SIFAT DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH BERPENGISI ABU SEKAM PADI PUTIH DENGAN MENGGUNAKAN KATALIS METIL ETIL KETON PEROKSIDA (MEKP) SKRIPSI Oleh CAROLINE OKTAVIANA 090405001 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FEBRUARI 2014
SIFAT DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH BERPENGISI ABU SEKAM PADI PUTIH DENGAN MENGGUNAKAN KATALIS METIL ETIL KETON PEROKSIDA (MEKP) SKRIPSI Oleh CAROLINE OKTAVIANA 090405001 SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA FEBRUARI 2014
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul: SIFAT DAN KARAKTERISTIK KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH BERPENGISI ABU SEKAM PADI PUTIH DENGAN MENGGUNAKAN KATALIS METIL ETIL KETON PEROKSIDA (MEKP) yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya. Medan, 03 Februari 2014 NIM 090405001 Caroline Oktaviana
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan YME atas limpahan rahmat dan karunia-nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul Sifat dan Karakteristik Komposit Poliester Tak Jenuh Berpengisi Abu Sekam Padi Putih dengan Menggunakan Katalis Metil Etil Keton Peroksida (MEKP), 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 abu sekam padi yang dapat diolah lebih lanjut sehingga didapat silika yang memiliki potensi untuk dijadikan pengisi dalam pembuatan komposit polimer. Karya ilmiah yang telah diterima untuk terbit pada Jurnal Teknik Kimia USU dengan judul KARAKTERISTIK FOURIER TRANSFORM INFRA RED DAN KEKUATAN BENTUR KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH BERPENGISI ABU SEKAM PADI PUTIH. Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada: 1. Ibu Dr. Maulida, ST, M.Sc, selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis pada penyusunan dan penulisan skripsi ini serta meberikan izin bagi penulis untuk menggunakan alat uji mekanik. 2. Ibu Dr. Halimatuddahliana, ST, M.Sc, selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 3. Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
4. Elmer Surya, ST, selaku teman yang telah membantu penulis untuk menguji kekuatan mekanik dari komposit. 5. Teman-teman stambuk 2009 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, Februari 2014 Caroline Oktaviana Penulis
DEDIKASI Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada kedua orang tua saya yaitu Ayahanda Jannes Hutagalung dan Ibunda Lisbeth Saragih, S.Pd, serta kepada adik dan keluarga besar saya yang telah memberikan dukungan moril maupun materil yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi ini dengan baik.
RIWAYAT HIDUP PENULIS Nama: Caroline Oktaviana NIM: 090405001 Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 21 Oktober 1992 Nama orang tua: Jannes Hutagalung Alamat orang tua: Jl. Lembaga P. Gg. Horas No. 343B Asal Sekolah SD Neg. 066049 Medan, tahun 1997-2003 SMP Neg. 18 Medan, tahun 2003-2006 SMA St. Thomas 3 Medan, tahun 2006-2009 Pengalaman Organisasi/ Kerja : 1. HIMATEK periode 2012 2013 Artikel yang telah diterima untuk dipublikasikan pada Pertemuan Ilmiah: 1. Jurnal Teknik Kimia USU dengan judul KARAKTERISTIK FOURIER TRANSFORM INFRA RED DAN KEKUATAN BENTUR KOMPOSIT POLIESTER TAK JENUH BERPENGISI ABU SEKAM PADI PUTIH
ABSTRAK Abu sekam padi putih (ASPP) yang berasal dari limbah penggilingan padi yang murah dan mudah diperoleh berpotensi menjadi pengisi (filler) bahan komposit. Kajian tentang pemanfaatan ASPP sebagai pengisi di dalam matriks poliester telah dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan komposisi pengisi ASPP di dalam komposit poliester tidak jenuh (UPR) dalam menghasilkan sifat mekanik seperti kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan lentur (flexural strength) dan kekuatan bentur (impact strength) yang terbaik. Dalam penelitian ini, UPR dicampurkan dengan ASPP yang sebelumnya telah diayak dengan ukuran 100 dan 250 mesh dengan perbandingan berat 95:5; 90:10; 85:15; dan 80:20, setelah itu diberi katalis MEKP 1% (b/b) dengan menggunakan metoda pencampuran terbuka. Dari hasil karakterisasi FTIR diperoleh bahwa ikatan antara matriks dan pengisi yang dihasilkan hanya berupa interaksi penjangkaran mekanik dan ikatan hidrogen. Hasil pengujian sifat-sifat mekanik menunjukkan bahwa, pada rasio UPR:ASPP 85:15; diperoleh kekuatan tarik maksimum sebesar ukuran partikel 100 dan 250 mesh, yaitu sebesar 30,255 MPa dan 33,473 MPa. Sementara itu, nilai modulus Young terus meningkat sedangkan sifat pemanjangan pada saat putus mengalami penurunan seiring bertambahnya jumlah ASPP. Analisa terhadap sifat kekuatan lentur diperoleh bahwa penurunan terjadi seiring bertambahnya jumlah ASPP. Analisa terhadap sifat kekuatan bentur diperoleh bahwa peningkatan terjadi seiring bertambahnya ASPP dan kekuatan bentur maksimal diperoleh pada rasio 90:10 yaitu sebesar 7031 J/m 2 untuk ukuran partikel 100 mesh dan pada rasio 80/20 yaitu sebesar 8297,333 J/m 2 untuk ukuran partikel 250 mesh. Hasil uji mekanik selanjutnya didukung oleh analisa scanning electron microscopy (SEM). Kata kunci : poliester tidak jenuh, abu sekam padi putih, komposit, uji mekanik, pencampuran terbuka
ABSTRACT White Rice Husk Ash (WRHA) wastes derived from rice milling which is cheap and easy to obtain can be potentially used as fillers in composite materials. The study on the utilization of WRHA as filler in polyester matrix had been done with the purpose to obtain the best WRHA fillers composition in Unsaturated Polyester (UPR) composites in producing mechanical properties such as: tensile strength, flexural strength and impact strength. In this research, UPR was mixed with ASPP previously been sieved a particle size of 100 and 250 mesh with mass ratio 95:5; 90:10; 85:15; and 80:20, then added with 1% (w/w) MEKP by using open mixing method. The result of FTIR characterization shows that bonding between matrix and fillers is mechanical anchoring and hyroden bonding. The results of mechanical properties shows at ratio of UPR: WRHA 95:5, the maximum tensile strength obtained for particle size of 100 and 250 mesh are 30,255 MPa dan 33,473 MPa. Meanwhile the value of Young's Modulus continues to increase while the value of elongation at break decreases as the amount of WRHA increased. An analysis of flexural strength properties shows that decreased as the amount of WRHA increased. An analysis of impact strength properties shows that increased as the amount of WRHA increased and the maximum impact strength obtained for particle size of 100 and 250 mesh are 7031 J/m 2 (90/10) and 8297,333 J/m 2 (80/20). The results of mechanical properties are supported by scanning electron microscopy (SEM). Keywords : unsaturated polyester, white rice husk ash, composite, mechanical testing open mixing
DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI PENGESAHAN PRAKATA DEDIKASI RIWAYAT HIDUP PENULIS ABSTRAK ABSTRACT DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL DAFTAR LAMPIRAN DAFTAR SINGKATAN DAFTAR SIMBOL i ii iii v vi vii viii ix xii xiv xv xvi xvii BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 LATAR BELAKANG 1 1.2 PERUMUSAN MASALAH 4 1.3 TUJUAN PENELITIAN 4 1.4 MANFAAT PENELITIAN 4 1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6 2.1 PENGERTIAN KOMPOSIT 6 2.2 KONSTITUEN KOMPOSIT 6 2.3 FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KOMPOSIT 8 2.4 POLIESTER TIDAK JENUH 10 2.5 ABU SEKAM PADI 11 2.6 METIL ETIL KETON PEROKSIDA 13 2.7 METODA PENCETAKAN TERBUKA 13 2.8 PENGUJIAN/ KARAKTERISASI BAHAN KOMPOSIT 13 2.8.1 ANALISA KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) 13
2.8.2 ANALISA KEKUATAN BENTUR(IMPACT STRENGTH)14 2.8.3 ANALISA KEKUATAN LENTUR (FLEXURAL STRENGTH) 15 2.8.4 ANALISA KARAKTERISTIK FOURIER TRANSFORM INFRA RED(FT-IR) 15 2.8.5 ANALISA SCANNING ELECTRON MICROSCOPY (SEM) 16 2.9 APLIKASI DAN KEGUNAAN PRODUK KOMPOSIT 16 2.10 ANALISIS BIAYA 17 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 21 3.1 LOKASI PENELITIAN 21 3.2 BAHAN DAN PERALATAN 21 3.2.1 BAHAN 21 3.2.2 PERALATAN 22 3.3 TAHAPAN PENELITIAN 22 3.4 DIAGRAM KERJA 24 3.5 PROSEDUR PENELITIAN 25 3.5.1 PENYEDIAAN KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH BERPENGISI ABU SEKAM PADI PUTIH DENGAN KATALIS MEKP 25 3.5.2 PENGUJIAN KOMPOSIT 25 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 KARAKTERISTIK FTIR (FOURIER TRANSFORM INFRA-RED (FTIR) POLIESTER TIDAK JENUH (UPR), ASPP DAN KOMPOSIT UPR-ASPP 28 4.2 PENGARUH KANDUNGAN DAN UKURAN PARTIKEL BAHAN PENGISI TERHADAP KEKUATAN TARIK (TENSILE STRENGTH) KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH (UPR) 31 4.3 PENGARUH KANDUNGAN DAN UKURAN PARTIKEL BAHAN PENGISI TERHADAP PEMANJANGAN PADA SAAT PUTUS 33
(ELONGATION AT BREAK) KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH (UPR) 4.4 PENGARUH KANDUNGAN DAN UKURAN PARTIKEL BAHAN PENGISI TERHADAP KEKUATAN LENTUR (FLEXURAL STRENGTH) KOMPOSIT TIDAK JENUH (UPR) 34 4.5 PENGARUH KANDUNGAN DAN UKURAN PARTIKEL BAHAN PENGISI TERHADAP KEKUATAN BENTUR (IMPACT STRENGTH) KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH (UPR) 36 4.6 MODULUS YOUNG POLIESTER TIDAK JENUH (UPR) DAN KOMPOSIT POLIESTER TIDAK JENUH BERPENGISI ABU SEKAM PADI PUTIH 37 4.7 KARAKTERISTIK SEM (SCANNING ELECTRON MICROSCOPE) POLIESTER TIDAK JENUH (UPR), KOMPOSIT UPR-ASPP 90/10 100 MESH DAN KOMPOSIT UPR-ASPP 80/20 250 MESH 38 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN 40 5.2 SARAN 41 DAFTAR PUSTAKA 42 LAMPIRAN 1 DATA PERNELITIAN 46 LAMPIRAN 2 DOKUMENTASI PENELITIAN 49 LAMPIRAN 3 HASIL PENGUJIAN LAB ANALISI DAN INSTRUMEN 54
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Bentuk-Bentuk Konstituen Yang Berbeda 7 Gambar 2.2 Struktur Poliester 10 Gambar 2.3 Persentase Resin Yang Digunakan Dalam Industri Otomotif 11 Gambar 2.4 Persentase Aplikasi UPR Dalam Industri Otomotif 11 Gambar 2.5 Beberapa Aplikasi Komposit UPR dalam Industri Otomotif 11 Gambar 2.6 Sekam padi dan abu sekam padi putih 11 Gambar 2.7 Metoda Terbuka 13 Gambar 2.8 Pipa Komposit Kemrock 17 Gambar 2.9 Bumper Tanduk Belakang Cabin Cat Hitam 3 20 Gambar 3.1 Cetakan Plastisin Penyediaan Komposit 23 Gambar 3.2 Diagram Kerja Pembuatan dan Pengujian Komposit 24 Gambar 3.3 Ukuran Dimensi Spesimen Metoda Izod ASTM D 4812-11 25 Gambar 3.4 Sketsa Spesimen Uji Tarik 26 Gambar 3.5 Ukuran Dimensi Spesimen Kekuatan Flexural ASTM D-790 27 Gambar 4.1 Karakteristik FTIR Poliester Tidak Jenuh (UPR) 28 Gambar 4.2 Karakteristik FTIR ASPP 29 Gambar 4.3 Karakteristik FTIR Komposit UPR-ASPP 30 Gambar 4.4 Pengaruh Kandungan Dan Ukuran Partikel Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Tarik Komposit UPR Berpengisi ASPP 31 Gambar 4.5 Pengaruh Kandungan Dan Ukuran Partikel Bahan Pengisi Terhadap Pemanjangan Pada Saat Putus Komposit UPR Berpengisi ASPP 33 Gambar 4.6 Pengaruh Kandungan Dan Ukuran Partikel Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Lentur Komposit UPR Berpengisi ASPP 34 Gambar 4.7 Pengaruh Kandungan Dan Ukuran Partikel Bahan Pengisi Terhadap Kekuatan Bentur Komposit UPR Berpengisi ASPP 36 Gambar 4.8 Analisis SEM 39 Gambar L2.1 Penyediaan Komposit Cetakan Plastisin Komposit 49 Gambar L2.2 Penyediaan Komposit UPR-ASPP 49 Gambar L2.3 Alat UTM Gotech Al-7000 M Grid Tensile 50
Gambar L2.4 Alat UTM Gotech Al-7000 M Grid Flexural 50 Gambar L2.5 Alat Impact Tester GOTECH 51 Gambar L2.6 FTIR SHIMADZU IR-PRESTIGE 21 51 Gambar L2.7 SEM JEOL-JSM-6510 LV 52 Gambar L3.1 Hasil FTIR Poliester Tidak Jenuh (UPR) 54 Gambar L3.2 Hasil FTIR ASPP 54 Gambar L3.3 Hasil FTIR Komposit UPR-ASPP 55
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Spesifikasi Unsaturated Poliester Resin Yukalac 157 BTQN-EX 10 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Abu Sekam Padi 12 Tabel 2.3 Rincian Biaya Bahan Pembuatan Komposit UPR-ASPP 18 Tabel 2.4 Rincian Biaya Peralatan Pembuatan Komposit UPR-ASPP 18 Tabel 2.5 Rincian Biaya Analisa Pembuatan Komposit UPR-ASPP 18 Tabel 2.6 Perkiraan Rincian Biaya Pembuatan Produk 19 Tabel 4.1 Nilai Modulus Young Poliester Tidak Jenuh (UPR) dan Komposit UPR berpengisi ASPP untuk ukuran partikel 100 mesh 37 Tabel 4.2 Nilai Modulus Young Poliester Tidak Jenuh (UPR) dan Komposit UPR berpengisi ASPP untuk ukuran partikel 100 mesh 37 Tabel L1.1 Data Hasil Modulus Young untuk partikel 100 mesh 46 Tabel L1.2 Data Hasil Modulus Young untuk partikel 250 mesh 46 Tabel L1.3 Data Hasil Kekuatan Tarik untuk partikel 100 mesh 46 Tabel L1.4 Data Hasil Kekuatan Tarik untuk partikel 250 mesh 46 Tabel L1.5 Data Hasil Pemanjangan Pada Saat Putus untuk partikel 100 mesh 47 Tabel L1.6 Data Hasil Pemanjangan Pada Saat Putus untuk partikel 250 mesh 47 Tabel L1.7 Data Hasil Kekuatan Lentur untuk partikel 100 mesh 47 Tabel L1.8 Data Hasil Kekuatan Lentur untuk partikel 250 mesh 47 Tabel L1.9 Data Hasil Kekuatan Bentur untuk partikel 100 mesh 48 Tabel L1.10 Data Hasil Kekuatan Bentur untuk partikel 250 mesh 48
DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1 DATA PENELITIAN 46 L1.1 DATA HASIL MODULUS YOUNG 46 L1.2 DATA HASIL KEKUATAN TARIK [MPa] 46 L1.3 DATA HASIL PEMANJANGAN PADA SAAT 47 PUTUS [%] L1.4 DATA HASIL KEKUATAN LENTUR [MPa] 47 L1.5 DATA HASIL KEKUATAN BENTUR [J/m 2 ] 48 LAMPIRAN 2 DOKUMENTASI PENELITIAN 49 L2.1 PENYEDIAAN KOMPOSIT UPR- ASPP 49 L2.2 ALAT UNIVERSAL TESTING MACHINE (UTM) 50 GOTECH AL-7000 M GRID TENSILE L2.3 ALAT UNIVERSAL TESTING MACHINE (UTM) 50 GOTECH AL-7000 M GRID FLEXURAL L2.4 ALAT IMPACT TESTER GOTECH 51 L2.5 FOURIER TRANSFORM INFRA RED (FTIR) 51 SHIMADZU IR-PRESTIGE 21 L2.6 SCANNING ELECTON MICROSCOPY (SEM) 52 JEOL-JSM-6510LV LAMPIRAN 3 HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN 54 INSTRUMEN L3.1 HASIL FTIR POLIESTER TIDAK JENUH (UPR) 54 L3.2 HASIL FTIR ASPP 54 L3.3 HASIL FTIR KOMPOSIT UPR-ASPP 55
DAFTAR SINGKATAN ASPP UPR MEKP FTIR SEM ASTM LDPE HDPE UTM DP Abu Sekam Padi Putih Unsaturated Poliester Resin Metil Etil Keton Peroksida Fourier Transfrom Infra-Red Scanning Electron Microscopy American Standard Testing and Material Low Density Poly Etilene High Density Poly Etilene Universal Testing Machine Derajat Polimerisasi
DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Dimensi τ t Kekuatan tarik Mpa F maks Beban maksimum Kgf A0 Luas Penampang mula mula m 2 m Massa pendulum g Gaya gravitasi m/s 2 h 0 h f Tinggi awal pendulum Tinggi pendulum setelah specimen patah