BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada zaman sekarang ini, penelitian tentang bahan polimer sedang berkembang. Hal ini dikarenakan bahan polimer memiliki beberapa sifat yang lebih unggul jika dibandingkan dengan bahan logam ataupun bahan keramik seperti tahan korosi dan temperatur pemrosesan yang relatif lebih rendah. Pada umumnya, bahan polimer dicampurkan dengan bahan lain untuk memperoleh sifat yang lebih baik, yang dikenal sebagai bahan komposit Mineral sebagai pengisi digunakan untuk mengurangi biaya material dengan menggantikan sebahagian dari polimer dengan material yang tidak mahal. Saat ini banyak mineral termodifikasi yang digunakan untuk memodifikasi karakteristik pengolahan atau sebagian sifat produk komposit. Mineral digunakan sebagai salah satu bahan pengisi yang belakangan ini banyak digunakan untuk mengurangi aditif yang lebih mahal seperti pigmen, bahan tahan panas dan peningkat kekuatan bentur [1]. Salah satu contoh mineral yang digunakan adalah bentonit, hal ini dikarenakan harga dari bentonit yang cukup murah dan juga mudah didapat dengan kandungan utama dari bentonit yaitu silikat. Jika suatu polimer dikompositkan dengan silikat, maka material ini akan menunjukkan peningkatan yang dramatis pada sifat-sifat seperti mekanik dan termal melebihi sifat polimer murninya. Selain itu, karena rentang skala pengisi yang dimiliki oleh komposit ini dapat menjadi sangat kecil yaitu berada pada skala nanometer (1-100 nm) yang dapat meminimalkan terjadinya penghamburan cahaya, maka material tersebut juga bersifat transparan [2]. Silikat yang paling umum digunakan untuk tujuan ini adalah montmorillonit (bentonit). Silikat ini menunjukkan kemampuannya mengalami ekspansi (swelling). Kemampuan montmorillonit dalam meningkatkan sifat-sifat polimer sangat ditentukan oleh derajat pendispersian silikat ini dalam matriks polimer, tetapi sifat hidrofil dari permukaan montmorillonit menghalangi proses ini. Untuk mengatasi kendala ini maka diperlukan porses yang dapat menjadikan permukaan montmorillonit bersifat organofil melalui penggantian kation [2]. 1
Pemodifikasi organik yang dapat digunakan untuk keperluan pemrosesan ini adalah cairan ionik (Ionic Liquid). Cairan ionik adalah material yang hanya terdiri atas spesies ionik (kation dan anion), tidak mengandung molekul netral tertentu, dan mempunyai titik leleh relatif rendah. Terletak pada suhu <100 o C, walaupun umumnya pada suhu kamar [2]. Salah satu pemodifikasi organik yang digunakan adalah cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). Hal ini dikarenakan sifat dari CTAB yang mampu menurunkan kepolaran dari clay yang akan dijadikan sebagai pengisi pada komposit ini. Clay dalam keadaan alaminya bersifat hidrofilik dan immicible di dalam larutan organik. Sedangkan bahan polimer bersifat hidrofobik. Untuk membuat keduanya compatible, polaritas atau sifat hidrofilik dari clay harus dimodifikasi agar lebih bersifat organik sehingga dapat berinteraksi dengan baik dengan polimer. Salah satu cara untuk memodifikasi clay adalah dengan pertukaran kation organik [3]. Salah satu cara pertukaran kation organik adalah dengan mereaksikan clay dengan garam ammonium. Selain mineral alam, titanium dioksida (TiO2) dalam bentuk carbon nano tube juga dapat digunakan sebagai bahan pengisi untuk meningkatkan sifat dari komposit. TiO2 dapat meningkatkan sifat mekanik dan termal pada suatu komposit secara signifikan [4]. Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang pengaruh TiO2 sebagai pengisi terhadap sifat mekanik dari komposit. Resin epoksi merupakan jenis material termoset yang digunakan secara luas dalam aplikasi struktural karena mereka menawarkan kombinasi unik yang tak terjangkau dengan resin termoset lainnya. Tersedia dalam bentuk fisis yang sangat luas dari cairan dengan viskositas rendah hingga padatan dengan tingkat leleh yang tinggi, epoksi juga dapat digunakan untuk bermacam-macam jenis proses dan aplikasi. Epoksi menawarkan kekuatan yang tinggi, tingkat penyusutan yang rendah, tingkat adhesi yang sangat baik untuk berbagai substrat, bahan isolator listrik yang baik, ketahanan terhadap zat kimia dan pelarut, rendah biaya, dan tingkat toksisitas yang rendah [5]. Beberapa penelitian yang telah dilakukan tentang komposit epoksi berpengisi bentonit termodifikasi yaitu: 2
1. Nidya Chitraningrum (2008) membuat komposit epoksi-bentonit dengan menggunakan surfaktan heksadesiltrimetilamonium bromida dengan metode ultrasonik didapatkan hasil tensile modulus yang meningkat. Peningkatan maksimum diperoleh ketika dilakukan penambahan 2% wt kandungan clay, yaitu sebesar 8,24% [3]. 2. Syuhada dkk (2008) melakukan modifikasi bentonit (clay) menjadi organoclay dengan penambahan surfaktan dan didapatkan hasil bahwa pada rantai alkil yang lebih panjang didapatkan hasil yang lebih baik [6]. 3. Ali H. Ataiwi dan Alaa A. Abdul-Hamaed (2010) membuat komposit poliester tidak jenuh berpengisi bentonit dengan aktivatior HCl dan Na2CO3 didapatkan hasil kekerasan komposit poliester meningkat maksimum pada penambahan 5% wt bentonit [7]. 4. Nadras Binti Othman (2007) membuat komposit dengan menggunakan polipropena sebagai matriks dan bentonit sebagai pengisi dengan variasi pengisi dari 10% hingga 50%. Hasil yang didapat adalah pengisian bentonit ke dalam matriks PP telah menunjukkan peningkatan pada modulus Young dan kestabilan termal [1]. 5. Nurdin Bukit dkk (2013) melakukan modifikasi bentonit alam sebagai material nano partikel sebagai pengisi nano pada High Density Poliethylene (HDPE) dengan hasil yang didapatkan adalah peningkatan tensile strength pada penambahan 2 sampai 6%, dan penurunan dengan penambahan di atas 6%, dan juga penurunan pada pemanjangan saat putus. Pada hasil analisis SEM, HDPE telah menyatu dengan nano bentonit [8]. Berdasarkan uraian di atas, maka bentonit termodifikasi sesuai digunakan sebagai salah satu pengisi pada matriks epoksi karena dapat meningkatkan sifat mekanik dari matriks epoksi. Selain itu, cadangan bentonit di Indonesia yang sangat besar dan tersebar hampir di seluruh Indonesia namun pemanfaatannya belum optimal sehingga perlu dilakukan penelitian untuk meningkatkan pemanfaatan bentonit. 3
1.2 Perumusan Masalah Permasalahan dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh penambahan bentonit termodifikasi sebagai pengisi dalam memperbaiki kekurangan sifat resin epoksi yaitu dalam hal kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan bentur (impact strength) dan penyerapan air (water absorption). 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dalam penelitian ini adalah menentukan komposisi terbaik antara bentonit termodifikasi terhadap kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan bentur (impact strength) dan penyerapan air (water absorption), pada komposit epoksi yang dihasilkan. 1.4 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat: 1. Memberikan informasi tambahan bagi dunia industri tentang pemanfaatan bentonit termodifikasi sebagai pengisi pada komposit 2. Memberikan informasi terutama dalam bidang penelitian komposit tentang pengaruh bentonit termodifikasi sebagai bahan pengisi komposit epoksi sehingga dapat diketahui komposisi pengisi yang terbaik diantara kedua jenis pengisi. 1.5 Ruang Lingkup Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Departemen Teknik Kimia, dan Laboratorium Polimer, Fakultas MIPA,. Adapun bahan baku yang digunakan pada penelitian ini yaitu epoksi sebagai matriks dan bentonit sebagai pengisi. Variabel yang digunakan adalah : 4
Variabel Tetap Perbandingan resin epoksi dengan hardener sebesar 1:1 Perbandingan antara bentonit termodifikasi dengan TiO2 (Titanium Dioksida) sebagai filler sebesar 96 : 4 Variabel Bebas Kandungan berat pengisi sebesar 5, 10, 15, dan 20% dari berat komposit Variasi konsentrasi CTAB pada modifikasi bentonit yaitu sebesar 0,05, 0,1, dan 0,15 M Uji yang dilakukan adalah uji tarik (tensile strength) ASTM D 638-10, uji bentur (impact strength) ASTM D 5942-96, penyerapan air (water absorption) ASTM D 2482-01, Fourier-Transform Infra-Red (FT IR), dan Scanning Electron Microscopy (SEM) pada komposit epoksi yang dihasilkan. 5