Upload
adha-panca-wardanu
View
228
Download
12
Embed Size (px)
Citation preview
TESIS
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT DARI SERAT NATA DE COCO DAN SERAT RAMI DENGAN RESIN EPOKSI
PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF COMPOSITES OF NATA DE COCO FIBERS AND HEMP FIBERS WITH EPOXY RESIN
Kurnia Widhi Astuti
NIM 10/309501/PPA/3432
PROGRAM STUDI S2 ILMU KIMIA JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA 2013
ii
TESIS
PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT DARI SERAT NATA DE COCO DAN SERAT RAMI DENGAN RESIN EPOKSI
PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF COMPOSITES OF NATA DE COCO FIBERS AND HEMP FIBERS WITH EPOXY RESIN
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar derajat Master of Science Ilmu kimia
Kurnia Widhi Astuti
NIM 10/309501/PPA/3432
PROGRAM STUDI S2 ILMU KIMIA JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS GADJAH MADA
YOGYAKARTA 2013
v
PRAKATA Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT, karena atas limpahan
berkat dan rahmat-Nya, maka penelitian dan penulisan tesis yang berjudul
“Pembuatan Dan Karakterisasi Komposit Dari Serat Nata de Coco Dan Serat
Rami Dengan Resin Epoksi” dapat terselesaikan dengan baik.
Penelitian dan penulisan tesis ini bukan semata-mata karena kemampuan
penulis tetapi berkat bantuan, dorongan serta bimbingan dari berbagai pihak,
karena itu pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Prof. Dr. A.H. Bambang Setiaji selaku pembimbing I dan Prof. Dr. Utoro
Yahya, M.Sc. selaku pembimbing II, yang telah meluangkan waktunya untuk
mengarahkan dan membimbing peneliti selama penelitian dan menyusun tesis.
2. Dr. Chairil Anwar dan Prof. Dr. Nuryono, MS, selaku penguji yang telah
banyak memberikan saran-saran selama penyusunan tesis.
3. Pak Tokok Adiarto yang telah memberikan pengarahan terhadap penelitian
dan penyusunan tesis ini.
4. Pimpinan beserta seluruh staf Laboratorium Riset Kimia Fisik FMIPA UGM
yang telah memberikan fasilitas selama penelitian.
5. Bapak Haji dan pak Yanto selaku kepala Laboratorium Material dan laboran
di jurusan Teknik Mesin FT yang telah memberikan fasilitas, mengarahkan
selama penelitian serta yang telah banyak membantu penulis dalam pengujian
dan analisis sampel
6. Kepala Laboratorium APIK 1, Ibu Zaenab dan Kepala Sekolah SMTI yang
telah membantu memberikan fasilitas selama penelitian.
7. Orang tuaku tercinta yang selalu membantu baik material maupun doa dan
memberikan semangat untuk menyelesaikan penelitian ini
8. Kakak-kakakku tercinta yang selalu memberikan semangat untuk segera
menyelesaikan penelitian ini.
9. Spesial buat Galih Chandra yang selalu menemani dan mensupport penulis
ketika dalam keadaan menyerah dan selalu membantu penulis dalam
penelitian untuk menyelesaikan program studi S2.
10. Teman-teman seperjuangan Kimia Fisik terutama Riska Suryaningrum, mbak
Istnin, mbak Cut Kiki, mbak Dian Anggaraini, mbak Lisa, mbak Tati, Ronald
vi
Mandey dan Millian Tengker yang bersama-sama berjuang dalam
menyelesaikan penelitian.
11. Sahabat-sahabatku Riska Surya N., Idham Dz., Vina Fauza dan Okti yang
selalu memberikan dukungannya.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penulisan hasil penelitian tesis ini
belum sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dapat diberikan sebagai bahan
perbaikan penulisan naskah ini. Penulis berharap agar tulisan ini bermanfaat bagi
ilmu pengetahuan dan memberikan inspirasi bagi yang membutuhkannya.
Yogyakarta, 11 Januari 2013
Penulis
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ii HALAMAN PENGESAHAN iii PERNYATAAN iv PRAKATA v DAFTAR ISI vii DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR TABEL x DAFTAR LAMPIRAN xi INTISARI xii ABSTRACT xiii BAB I. PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan Masalah 6 1.3 Tujuan Penelitian 6 1.4 Manfaat Penelitian 6
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 7
2.1 Komposit 7 2.1.1 Komponen penyusun komposit 8 2.1.2 Sifat material komposit 9 2.1.3 Komposit yang diperkuat serat 9
2.2 Selulosa 10 2.2.1 Serat nata de coco 11 2.2.2 Serat rami 12 2.2.3 Perlakuan NaOH (alkali) 13 2.2.4 Kitosan 14
2.3. Resin Epoksi 15 2.4. Wettability 17 2.5. Sifat-sifat Mekanik Komposit 18
2.5.1 Kekuatan bending komposit 19
BAB III. LANDASAN TEORI DAN HIPOTESIS 20 3.1. Proses Perlakuan Serat 20 3.2 Pengaruh resin epoksi dan hardener 23 3.3 Pengaruh Serat Nata de coco dan Serat Rami pada Komposit 26 3.4 Rancangan Penelitian 29
BAB IV. METODE PENELITIAN 31
4.1. Alat dan Bahan Penelitian 31 4.1.1 Alat penelitian 31 4.1.2 Bahan penelitian 32
4.2. Prosedur Kerja 32 4.2.1 Pembuatan lembaran serat nata de coco 32 4.2.2 Pembuatan larutan NaOH 1%-5% 32 4.2.3 Perendaman larutan NaOH pada serat nata de coco 33
viii
4.2.4 Pembuatan larutan kitosan 0,1% 33 4.2.5 Perendaman larutan kitosan pada serat rami 33 4.2.6 Pembuatan perbandingan komposisi resin epoksi dan hardener 34 4.2.7 Pembuatan komposit serat-epoksi 35
4.3. Diagram Alir Penelitian 36 4.4. Karakterisasi Komposit Serat-Epoksi 38
4.4.1 Penentuan nilai densitas 38 4.4.2 Penentuan tensile test 38 4.4.3 Penentuan daerah elongation 39 4.4.4 Penentuan bending test 39 4.4.5 Analisis SEM 39 4.4.6 Analisis X-ray Diffraction (XRD) 40 4.4.7 Analisis FTIR 40 4.4.8 Analisis sudut kontak 40
4.5. Tempat Penelitian 41 BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN 42
5.1. Pembuatan Lembaran Serat Nata de Coco 42 5.2. Pengaruh Penambahan Alkali pada Serat Nata de Coco 43
5.2.1 Penentuan sudut kontak 44 5.2.2 Penampang permukaan serat nata de coco 46 5.2.3 Penentuan kristalinitas serat nata de coco 47
5.3. Pengaruh Penambahan Kitosan pada Serat rami 48 5.3.1 Penentuan sudut kontak 49 5.3.2 Penampang permukaan serat rami 50 5.3.3 Penentuan kristalinitas serat rami 51
5.4. Proses Pembuatan Komposisi Resin Epoksi-Hardener 53 5.4.1 Penentuan uji tarik resin epoksi-hardener 54
5.5. Pembuatan Komposit Serat-Epoksi 56 5.5.1 Penentuan uji tarik komposit serat-epoksi 56 5.5.2 Penentuan uji bending komposit serat-epoksi 59 5.5.3 Penentuan densitas komposit serat-epoksi 61
5.6. Analisis Gugus Fungsi Komposit Serat-Epoksi 62 5.6.1 Analisis sifat mekanik berdasarkan intensitas
Gugus fungsi 63 5.7. Analisis Sudut Kontak Komposit Serat-Epoksi 65
5.7.1 Analisis ketahanan kimia 66 5.7.2 Analisis SEM penampang patah komposit serat-epoksi 67 5.7.3 Aplikasi komposit serat epoksi NREpN 68
BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN 70
6.1. Kesimpulan 70 6.2. Saran 70
DAFTAR PUSTAKA 72 LAMPIRAN 79
ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur selulosa 10 Gambar 2.2 Ikatan hidrogen yang menghubungkan selulosa 11 Gambar 2.3 Reaksi polimerisasi selulosa pada serat nata de coco 12 Gambar 2.4 Serat nata de coco 12 Gambar 2.5 Struktur kimia kitosan 15 Gambar 2.6 Struktur kimia ideal epoksi 16 Gambar 2.7 Hubungan sudut kontak dengan sifat pembasahan 18 Gambar 2.8 Kurva Stress dan Strain 19 Gambar 3.1 Mekanisme reaksi antara selulosa dan kitosan 21 Gambar 3.2 Wettability serat-matrik 22 Gambar 3.3 Perbandingan kekuatan dan tingkat kekakuan antar
polimer-polimer resin 25 Gambar 3.4 Struktur kimia ideal epoksi 25 Gambar 3.5 Reaksi antara epoksi dan hardener 26 Gambar 3.6 Komposit antara matriks dan serat 27 Gambar 4.1 Cetakan komposit metode Hand Lay up 34 Gambar 4.2 Komposit antara serat nata de coco dan serat rami 36 Gambar 4.3 Variasi pembuatan komposit serat-epoksi 36 Gambar 4.4 Diagram Alir Penelitian 37 Gambar 4.5 Alat uji tarik dan proses uji tarik serat 38 Gambar 5.1 Serat nata de coco sebelum dan setelah dikeringkan 42 Gambar 5.2 Perubahan ikatan hidrogen selama pelepasan air
dari dua permukaan selulosa 43 Gambar 5.3 Grafik antara sudut kontak larutan NaOH 1%, 2%, 3%, 4%
dan 5% terhadap waktu 45 Gambar 5.4 Hasil pengamatan SEM pada permukaan serat 46 Gambar 5.5 Difraktogram serat nata de coco murni
(a) tanpa perlakuan NaOH (b) perlakuan NaOH 47 Gambar 5.6 Mekanisme interaksi antara selulosa dan kitosan 49 Gambar 5.7 Grafik antara sudut kontak kitosan terhadap waktu 50 Gambar 5.8 Hasil pengamatan SEM pada permukaan serat 51 Gambar 5.9 Difraktogram serat rami murni
(a) tanpa perlakuan kitosan (b) perlakuan kitosan 52 Gambar 5.10 Pencampuran resin epoksi-hardener 54 Gambar 5.11 Diagram antara perbandingan epoksi-hardener (EH) dengan tensile strength 55 Gambar 5.12 Diagram antara perbandingan epoksi hardener (EH)
dengan Modulus young 55 Gambar 5.13 Diagram kekuatan tarik antara komposit serat-epoksi 57 Gambar 5.14 Diagram modulus young komposit serat-epoksi 59 Gambar 5.15 Diagram antara komposit serat dengan tegangan bending 60 Gambar 5.16 Diagram antara komposit serat dengan Modulus young 61 Gambar 5.17 Diagram densitas pada masing-masing komposit serat 61 Gambar 5.18 Spektra inframerah komposit serat-epoksi (a). EpNNNEp (b). EpNRNEp (c). NREpN 62 Gambar 5.19 Interaksi ikatan hidrogen komposit serat 65
x
Gambar 5.20 Pengukuran sudut kontak pada jenis komposit serat 66 Gambar 5.21 Hasil pengamatan SEM permukaan komposit NREpN 67 Gambar 5.22 Hasil pengamatan SEM penampang patah uji tarik
komposit NREpN 68
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Sifat fisik dan sifat kimia serat rami 4 Tabel 2.1 Sifat Serat Rami, flax dan kapas 13 Tabel 3.1.Pertimbangan penggunaan komposit 28 Tabel 4.1.Komposisi antara rasio epoksi dengan hardener
dengan tebal cetakan 4mm 34 Tabel 5.1 Kekuatan uji tarik pada jenis komposit serat-epoksi 57 Tabel 5.2 Kekuatan bending pada jenis komposit serat-epoksi 59 Tabel 5.3 Interpretasi pita serapan gugus fungsional komposit serat-epoksi 63 Tabel 5.4 Intensitas gugus fungsi pada jenis komposit serat-epoksi 64 Tabel 5.5 Uji ketahanan kimia komposit serat-epoksi NREpN 66
xii
DAFTAR LAMPIRAN
1. Data Pengukuran Sudut Kontak Serat Nata de Coco pada Larutan NaOH 78 2. Data Pengukuran Sudut Kontak Serat Rami dan Kitosan 81 3. Data Pengukuran Tensile test Perbandingan Resin Epoksi dengan Hardener 82 4. Data Pengukuran Tensile test Komposit Serat 82 5. Data Pengukuran Bending Test Komposit serat 83 6. Data Sudut Kontak Komposit Serat 86 7. Data Pengukuran Densitas Komposit 87 8. Data Pengukuran FTIR pada Komposit Serat EpNNNEp 88 9. Data Pengukuran FTIR pada Komposit Serat EpNRNEp 89 10. Data Pengukuran FTIR pada Komposit Serat NREpN 90 11. Gambar Spesimen Tensile Test 91 12. Perhitungan Indeks Kristalinitas Serat 91 13. Proses Pembuatan Lembaran Serat Nata de Coco 92 14. Proses Pembuatan Resin Epoksi dan Hardener 92 15. Proses Pembuatan Komposit Serat 92 16. Gambar Kekuatan Tarik 93 17. Alat dan bahan yang digunakan di Laboratorium Material Bahan
Teknik Mesin UGM 93 18. Analisis ketahanan kimia komposit serat 94 19. Perhitungan Stress, Strain dan Modulus Young pada uji tarik 96 20. Perhitungan tegangan bending, regangan bending dan modulus elastisitas 97 21. Data pengukuran XRD serat nata de coco murni 98 22. Data pengukuran XRD serat nata de coco setelah perlakuan NaOH 99 23. Data pengukuran XRD serat rami murni 100 24. Data pengukuran XRD serat rami setelah perlakuan kitosan 101
xiii
INTISARI
Pembuatan Dan Karakterisasi Komposit Dari Serat Nata De Coco Dan Serat Rami Dengan Resin Epoksi
Oleh
Kurnia Widhi Astuti NIM 10/309501/PPA/3432
Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan dan karakterisasi komposit dari serat nata de coco dan serat rami dengan resin epoksi. Penggunaan serat nata de coco dan serat rami pada penelitian ini adalah serat yang telah mengalami proses pengeringan (bebas air). Perlakuan kimia pada serat nata de coco dengan larutan NaOH konsentrasi 1-5% (w/v) pada variasi waktu selama 1-3 jam. Perlakuan kimia pada serat rami dilakukan dengan kitosan pada variasi waktu selama 1-3 jam. Selanjutnya dilakukan pencampuran hardener ke dalam resin epoksi untuk memperoleh perbandingan komposisi terbaik dengan variasi EH1, EH2, EH3, EH4 dan EH5. Pembuatan komposit serat dilakukan dengan variasi EpNNNEp, EpNRNEp, EpNREp, NepN, NREpN. Karakterisasi komposit meliputi sudut kontak, kekuatan tarik dengan metode ASTM-D638, kekuatan bending dengan metode ASTM-D729, ketahanan kimia, kerapatan massa, identifikasi gugus fungsi (FTIR), analisis struktur mikro (SEM).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan NaOH dan kitosan pada serat nata de coco dan serat rami memberikan sudut kontak terkecil masing-masing adalah 17,040 dan 20,560. Hasil modulus young paling baik diperoleh dengan perbandingan EH3 (50:50). Uji sifat mekanik menggunakan tensile test dan bending test memberikan nilai modulus elastisitas optimum pada variasi serat NREpN masing-masing sebesar 7,424 Gpa dan 57,539 Gpa. Spektrum FTIR komposit serat-epoksi menunjukkan serapan OH ikatan hidrogen pada 3450-3400 cm-1, serapan cincin aromatik piran pada 1640-1504 cm-1, serapan C-O (ikatan β-glikosidik) pada daerah sekitar 1000 cm-1. Komposit memiliki rapat massa 1,01245-0,83365 g/mL. Komposit NREPN memiliki karakter sifat komposit paling ringan di antara variasi komposit lainnya. Analisis SEM pada komposit NREpN memberikan dominasi patah serat dan sedikit terjadinya fiber pull out.
Kata kunci: serat nata de coco, serat rami, wettability, resin epoksi, komposit
xiv
ABSTRACT
Preparation And Characterization Of Composites Of Nata De Coco Fibers And Hemp Fibers With Epoxy Resin
By
Kurnia Widhi Astuti NIM 10/309501/PPA/3432
A study concerning the creation and characterization of composites of nata
de coco fiber and hemp fiber with epoxy resin as an alternative raw material of industry. The use of nata de coco fiber and hemp fiber in this study is a fiber that has undergone a process of drying (water-free). Prior to the manufacture of composites, fibers undergo chemical treatment in order to obtain high mechanical properties in composites. Chemical treatment of the nata de coco fiber by adding NaOH at a concentration of 1-5% (w / v) with the variation of time for 1-3 hours. Chemical treatments on jute fiber is done by adding chitosan with the variation of time for 1-3 hours. Further mixing hardener into the epoxy resin composition to obtain the best comparison with the variation EH1, EH2, EH3, EH4 and EH5. The making of fiber composites is done with variation EpNNNEp, EpNRNEp, EpNREp, NepN, NREpN. Characterization of composites include contact angle, tensile strength with ASTM-D638 method, bending strength with ASTM-D729 method, chemical resistance, bulk density, the identification of functional groups (FTIR) and analysis of the microstructure (SEM).
The results showed that the addition of NaOH and chitosan to nata de coco fiber and hemp fiber gives the smallest contact angle, respectively 17.040 and 20.560. The smaller the contact angle, the better the wettability. Best young modulus results obtained by comparison EH3 (50:50). Test of mechanical properties using tensile test and bending test provides optimum elasticity modulus fiber variations NREpN respectively 7.424 GPa and 57.539 GPa. FTIR spectrum fiber-epoxy composites showed OH absorption of hydrogen bonds in 3450-3400 cm-1, aromatic ring absorption piran in the 1640-1504 cm-1, absorption of CO (β-glycosidic bond) in the region around 1000 cm-1. Composites have density from 1.01245 to 0.83365 g/mL. Composite NREPN has the lightest composite character trait variation among other composites. Analysis SEM of the fracture of composite fiber NREpN give dominance and slightly pull out the fiber. Keywords: nata de coco fiber, hemp fiber, wettability, epoxy resin, composite
1
BAB I
PENDAHULUAN .
1.1. LATAR BELAKANG
Serat sintetis merupakan serat buatan manusia yang umumnya berasal dari
bahan petrokimia. Sebagian besar produksi komposit komersial menggunakan
serat berbasis minyak bumi atau sintetis yang bersifat non-degradable, tidak
ramah lingkungan dan bahan baku relatif mahal (Setyanto, 2012). Selain
penggunaan serat sintetis, seperti yang telah diketahui bersama bahwa eksploitasi
hutan merupakan salah satu penyebab utama rusaknya lingkungan hidup. Hingga
saat ini hutanlah yang menjadi sumber utama bahan baku selulosa (kayu) dunia,
untuk bahan baku tekstil dan keperluan sehari-hari berbahan dasar selulosa. Untuk
menghindari semakin merosotnya kualitas lingkungan akibat penggunaan material
berbahan dasar minyak bumi seperti serat sintetis dan terjadinya kerusakan hutan,
sekarang ini banyak dikembangkan komposit alami berbahan dasar serat alam.
Serat alam non kayu berbasis selulosa seperti flax, hemp, jute, sisal dan rami
merupakan serat yang dapat diperbarui dan terdapat melimpah di alam ( Netravali
dan Nam, 2006).
Saat ini jumlah air kelapa yang dihasilkan di Indonesia kurang lebih 900
juta liter per tahun (Sutarminingsih, 2004). Industri pengolahan buah kelapa
umumnya masih terfokus pada pengolahan hasil daging buah sebagai hasil utama,
sedangkan industri yang mengolah hasil samping buah seperti air, sabut dan
tempurung kelapa masih secara tradisional dan berskala kecil, sedangkan potensi
ketersediaan bahan baku untuk membangun industri pengolahannya sangat besar
(Mahmud dan Terry, 2005). Air kelapa menjadi pilihan yang terbaik dari segi
komersial sebagai bahan baku pembuatan serat nata de coco karena bersifat
limbah, harganya murah, dan jumlahnya yang melimpah. Pada awalnya limbah air
kelapa tersebut sering kali menimbulkan masalah terhadap lingkungan jika
jumlahnya sangat besar. Pasalnya, limbah yang terfermentasi dapat menyebabkan
polusi berupa bau busuk. Dengan demikian, apabila teknologi komposit dari
selulosa serat nata de coco direalisasikan, maka dapat membantu menyerap
2
limbah cair air kelapa yang selama ini telah dimanfaatkan industri makanan dan
minuman.
Serat nata de coco merupakan sumber serat selulosa yang berasal dari
bakteri. Secara kimiawi, serat yang terkandung di dalam nata de coco adalah serat
selulosa, yang dikenal sebagai selulosa bakteri. Serat selulosa yang berasal dari
selulosa bakteri dapat digunakan sebagai bahan baku komposit karena mempunyai
komposisi serat mirip dengan serat softwood. Sifat fisik unik serat nata de coco
antara lain adalah memiliki kristalinitas, kemurnian (tidak mengandung lignin,
hemiselulosa dan pektin), kekuatan mekanik dan porositas yang tinggi serta
memiliki hidrofobisitas yang cukup besar dan mudah difibrilisasi. Selain itu serat
nata de coco memiliki kapasitas dalam menyerap air yang cukup besar dan mudah
terurai, sehingga serat nata de coco berpotensi untuk dikembangkan lebih jauh
bukan hanya sebagai bahan olahan makanan atau minuman, tetapi juga dapat
digunakan untuk industri-industri penting seperti bahan pencampur dalam industri
kertas, bahan baku pembuatan komposit, produksi karbon film eletrokonduktif,
alat optik dan bahan-bahan untuk keperluan biomedis (Iguchi, 2000).
Serat nata de coco merupakan bahan yang sangat keras dan liat sehingga
dapat membatasi aplikasi yang lebih luas. Selain itu serat nata de coco memiliki
sifat hidrofilik yang memiliki kelemahan kompatibilitas dengan matrik polimer
yang bersifat hidrofobik. Perlakuan kimia serat nata de coco merupakan metode
tepat untuk mengubah karakteristiknya. Kelemahan ini dapat diatasi dengan cara
memberikan perlakuan pada permukaan serat nata de coco denga larutan alkali.
Menurut Tang dkk (2009) penambahan larutan alkali seperti K2CO3, Na2CO3,
KOH, NaOH akan mempengaruhi porositas membran serat. Perlakuan alkali ini
digunakan untuk proses biokimia kompleks ke dalam membran selulosa. Material
komposit sangat dipengaruhi oleh ikatan interfacial antaramatrik dan serat, ikatan
interfacial antara matrik dan serat dipengaruhi oleh wettability matrik dan
permukaan serat. Oleh karenya, diperlukan perlakuan awal (pretreatment) pada
permukaan serat agar menghasilkan sifat mekanis dan kekuatan rekat yang lebih
baik mengingat serat alam berbasis selulosa memiliki sifat hidrophilik yang
berlawanan dengan matrik polimer yang bersifat hidrofobik (Wielage dkk, 2003).
3
Nakagaito dkk (2007) telah meneliti serat nata de coco sebagai komposit
menggunakan resin fenolik. Berdasarkan resin yang digunakan, dapat disimpulkan
bahwa ketika serat nata de coco diubah menjadi lembaran dan ditambahkan
dengan resin fenolik, maka akan menghasilkan komposit dengan nilai kekuatan
tarik tertinggi sebesar 100 Mpa. Menurut para peneliti dari Lab of Active Bio-
based Material-Kyoto University, nata de coco dapat dijadikan komposit yang
sangat kuat dengan teknik pengolahan yang cukup sederhana. Lembar Nata De
Coco yang sudah dihilangkan airnya dicelupkan terlebih dahulu ke dalam perekat
polifenol formaldehid dengan berat molekul rendah. Setelah melalui proses
pengeringan kemudian dipres panas pada suhu 180oC selama 10 menit sehingga
akan dihasilkan komposit yang sangat kuat. Material komposit tersebut
mempunyai keteguhan patah (bending strength) 450 MPa, dengan kerapatan 1.4
g/cm3. Kekuatan ini lebih baik bila kita bandingkan dengan kekuatan baja
campuran (Mg alloy AZ-91) yang mempunyai keteguhan patah sekitar 370 Mpa
(kerapatan 1.8 g/cm3). Bahkan kekuatan komposit tersebut dapat disetarakan
dengan kekuatan baja ringan SS400 yang mempunyai keteguhan patah sekitar 500
MPa. Komposit nata de coco bisa memiliki kekuatan yang sangat baik karena nata
de coco memiliki mikrofibrils yang seragam dengan ukuran fiber kurang dari 10
nm. Mormino dkk (2003) telah meneliti tentang pembuatan komposit
menggunakan serat nata de coco dan serat kertas. Berdasarkan penelitian ini
komposit antara serat nata de coco dan serat kertas mengalami peningkatan
kekuatan tarik dari 15,5 N menjadi 27,0 N. Darmansyah (2010) telah meneliti
tentang material komposit serat–resin berbahan dasar serat nata de coco dengan
penambahan nanofiller. Pada pengujian komposit satu lapis serat – nanofiller –
resin, diperoleh nilai kuat tarik sekitar 4,21 – 27,53 Mpa.
Serat rami (Boehmeria nivea) banyak terdapat di daerah subtropis di
antaranya Cina, Jepang, Asia Tenggara dan Brazil. Serat rami memiliki
karakteristik serat panjang, kekuatan tinggi melebihi serat katun dan sutra dan
hampir setara dengan serat sintetis. Kekuatan spesifik dari rami hampir menyamai
serat gelas tipe E dan menunjukkan nilai perpanjangan yang lebih tinggi . Rami
dapat dianyam dengan mudah dan merupakan salah satu komposit tekstil terbaik.
Rami banyak digunakan untuk industri tekstil karena sifatnya yang halus, mampu
4
bleach yang baik dan mudah diwarnai. Upaya untuk memperbaiki sifat mekanis
dari serat rami yang ditunjukkan Tabel 1.1, maka dapat dilakukan perlakuan kimia
dan pemberian beban tarik (Koichi dkk, 2006).
Tabel 1.1 Sifat fisik dan sifat kimia serat rami
Selulosa (wt%)
lignin (wt%)
hemisellulosa (wt%)
pektin (wt%)
Wax (wt%)
sudut mikrofibril (0)
densitas (mg/cm3)
68,6-76,2 0,6-0,7 13,1-16,7 1,9 0,3 7,5 1,5
Penelitian ini bertujuan membuat suatu komposit dengan bahan serat yang
berbeda sehingga dapat direkayasa menjadi produk yang cocok untuk kebutuhan
dan menghasilkan kinerja yang baik. Dalam hal ini, serat nata de coco akan
dikombinasikan dengan serat rami untuk menghasilkan komposit yang kuat dan
elastis. Untuk mencapai hal ini, maka diperlukan suatu bahan hidrofilik yang
kompatibel dengan material hidrofobik. Salah satu metode yang sering digunakan
untuk meningkatkan kompatibel antara serat matrik terutama komposit berpenguat
serat selulose adalah menggunakan larutan NaOH dan kitosan yang secara efektif
menghilangkan beberapa komponen (lignin, wax dan oils) dari permukaan serat
(Munawar dkk, 2008).
Perlakuan alkali juga dapat menghilangkan kotoran permukaan,
meningkatkan karaktesistik adhesif permukaan serat, peningkatan tegangan
permukaan, wettability dan dengan cara demikian meningkatkan ikatan bonding
(Umar dkk, 2008). Adanya kitosan dapat meningkatkan kompatibel apabila
dikombinasi dengan matrik polimer. Kemampuan matrik baik kelompok termoset
dan termoplastik membasahi permukaan serat secara optimal merupakan salah
satu kunci utama untuk menentukan unjuk kerja bahan komposit (Drzal, 2003).
Kemampuan matrik membasahi permukaan serat disebut wettability. Perilaku
mampu basah atau tidak mampu basah pada permukaan padat oleh suatu cairan
diukur secara sederhana menggunakan sudut kontak (Rochery dkk, 2006).
Berdasarkan uraian di atas memberikan gambaran bahwa pembuatan
komposit menggunakan penguat serat selulosa yaitu serat nata de coco dan serat
rami yang telah mengalami perlakuan permukaan dengan pengikat resin epoksi.
Perlakuan permukaan serat dengan cara menambahkan coupling agent yaitu
NaOH dan kitosan dengan variasi waktu, kemudian dilakukan uji sudut kontak
5
untuk mengetahui kemampuan basah antara permukaan serat dengan matrik
polimer. Hasil uji sudut kontak terbaik memberikan kemampuan basah optimal
tidak lebih dari 300. Dari nilai sudut kontak terbaik selanjutnya akan dilakukan uji
XRD untuk melihat kristalinitas sebelum dan sesudah perlakuan pada masing-
masing serat dan uji SEM untuk melihat permukaan serat setelah perlakuan.
Setelah itu material komposit dibuat dengan cara penggabungan serat nata de coco
dan serat rami dengan matrik polimer menggunakan resin epoksi. Pembuatan
komposit dilakukan dengan cara melakukan variasi posisi antara serat dan variasi
posisi resin epoksi. Setiap variasi posisi antara serat dengan posisi resin epoksi
maka akan dilakukan uji sifat fisik dan mekanik meliputi densitas, SEM, FTIR
tensile test, bending test untuk menghasilkan komposit serat selulosa terbaik.
Dengan adanya penambahan NaOH dan kitosan pada penelitian ini, maka
diharapkan dapat meningkatkan kekuatan dari serat nata de coco dan serat rami,
sehingga dapat memberikan kontribusi baru bagi perkembangan material
komposit dan meningkatkan nilai tambah serat nata de coco sebagai material lain
yang lebih bermanfaat. Berdasarkan sifat fisik dan sifat mekanik yang dimiliki
oleh serat nata de coco, maka diperlukan suatu studi tentang penggunaan serat
selulosa untuk dijadikan sebagai bahan dasar serat alam yang nantinya dapat
digunakan sebagai material komposit baru untuk pembuatan produk-produk lain
seperti dash board motor atau body mobil, panel anti peluru, rangka atap rumah,
tempat duduk helikopter dan lain sebagainya. Dalam aplikasi untuk bahan dasar
produk-produk tersebut, serat nata de coco dan serat rami harus memiliki
keunggulan, baik sifat fisik seperti ketebalan serat dan densitas serat yang tinggi
maupun sifat mekanik seperti modulus young dan tensile strength yang tinggi
(Darmansyah, 2010). Keuntungan dari pembuatan material komposit dengan
menggunakan serat selulosa dan resin yaitu kuat, ringan, bahan baku dan proses
produksi mudah (Mikrajuddin dkk, 2008).
1.2. RUMUSAN MASALAH
Dari latar belakang di atas, dapat dirumuskan masalah sebagai berikut:
1. Seberapa jauh pengaruh perlakuan kimia berupa larutan NaOH dan kitosan
terhadap sifat fisik dan sifat mekanik dari serat nata de coco.
6
2. Menguji sejauh mana kekuatan serat nata de coco dengan penambahan NaOH
dan serat rami dengan penambahan kitosan apabila dikompositkan
menggunakan resin epoksi.
1.3. TUJUAN PENELITIAN
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah:
1. Menentukan kondisi optimum sudut kontak pada serat nata de coco dan serat
rami setelah mengalami perlakuan kimia dengan menambahkan larutan NaOH
dan kitosan.
2. Menentukan karakter fisik pengaruh pencampuran rasio antara resin epoxy dan
hardener
3. Menghasilkan komposit yang berasal dari kombinasi serat nata de coco dan
serat rami dengan resin epoksi sehingga dapat meningkatkan sifat mekanik
komposit seperti kekuatan tarik dan kekuatan bending komposit.
1.4 Manfaat penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk:
1. Dapat digunakan sebagai salah satu acuan dalam proses pembuatan komposit
dari serat selulosa pada skala industri, serta mendorong masyarakat untuk
menggunakan komposit sebagai produk yang aman karena terbuat dari serat
alam.
2. Komposit serat selulosa ini dapat dimanfaatkan sebagai salah satu alternatif
lain pengganti komposit berbahan serat sintetis yang tidak bersifat ramah
lingkungan.