Dan Mekanik Papan Partikel, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pemanfaatan limbah kulit kerang yang dapat diolah lebih lanjut sehingga didapat serbuk kulit kerang yang memiliki potensi untuk dijadikan bahan pengisi dalam pembuatan produk papan partikel Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1. M. Hendra S. Ginting, ST, MT selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis pada penyusunan & penulisan skripsi ini dan selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah membimbing penulis dalam hal akademik selama kuliah di Teknik Kimia USU. 2. Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 3. Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik,. 4. Dr. Ir. Iriany, M.Si selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 5. Dr. Maulida, S.T., M.Sc. selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan kritik dan saran yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 6. Seluruh staf Dosen Teknik Kimia USU, yang telah mendidik dan membagikan ilmu kepada penulis selama perkuliahan. iii

6 7. Pegawai Departemen Teknik Kimia USU, yang telah membantu penulis dalam hal administrasi selama perkuliahan. 8. Billy Tanujaya, selaku partner penelitian penulis. 9. Sahabat - sahabat tercinta, Elmer Surya ST, Tommy Arysaputra ST, Addryanus Tantra ST, Adrian Hartanto ST, Kelvin Hadinatan ST, Andri Rusli ST, Sukardi ST, Ricky Chuandri, Wahyu Tanady, Prayogo Liu Putra, Kelvin Kosasih, Meilia, Kenrick, Alvian, dan Nike Taruna yang telah memberikan semangat dan dorongan kepada penulis untuk melakukan penelitian. 10. Rekan-rekan asisten Laboratorium Proses Industri Kimia, Oby Vijay Sitorus, Agus Winarta, Leonardo Indra, Saprin Lubis, Samsul Bahari Damanik, Nisaul Fadillah Dalimunthe, Rory Farham Partogi, Feni Rietry, dan M. Arief Alhamdy. 11. Abang dan kakak senior, teman-teman stambuk 2012, dan adik-adik stambuk 2013 hingga 2015 yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan. Medan, Juni 2016 Penulis Fendi Suwito iv

7 DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada keluarga besar penulis atas dukungan dan kasih sayang mereka, terutama kepada orang tua, Selie Suwito dan Jong Tjin Elini serta kakak-adikku Vera Yanti, Fenny, dan Fitel Suwito. v

8 RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama : Fendi Suwito NIM : Tempat/Tgl. Lahir : Desa Pon, 23 Januari 1995 Nama orang tua : Selie Suwito Jong Tjin Elini Alamat orang tua : Jalan Gempolan No. 28, Sei Bamban, Kabupaten Serdang Bedagai, Medan-Indonesia Asal Sekolah SD Swasta R. A. Kartini-Sei Rampah, tahun SMP Swasta R. A. Kartini-Sei Rampah, tahun SMA Swasta F. Tandean-T.Tinggi, tahun Pengalaman Organisasi/Kerja : 1. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia tahun modul : Esterifikasi, Pembuatan Biodiesel dengan Metode Transesterifikasi, Resin Urea Formaldehid, Pembuatan Komposit dengan Metode Hand Lay-up, dan Reaktor Fasa Cair. 2. Kerja Praktek di PTPN II Pabrik Gula Sei Semayang tahun Anggota Keluarga Mahasiswa Budhis (KMB) tahun Anggota Himpunan Mahasiswa Teknik (HIMATEK) Universitas Sumatera Utara tahun Artikel telah disubmit dalam jurnal: Asian Journal of Chemistry dengan judul Effect of Clam Shell Powder (Anadora Granosa) Compostion on Physical and Mechanical Properties of Polyester Resin Particle Board Products Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai: 1. Juara III Tunggal Putra Kejuaraan Bulu Tangkis Rimbun Jaya Cup Serdang Bedagai Tahun 2007 vi

9 2. Juara I Ganda Putra Kejuaraan Bulu Tangkis Piala David Serdang Bedagai Tahun Juara III Ganda Putra Kejuaraan Bulu Tangkis Piala Walikota Tebing Tinggi Tahun Menjadi peserta Olimpiade Fisika Sekota Tebing Tinggi Tahun Juara I Ganda Campuran Pekan Olahraga Seni dan Teknik Universitas Sumatera Utara Tahun 2015 vii

10 ABSTRAK Papan partikel berpengisi serbuk kulit kerang merupakan salah satu produk panil yang menggunakan serbuk kulit kerang dan diikat dengan perekat resin poliester tak jenuh. Penggunaan serbuk kulit kerang sebagai pengisi selain untuk memanfaatkan limbah yang ada, juga karena sifatnya yang sangat keras dan kuat karena mengandung kalsium oksida (CaO) dan magnesium oksida (MgO) yang sangat tinggi, yang cocok untuk meningkatkan sifat mekanik dari papan partikel. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui komposisi yang terbaik dari perbandingan komposisi poliester-serbuk kulit kerang dalam pembuatan papan partikel. Papan partikel dibuat dengan resin poliester tak jenuh sebagai matriks dan dicampur dengan serbuk kulit kerang sebagai pengisi dengan katalis metil etil keton peroksida yang akan dicetak dengan alat Compression Molding. Papan partikel yang telah dicetak kemudian diuji sifat fisik dan sifat mekaniknya. Hasil pengujian sifat fisik didapat nilai yang cenderung meningkat seiring bertambahnya komposisi pengisi. Hasil pengujian sifat mekanik terbaik terdapat pada penambahan komposisi pengisi 30% dengan nilai tertinggi dari karakterisasi papan partikel yang meliputi keteguhan patah (MOR) 40,911 MPa, keteguhan lentur (MOE) 180,547 MPa, dan keteguhan rekat internal (IB) 13,605 MPa. Sifat fisik dan mekanik telah memenuhi persyaratan Japanese Industrial Standar (JIS) A kecuali untuk uji keteguhan lentur (MOE). Kata kunci: katalis, komposisi, kulit kerang, papan partikel, poliester. viii

11 ABSTRACT Particle board using clamshell powder were one of the panel s product using powder shells and attached it with adhesive unsaturated polyester resin. The usage of powder shells as filler were not only the addition to utilizing the waste but also to increase the hardest and strongest characterization for particle board. The powder shells contained calcium oxide (CaO) and magnesium oxide (MgO) component, which were suitable to improve the mechanical properties of the particle board. The purpose of this research was to determine the best composition of polyester and shells powder in the manufactured of particle board. Particle board was made using unsaturated polyester resins as a matrix and mixed it with shells powder as filler in addition of methyl ethyl ketone peroxide as catalyst to be attached by using compression molding method. Then the particle board product were tested for the physical and mechanical properties. Results of testing physical properties increased exponentially with the filler composition. The mechanical properties test results showed that the best results was the composition of shells 30% with the highest value of modulus of rupture (MOR) 40,911 MPa, modulus of elasticity (MOE) 180,547 MPa and internal bonding (IB) 13,605 MPa. Physical and mechanical properties of particle board generally meets the requirements of the Japanese Industrial Standard (JIS) A except for modulus of elasticity (MOE). Keyword: catalyst, composition, clam shell, particle board, polyester. ix

12 DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i PENGESAHAN ii PRAKATA iii DEDIKASI v RIWAYAT HIDUP PENULIS vi ABSTRAK viii ABSTRACT ix DAFTAR ISI x DAFTAR GAMBAR xiv DAFTAR TABEL xvii DAFTAR LAMPIRAN xviii DAFTAR SINGKATAN xx DAFTAR SIMBOL xxi BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN MANFAAT PENELITIAN RUANG LINGKUP PENELITIAN 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA KOMPOSIT KONSTITUEN KOMPOSIT Matriks Resin Polyester Tak Jenuh Katalis Metil Etil Keton Peroksida Pengisi Kulit Kerang PAPAN PARTIKEL KOMPOSIT METODE PENYEDIAAN KOMPOSIT 19 x

13 2.5 PENGUJIAN/KARATERISASI PAPAN PARTIKEL Uji Kerapatan Uji Kadar Air Uji MOR dan MOE Uji Pengembangan Tebal Uji Keteguhan Rekat Internal Uji Kekuatan Bentur BAB III METODOLOGI PENELITIAN LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN BAHAN DAN PERALATAN Bahan Peralatan PROSEDUR PENELITIAN Penyediaan Matriks Papan Partikel Penyediaan Pengisi Papan Partikel Proses Pembuatan Papan Partikel PENGUJIAN PAPAN PARTIKEL Uji Kerapatan dengan JIS A Uji Kadar Air dengan JIS A Uji MOR dan MOE dengan JIS A Uji Pengembangan Tebal dan Kekuatan Rekat dengan JIS A Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) dengan JIS A BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT 35 KERANG TERHADAP KERAPATAN PAPAN PARTIKEL 4.2 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT 37 KERANG TERHADAP KADAR AIR PAPAN PARTIKEL 4.3 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT 39 KERANG TERHADAP PENGEMBANGAN TEBAL PAPAN PARTIKEL xi

14 4.4 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT 41 KERANG TERHADAP KETEGUHAN PATAH (MODULUS OF RUPTURE) PAPAN PARTIKEL 4.5 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT 43 KERANG TERHADAP KETEGUHAN LENTUR (MODULUS OF ELASTICITY) PAPAN PARTIKEL 4.6 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT 45 KERANG TERHADAP KETEGUHAN REKAT INTERNAL (INTERNAL BOND) PAPAN PARTIKEL 4.7 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT 47 KERANG TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) PAPAN PARTIKEL BAB V KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN 50 DAFTAR PUSTAKA 51 xii

15 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Struktur Kimia Poliester Tak Jenuh 11 Gambar 2.2 Gambar Komposit Arah Penguatan Isotropik 13 Gambar 2.3 Gambar Komposit Arah Penguatan Anisotropik 14 Gambar 2.4 Kelas Komposit 15 Gambar 2.5 Gambar Kerang Darah dan Serbuk Kulit Kerang Darah 16 Gambar 2.6 Gambaran Umum Uji MOE dan MOR 20 Gambar 2.7 Pengujian Internal Bond 22 Gambar 2.8 Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod 23 Gambar 2.9 Skema Pengujian Impak 23 Gambar 3.1 Gambar Flowchart Prosedur Penyediaan Matriks Papan 27 Partikel Gambar 3.2 Gambar Flowchart Prosedur Penyediaan Pengisi Papan 28 Partikel Gambar 3.3 Gambar Flowchart Prosedur Pembuatan Papan Partikel 29 Gambar 3.4 Gambar Sketch Cetakan Pengujian Papan Partikel 30 Gambar 3.5 Gambar Compression Molding 31 Gambar 3.6 Gambar Alat Uji MOR dan MOE 31 Gambar 3.7 Gambar Alat Uji Kuat Impak 31 Gambar 3.8 Ukuran Dimensi Spesimen Uji Kerapatan JIS A Gambar 3.9 Ukuran Dimensi Spesimen Uji Kadar Air JIS A Gambar 3.10 Ukuran Dimensi Spesimen Uji MOE dan MOR JIS A Gambar 3.11 Ukuran Dimensi Spesimen Uji Pengembangan Tebal dan 34 Kekuatan Rekat JIS A Gambar 3.12 Ukuran Dimensi Spesimen Uji Kekuatan Bentur JIS A Gambar 4.1 Pengaruh Variasi Komposisi Pengisi Serbuk Kulit 35 xiii

16 Kerang Terhadap Kerapatan Papan Partikel Gambar 4.2 Pengaruh Variasi Komposisi Pengisi Serbuk Kulit 37 Kerang Terhadap Kadar Air Papan Partikel Gambar 4.3 Pengaruh Variasi Komposisi Pengisi Serbuk Kulit 41 Kerang Terhadap Keteguhan Patah (Modulus of Rupture) Papan Partikel Gambar 4.4 Pengaruh Variasi Komposisi Pengisi Serbuk Kulit 41 Kerang Terhadap Keteguhan Lentur (Modulus of Elasticity) Papan Partikel Gambar 4.5 Pengaruh Variasi Komposisi Pengisi Serbuk Kulit 43 Kerang Terhadap Keteguhan Rekat Internal (Internal Bond) Papan Partikel Gambar 4.6 Pengaruh Variasi Komposisi Pengisi Serbuk Kulit 45 Kerang Terhadap Kekuatan Bentur (Impact Strength) Papan Partikel Gambar C.1 Matriks Poliester Tak Jenuh 62 Gambar C.2 Pengisi Serbuk Kulit Kerang Darah 62 Gambar C.3 Bahan Pengeras Gypsum 63 Gambar C.4 Proses Pembuatan Papan Partikel 63 Gambar C.5 Proses Pencetakan Papan Partikel 64 Gambar C.6 Produk Papan Partikel 65 Gambar C.7 Alat Uji Kuat Rekat Internal (Internal Bond) 65 Gambar C.8 Alat Uji MOR dan MOE (Modulus of Rapture dan 66 Modulus of Elasticity) Gambar C.9 Alat Uji Bentur 66 xiv

17 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1 Penelitian Terdahulu yang Menggunakan Bahan Kulit 3 Kerang Darah Tabel 2.1 Spesifikasi Resin Poliester Tak Jenuh Yukalac BQTN Tabel 2.2 Komposisi Kimia Serbuk Kulit Kerang 17 Tabel 3.1 Sifat Fisika dan Kimia Poliester 25 Tabel 3.2 Sifat Fisika dan Kimia MEKPO 25 Tabel 4.1 Hasil Analisa Pengembangan Tebal Selama 24 Jam 39 Tabel A.1 Data Hasil Densitas (Density) 57 Tabel A.2 Data Hasil Kadar Air (Moisture Content) 57 Tabel A.3 Data Hasil Pengembangan Tebal 57 Tabel A.4 Data Hasil Modulus of Rapture (MOR) & Modulus of 58 Elasticity (MOE) Tabel A.5 Data Hasil Keteguhan Rekat Internal (Internal Bond/IB) 58 Tabel A.6 Data Hasil Analisis Kekuatan Bentur (Impact Strength) 59 xv

18 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran A Data Penelitian 57 A.1. Data Hasil Densitas (Density) 57 A.2. Data Hasil Kadar Air (Moisture Content) 57 A.3. Data Hasil Pengembangan Tebal 57 A.4. Data Hasil Modulus of Rapture (MOR) & Modulus of 58 Elasticity (MOE) A.5. Data Hasil Keteguhan Rekat Internal (Internal Bond/IB) 58 A.6. Data Hasil Analisis Kekuatan Bentur (Impact 59 Strength) Lampiran B Contoh Perhitungan 60 B.1 Contoh Perhitungan Fraksi Massa Bahan Baku 60 B.2 Perhitungan Kadar Air Papan Partikel 60 B.3 Perhitungan Pengembangan Tebal Papan Partikel 61 B.4 Perhitungan Densitas 61 Lampiran C Dokumentasi Penelitian 62 C.1. Matriks Poliester Tak Jenuh 62 C.2. Pengisi Serbuk Kulit Kerang Darah 62 C.3. Proses Pembuatan Papan Partikel 63 C.4. Proses Pencetakan Papan Partikel 63 C.5. Produk Papan Partikel 64 C.6. Alat Uji Kuat Rekat Internal (Internal Bond) 65 C.7. Alat Uji MOR dan MOE (Modulus of Rapture dan 65 Modulus of Elasticity) C.8. Alat Uji Bentur 66 xvi

19 DAFTAR SINGKATAN MEKPO MOR MOE FTIR JIS IB MEKPO Methyl Etil Keton Peroksida Modulus of Rupture Modulus of Elasticity Fourier Transform Infra-Red Japanese Industrial Standard Internal Bond Methyl Etil Keton Peroksida xvii

20 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi BA Berat awal (udara kering) gr BKO Beerat kering oven gr P Beban kgf L Jarak sangga cm y Perubahan defleksi cm b Lebar cm h Tebal cm t 1 Tebal bahan sebelum perendaman cm t 2 Tebal bahan setelah perendaman cm A Luas permukaan benda cm 2 E Modulus young MPa ρ Densitas gr/cm 2 σ Tegangan N/mm 2 xviii