PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE) DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM

Transkripsi

1 PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE) DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM TESIS Oleh: FITRI RAMADHANI /FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE) DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Magister Sains dalam program studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Oleh FITRI RAMADHANI /FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

3 PENGESAHAN TESIS Judul Tesis : PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE) DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM Nama Mahasiswa : Fitri Ramadhani Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : Magister Ilmu Fisika Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Menyetujui Komisi Pembimbing Prof. Dr.Eddy Marlianto,MSc. Ketua Dr.Anwar Darma Sembiring,M.S. Anggota Ketua Program Studi, Dekan, Dr. Nashruddin MN,M.Eng.Sc. D r. S u t a r m a n, M. S c. NIP : NIP :

4 PERNYATAAN ORSINALITAS PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE) DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM TESIS Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerjasaya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar. Medan, Juli 2013 Fitri Ramadhani NIM

5 PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Sebagai sivitas akademika, saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : Fitri Ramadhani NIM : Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive RoyaltyFree Right) atas Tesis saya yang berjudul : PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE) DENGAN PENGISI BENTONITALAM Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas Royalti Non- Eksklusif ini, berhak menyimpan, mengalih media, memformat,mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan Tesis saya tanpameminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dansebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya. Medan, Juli 2013 Fitri Ramadhani

6 Telah diuji pada Tanggal : 25 Juli 2013 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr.Eddy Marlianto,MSc. Anggota : 1. Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.S 2. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc 3. Prof.Drs.Mohammad Syukur, MS 4. Dr. Diana A. Barus, MS

7 DAFTAR RIWAYAT HIDUP A. DATA PRIBADI Nama : Fitri ramadhani Tempat tanggal lahir : Kampung Durian, 1 Mei 1988 Jenis kelamin : Perempuan Agama : Islam Alamat : Jl. Rantau, desa Durian, kec rantau, Aceh Tamiang Telepon / HP : v_imud37@yahoo.co.id ` Nama Orang tua : Suyono alm (ayah) / Amsir Latifah (Ibu) B. Riwayat Pendidikan : MIN Kp. Durian : SMP Negeri 1 Kuala Simpang : SMA Negeri 1 Kejuruan Muda : S1 FKIP Fisika Universitas Syiah Kuala : Pascasarjana Fisika USU Medan

8 KATA PENGANTAR Pertama-tama penulis panjatkan puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmad dan karunia-nya sehingga tesis yang berjudul Pembuatan dan Karakteristik komposit yang terdiri dari campuran Polietilen densitas rendah (LDPE ) dengan pengisi bentonit alam ini dapat diselesaikan. Dengan diselesaikannya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : Rektor, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan program Magister Studi Ilmu Fisika di. Dekan Fakultas Matematika Ilmu pengetahuan Alam, Dr. Sutarman, M.Sc, yang telah memberikan kesempatan kepada penulis menjadi mahasiswa program Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika, Dr. Nasruddin MN, M.Eng, Sc, dan Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika Dr. Anwar Dharma sembiring, M.S beserta staf edukatif dan administratif pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Pascasarjana FMIPA. Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi-tingginya penulis ucapkan kepada : 1. Bapak Prof. Dr.Eddy Marlianto, MSc. selaku Pembimbing Utama, Bapak Dr.Anwar Dharma Sembiring,MS. selaku Anggota Komisi Pembimbing, yang telah memberikan perhatian, dorongan, bimbingan dan arahan dengan penuh kesabaran dan juga Bapak Dr. Nurdin Bukit, M.Si selaku pembimbing lapangan yang telah memberikan waktu dan dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya Tesis ini.

9 2. Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng, Sc, Bapak Prof.Drs.Mohammad Syukur, MS, dan Ibu Dr. Diana A. Barus, MS, selaku penguji yang telah banyak memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan tesis ini. 3. Ayahanda Amsir, Ibunda Latifah dan Bapak, Ibu mertua, Nenek yang telah memeberikan do a-restu, motivasi serta dorongan moril maupun material sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan, semoga penulis dapat membuatnya bangga, amin. 4. Suami tercinta Fitra Rahmat dan adik-adik tersayang Humaira Asra, M.Arif Alfarizi dan Anisa Putri, serta sepupu yang membantu dalam penelitian Nurul Haryati, Elvira agustina, Munzir halim dan Haris Setiawan yang telah memberikan dorongan moril yang sangat besar sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan. 5. Sahabat-sahabat terbaik Evi, Endang, Winsyah, Ficky, Witri, Zoelkarnaen, Edianto, Satria yang selalu memberikan dukungan dan semangat kepada penulis selama dalam pendidikan dan waktu penulisan tesis ini. Rekanrekan seangkatan 2011 atas kekompakan dan kerjasamanya yang baik selama perkuliahan maupun selama penelitian (satu untuk semua). Penulis menyadari bahwa tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan tesis ini. Akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi penelitian dan kemajuan ilmu pengetahuan untuk masa yang akan datang. Hormat Penulis, Fitri Ramadhani

10 PEMBUATAN DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT YANG TERDIRI DARI CAMPURAN POLIETILEN DENSITAS RENDAH (LDPE) DENGAN PENGISI BENTONIT ALAM ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk menentukan morfologi bentonit sebelum dan sesudah dikompositkan, menentukan sifat mekanik dan termal komposit LDPE dengan bahan pengisi bentonit alam setelah dilakukan pemurnian secara kimia. Metode penelitian dilakukan yaitu proses modifikasi bentonit alam dengan proses pengerusan menjadi ukuran 200 mest (µm) dimurnikan dengan HCl yang digunakan sebagai bahan pengisi. Adapun matrik yang digunakan adalah LDPE dan kompatibilizernya PE-g-MA dengan variasi bentonit alam (0,3,5,7, dan 10)% berat, kemudian dimasukkan kedalam internal mixer dengan suhu 140 C selama 15 menit dengan kecepatan rotor 50 rpm karakteristik yang dilakukan untuk komposit yang dihasilkan untuk uji mekanik dengan universal tes mekanik (UTM) dan analisis termal TGA-DTA dengan alat stratam TAG 24. Dari hasil penelitian diperoleh dan pada uji mekanik sifat kekuatan tarik dan perpanjangan putus menurun dengan bertambahnya kandungan bentonit, akan tetapi modulus youngnya meningkat dengan bertambahnya bentonit alam. Dari hasil analisis termal diperoleh peningkatan suhu titik leleh dengan penambahan bentonit alam. Dari morfologi dihasilkan penyebaran bentonit tidak merata yang mengakibatkan uji tarik menurun. Kata kunci : bentonit alam, LDPE, sifat mekanik, morfoloi, termal.

11 PREPARATION AND CHARACTERISTICS OF COMPOSITE CONTAINING MIXED LOW DENSITY POLYETHYLENE (LDPE) WITH NATURE BENTONITE CHARGER ABSTRACT This study aims to determine the morphology of composite bentonite before and after, to determine thermal and mechanical properties of LDPE composites with natural bentonite filler after chemical purification. The research method is that the process of natural bentonite modified with a size of 200 pengerusan process mest (lm) was purified by HCl is used as a filler material. The matrix used is kompatibilizernya LDPE and PE-g-MA with a variety of natural bentonite (0,3,5,7, and 10)% weight, and then inserted into the internal mixer with a temperature of 140 C for 15 min with a rotor speed of 50 rpm characteristics performed for resulting composites for mechanical tests with universal mechanical testing (UTM) and TGA-DTA thermal analysis with tools stratam TAG 24. The results were obtained and the mechanical properties of tensile strength test and elongation at break decreased with increasing bentonite content, but the Young modulus increased with increasing bentonite nature. Thermal analysis of the results obtained by an increase in temperature of the melting point with the addition of natural bentonite. Morphology resulting from the uneven spread of bentonite causing decreased tensile test. Keywords: natural bentonite, LDPE, mechanical properties, morphology, thermal.

12 DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN i ii iii vi vii ix BAB I BAB II PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian 4 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Komposit Polimer Bahan Komposit Polimer Sifat-Sifat Bahan Polimer Polietilen (PE) Polietilen/Low Density Polyethylene (LDPE) Karakteristik LDPE Sifat Mekanik Bentonit Komposisi Bentonit Alam Pahae Sifat Fisik dan Kimia Bentonit Pengujian dan Karakterisasi Uji Mekanik Analisis SEM (Scanning Elektron Microscopy) Analisis Sifat Termal 24

13 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Alat Dan Bahan Alat Penelitian Bahan Penelitian Prosedur penelitian Proses Pengolahan Bentonoit alam Aktivasi Bentonit Alam Secara Kimia Pembuatan komposit dalam Internal Mixer Karakterisasi Sampel Analisis Penggunaan SEM Kekuatan Tarik, perpanjangan Putus, dan Modulus Young Sifat Termal Diagram Alir 32 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil dan Analisis Uji Mekanik Komposit LDPE dan bentonit Alam Hasil dan Analisis Uji Tarik Hasil dan Analisis pengujian Perpanjangan Putus Hasil dan Analisis Modulus young Hasil dan Analisis Termal Hasil dan Analisis DTA Hasil dan Analisis TGA Hasil dan Analisis Morfologi Hasil dan Analisis Morfologi Bentonit Murni Hasil dan Analisis Morfologi Bentonit Pemurnian Kimia Hasil dan Analisis Morfologi LDPE Hasil dan Analisis Morfologi LDPE dengan Bentonit 43

14 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran 46 DAFTAR PUSTAKA 47

15 DAFTAR TABEL Hal Tabel 2.1 Pertimbangan pemilihan komposit 6 Tabel 2.2 Karakteristik Polietilen 12 Tabel 2.3 Kekuatan Tarik, Tekan dan lentur bahan Polimer 13 Tabel 2.4 Karakteristik LDPE dan sifat fisika, kimia LDPE 14 Tabel 2.5 Sifat Fisika dan Mekanika LDPE 14 Tabel 2.6 Perbedaan Sifat Na-Bentonit dan Ca-Bentonit 18 Tabel 2.7 Komposisi bentonit alam pahae 18 Tabel 2.8 Karakterisasi bentonit 21 Tabel 2.9 Komposisi kimia 22 Tabel 3.1 Komposisi campuran dalam persen 28 Tabel 3.2 Komposisi campuran Gram 28 Tabel 3.3. Urutan Pencampuran Komposit dalam Internal Mixer 29 Tabel 4.1. Nilai kuat tarik komposit LDPE-Bentonit 33 Tabel 4.2 Nilai perpanjangan putus komposit LDPE-Bentonit 35 Tabel 4.3 Nilai modulus young komposit LDPE-Bentonit 36 Tabel 4.4 Hasil pengujian DTA komposit LDPE-Bentonit 38 Tabel 4.5 Hasil pengujian DTA komposit LDPE-Bentonit 40

16 DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1 Komposit Serat, Komposit Partikel, Dan Komposit Laminat 8 Gambar 2.2 Kantong Plastik Yang Dibuat Dari Polietilena. 10 Gambar 2.3 Model 3D Dari Rantai Polietilena. 11 Gambar 2.4 (a) Monomer Polietilena Dengan Tampilan Lebih Sederhana, (b). Rumus Monomer Dari Polietilena, n Menunjukkan Bahwa Polimer Dari Etena. 11 Gambar 2.5 (a) Simbol LDPE, (b). Produk LDPE Dalam Kebutuhan Rumah Tangga 13 Gambar 2.6. Bentonit Alam Pahae 17 Gambar 2.7. Struktur montmorillonit 20 Gambar 2.8 Spesimen uji tarik dan perilaku polimer termoplastiksaat mengalami pembebanan di mesin uji tarik. 23 Gambar 2.9 Dalam SEM berkas elektron berenergi tinggi mengenai permukaan material. 24 Gambar 3.1. Memperlihatkan gambar SEM model Zeiss dan model joe 31 Gambar 3.2 Universal Testing Machanic model Laryee Universal Testing Mechine Wdw Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian 32 Gambar 4.1 Hasil pengujian kekuatan tarik komposit LDPE-Bentonit 34 Gambar 4.2 Grafik hubungan perpanjangan putus terhadap komposisi Bentonit 35 Gambar 4.3 Modulus Young Terhadap Komposisi Bentonit 37 Gambar 4.4 Nilai DTA komposit LDPE-Bentonit 39 Gambar 4.5 Nilai TGA komposit LDPE-Bentonit 40 Gambar 4.6 Foto SEM Bentonit murni dengan pembesaran 500 kali 41

17 Gambar 4.7 Morfologi bentonit hasil pemurnian secara kimia pembesaran 1000 kali 42 Gambar 4.8 Morfologi LDPE murmi pembesaran 500 kali 42 Gambar 4.9 Morfologi komposit LDPE+Bentonit pembesaran 500 kali 43 Gambar 4.10 Morfologi komposit LDPE+Bentonit pembesaran 1600 kali 44

18 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Hasil Uji Mekanik L-1 Lampiran B Hasil Uji Termal L-2 Lampiran C Gambar-Gambar Pengujian Di Laboratorium L-3