Pa - USU Institutional Repository - Universitas Sumatera Utara

II.1 Komposit
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Komposit adalah suatu bahan yang tersusun melalui pencampuran dua atau lebih
bahan konstituen yang berbeda bentuk maupun komposisinya dan tidak larut satu
sama lain. Penyusun komposit secara umum adalah logam, bahan organik dan
anorganik. Bentuk bahan utama yang digunakan dalam pembentukan komposit adalah
fiber, partikel, laminae atau layer, flakes, filler (pengisi) dan matriks. Matriks
merupakan body constituent yang bertanggung jawab dalam pembentukan akhir
komposit, sedangkan fiber, partikel, laminae, flake dan filler (pengisi), merupakan
constituent pembentuk struktur internal komposit.
Menurut Premasingan (2000) komposit dapat dikelompokkan sebagai berikut:
1. Komposit jenis serat yang mengandung serat-serat pendek dengan diameter
kecil yang disokong oleh matriks yang berfungsi untuk menguatkan
komposit, seperti serat tandan sawit, serat sintetis, kaca atau logam.
2. Komposit jenis lamina yaitu komposit yang mengandung bahan pelapis yang
diikat bersama antara satu sama lain dengan menggunakan pengikat.
3. Komposit jenis partikel yaitu partikel tersebar dan diikat bersama oleh
matriks polimer.
7
Universitas Sumatera Utara
7

II.1.1 Fasa matriks komposit
Fasa matriks adalah fasa cair yang terdapat dalam suatu komposit dengan fasa
penguat tersebar di dalamnya. Pada umumnya komposisi matriks jauh lebih banyak
dari pengisi (Hariadi,2000), hal ini disebabkan karena bahan komposit dibuat untuk
mengoptimalkan sifat-sifat seperti mekanik, termal, kimia yang sulit menggunakan
bahan tunggal. Fasa matriks berfungsi sebagai pelekat dimana pengisi terbenam di
dalamnya. Untuk memperoleh suatu pelekatan yang baik antara fasa matriks dengan
fasa penguat atau fasa tersebar dalam hal ini bahan pengisi, pembasahan yang
sempurna oleh fasa matriks perlu dilakukan supaya interaksi yang baik antara fasa
matriks dengan fasa penguat. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada komposit
yang diperkuat, agar dapat membentuk produk yang efektif, yaitu : komponen pengisi/
penguat harus memiliki modulus elastisitas yang lebih tinggi daripada matriksnya dan
harus ada ikatan permukaan yang kuat antara komponen pengisi/ penguat dengan
matriks.
1966):
Secara umum fasa matriks haruslah berperan sebagai (Kennedy dan Kelly,
a. Bahan yang mampu memindahkan beban yang dikenakan kepada fasa
tersebar atau fasa penguat yang berfungsi sebagai media alas beban.
b. Bahan yang dapat menjaga fasa penguat atau fasa tersebar dari kerusakan
oleh faktor lingkungan seperti kelembaban dan panas.
c. Pengikat yang memegang fasa penguat untuk menghasilkan antara muka fasa
matriks dan fasa penguat yang kuat.
Universitas Sumatera Utara

Menurut Richardson (1987), pemilihan suatu bahan sebagai fasa matriks
bergantung pada faktor-faktor:
a. Keserasiannya dengan fasa penguat atau fasa tersebar, karena ia akan
menentukan interaksi antara muka fasa matriks dengan bahan pengisi.
b. Sifat akhir komposit yang dihasilkan.
c. Keperluan penggunaan seperti rentang suhu penggunaan.
d. Kemudahan fabrikasi atau pemrosesan.
e. Biaya pengolahan.
Dibandingkan dengan logam, keramik, kaca atau karbon, matriks polimer lebih
banyak digunakan karena mempunyai beberapa kelebihan, yaitu (Richardson, 1987):
a. Lebih mudah diproses.
b. Mempunyai sifat mekanik dan dielektrik yang baik.
c. Merupakan bahan dengan kerapatan yang rendah.
d. Mempunyai suhu pemrosesan yang lebih rendah dibandingkan suhu
pemrosesan logam.
II.1.2 Fasa penguat dalam komposit
Fasa penguat atau fasa tersebar merupakan bahan yang bersifat lengai (inert)
dalam bentuk serat, partikel atau kepingan yang ditambahkan ke dalam fasa matriks
untuk meningkatkan sifat mekanik dan fisik komposit, seperti kekuatan, kekakuan dan
keliatan.
Universitas Sumatera Utara

Menurut Xanthos (2005), bahan pengisi pada komposit memiliki banyak fungsi
dan dapat dibedakan berdasarkan fungsi utama dan fungsi tambahannya. Adapun
fungsi utama pengisi adalah memperbaiki sifat-sifat mekanis pada komposit, sifat-sifat
magnetik/kelistrikan dan sifat-sifat permukaan, meningkatkan ketahanan terhadap api
dan mempermudah pemrosesannya. Sedangkan fungsi tambahan pada pengisi adalah
mengontrol permeabilitas, bioaktivitas, kemampuan terurai, penyerapan radiasi,
meningkatkan stabilitas dimensional, memperbaiki sifat-sifat optis dan pembasahan.
Menurut Maulida, dkk (2000), penggunaan pengisi alamiah sebagai penguat
pada material komposit memberikan beberapa keuntungan dibanding bahan pengisi
mineral, yaitu: kuat dan pejal, ringan, ramah lingkungan, sangat ekonomis dan sumber
dapat diperbaharui. Tetapi disisi lain menurut Belmares, dkk (1983), pengisi alamiah
juga memiliki kelemahan dan kekurangan yaitu, mudah terurai karena kelembaban,
adhesi permukaan yang lemah pada polimer hidrofobik, ukuran pengisi yang tidak
seragam, tidak cocok dipakai pada temperatur tinggi dan mudah terpengaruh pada
serangan serangga dan jamur.
Telah banyak penelitian yang dilakukan dengan menggunakan bahan pengisi
alami sebagai penguat pada komposit seperti: nenas, sisal, sabut kelapa, tempurung
kelapa, rami, kapas, sekam padi, bambu dan tandan kosong kelapa sawit. Luo dan
Netravali (1999) telah meneliti dan membuktikan bahwa sifat-sifat regangan dan
fleksibilitas yang dihasilkan pada komposit dengan kandungan serat nenas yang
berbeda-beda, lebih baik dibandingkan dengan resin tanpa pengisi. Belmeras, dkk
Universitas Sumatera Utara

(1983), menemukan bahwa serat-serat sisal dan kelapa sawit memiliki sifat regangan,
sifat kimia dan fisika yang sama sehingga baik digunakan sebagai bahan pengisi.
Perkembangan teknologi dewasa ini yang menuntut dihasilkannya produk yang
ramah lingkungan dan lebih ekonomis, membuat setiap industri berusaha
memanfaatkan sumber daya alam yang dapat diperbaharui. Di dalam pembuatan
komposit, bahan pengisi yang mengandung selulosa menjadi perhatian yang besar
karena kemampuannya sebagai penguat pada polimer – polimer termoplastik dengan
titik peleburan yang rendah, salah satu alternatif yang dapat digunakan sebagai bahan
pengisi adalah selulosa yang diperoleh dari tandan kosong kelapa sawit.
II.1.3 Antara muka pengisi matriks
Pada umumnya suatu bahan komposit terdiri dari dua fasa yang berlainan yang
dipisahkan oleh antara muka kedua fasa tersebut. Daya sentuh dan daya kohesif antara
muka sangat penting, karena antara muka pengisi-matriks berfungsi untuk
memindahkan beban (tegangan) dari fasa matriks ke fasa pengisi (Hull, 1992 dan
Hollyday, 1996). Kemampuan pemindahan tegangan kepada fasa pengisi, tergantung
pada daya ikat yang muncul pada antara muka komposit. Pada komposit-komposit
yang diperkuat dengan pengisi alami, biasanya terdapat suatu kekurangan pada adhesi
antara muka di antara serat-serat selulosa hidrofilik dengan resin-resin hidrofobik yang
berpengaruh terhadap ketidakserasian (incompability). Ada berbagai teori yang
menerangkan pengikatan pada antara muka komposit, umumnya melibatkan ikatan
kimia ataupun ikatan mekanik. Menurut Schwartz (1992), terdapat lima mekanisme
Universitas Sumatera Utara

yang dapat terjadi pada antara muka, baik secara sendirian maupun secara gabungan,
yaitu:
a. Penyerapan dan pembasahan.
b. Resapan.
c. Daya tarik elektrostatis.
d. Ikatan kimia.
e. Ikatan mekanik.
II.2 Polimer
Polimer berasal dari bahasa Yunani yaitu: poly berarti banyak dan mer berarti
bagian. Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari unit-unit berulang
sederhana yang disebut dengan monomer. Perulangan unit-unit (monomer) dapat
membentuk susunan rantai linier, bercabang dan jaringan (Stevens, 2001). Polimer
disebut juga dengan makromolekul atau molekul besar, dimana stukturnya bergantung
pada monomer-monomer yang dipakai dalam preparasinya. Berdasarkan monomer
pembentuknya, polimer dapat dibedakan atas homopolimer dan kopolimer. Jika
hanya ada beberapa unit monomer yang bergabung bersama dengan berat molekul
rendah, maka polimer tersebut dinamakan oligomer. Homopolimer merupakan suatu
polimer yang tersusun dari rantai-rantai berulang (monomer) yang sama sedangkan
kopolimer adalah bahan polimer yang tersusun dari rantai-rantai berulang (monomer)
yang berbeda.
Universitas Sumatera Utara

Berdasarkan sumbernya, polimer dapat dibagi dua yaitu, polimer alam seperti
pati, selulosa dan sutera yang dihasilkan oleh tanaman dan binatang, polimer lainnya
adalah polimer sintetik yang dihasilkan di laboratorium, sedangkan berdasarkan reaksi
pembentukannya, polimer dapat di klasifikasikan atas dua kelompok utama yaitu,
polimer adisi dan polimer kondensasi. Perbedaan kedua polimer tersebut, pada
polimer adisi memiliki atom yang sama seperti monomer dalam unit ulangnya,
sedangkan pada polimer kondensasi, terbentuk produk sampingan selama
berlangsungnya proses polimerisasi.
Pengetahuan tentang teknologi polimer terus berkembang, karena pada saat ini
kehidupan manusia sehari-hari disadari maupun tidak, telah menggunakan bahan
polimer mulai dari pakaian, perkakas rumah tangga sampai dengan pesawat terbang.
Hal ini dilakukan untuk menggantikan bahan-bahan logam dan keramik karena
beberapa kelebihan bahan polimer adalah: ringan, tahan terhadap korosi, mudah
dibentuk, murah dan biaya produksi rendah.
II.2.1. Polietilena
Polietilena merupakan suatu polimer yang terbentuk dari unit-unit berulang
(monomer) dimana monomer dari polietilena adalah etilena ( C2H4 ) seperti dalam
gambar 2.1.
Gambar 2.1. Monomer Polietilena
Universitas Sumatera Utara

Polietilena dibuat dengan polimerisasi dari gas etilena (CH2=CH2), seperti pada
Gambar 2.2.
Gambar 2.2. Reaksi Polimerisasi Polietilena
Polietilena disebut juga dengan polietilen (PE) adalah bahan termoplastik yang
transparan, berwarna putih, titik leleh antara 110 0 C-137 0 C, memiliki berat molekul
1500-100.000 dengan perbandingan C 85,7% dan H 14,3%. Pertama sekali Polietilena
diperkenalkan di England tahun 1933 yang diproses dengan kondisi tekanan > 1000
atm dan temperatur 100 0 C-300 0 C (http://203.130.206.51:8081/KEMASAN
PLASTIK.pdf). Sekitar tahun 1953 Karl Ziegler dari Jerman menemukan proses
polimerisasi yang berlangsung pada temperatur dan tekanan kamar dengan
menggunakan katalis yang disebut dengan katalis Ziegler Natta, yaitu merupakan
senyawa kompleks yang terbentuk dari alkil aluminium yang dikombinasikan dengan
titanium klorida. Polietilena yang dihasilkan mempunyai berat molekul yang tinggi
dan lebih kaku dibandingkan dengan polimer yang dihasilkan pada tekanan tinggi.
Kekakuan tersebut disebabkan tidak adanya rantai-rantai cabang pada rantai polimer
dan merupakan polimer linier. Berdasarkan densitasnya, polietilena dibedakan atas:
LPDE, HDPE dan LLDPE .
Universitas Sumatera Utara

a. Polietilena densitas rendah (LDPE = Low Density Polyethylene).
LDPE dihasilkan dengan cara polimerisasi pada tekanan tinggi, mudah
dikelim dan harganya murah. Dalam perdagangan dikenal dengan nama
alathon, dylan dan fortiflex. Kekakuan dan kuat tarik LDPE lebih rendah dari
HDPE ( modulus Young 20.000 – 30.000 psi dan kuat tarik 1200 – 2000 psi),
tetapi karena LDPE memiliki derajat elongasi yang tinggi (400 – 800 % ),
maka mempunyai kekuatan terhadap kerusakan dan ketahanan untuk putus
yang tinggi. Titik lelehnya berkisar antara 105-115 0 C. Banyak digunakan
untuk film, mangkuk, kemasan.
b. Polietilena densitas menengah (MDPE = Medium Density Polyethylene ).
MDPE lebih kaku dari LDPE dan titik lelehnya lebih tinggi dari LDPE, yaitu
antara 115-125 0 C.
c. Polietilena densitas tinggi (HDPE = High Density Polyethylene).
HDPE dihasilkan dengan cara polimerisasi pada tekanan dan suhu yang
rendah (10 atm, 50-70 0 C). HDPE lebih kaku dibanding LDPE dan MDPE,
tahan terhadap suhu tinggi sehingga dapat digunakan untuk produk yang
akan disterilisasi.
d. Polietilena densitas sangat rendah (LLDPE = Linear Low Density
Polyethylene) yaitu kopolimer etilen dengan sejumlah kecil butana, heksana
atau oktana sehingga mempunyai cabang pada rantai utama dengan jarak
yang teratur. LLDPE lebih kuat dari LDPE.
Universitas Sumatera Utara

Polietilena merupakan bahan polimer yang memiliki tingkat kekasaran yang
baik, tahan terhadap bahan kimia kecuali oksida kuat dan halida, larut dalam
hidrokarbon aromatik dan larutan hidrokarbon yang terklorinasi di atas 70 0 C.
Polietilena cenderung tidak tahan terhadap cahaya sehingga mudah berubah warna
oleh pengaruh cahaya matahari dan menghasilkan material yang berwarna hitam
(Meyer, 1984). Sifat-sifat dari Polietilena sangat dipengaruhi oleh struktur rantai dan
kerapatannya. LDPE bersifat lentur, ketahanan listriknya baik, kedap air, lebih lunak
dari HDPE, bersifat absorbsi dan tembus cahaya yang kurang baik dibandingkan
dengan HDPE. LDPE lebih elastis dibanding HDPE. Hal ini karena kristalinitasnya
rendah disebabkan oleh adanya cabang-cabang dari rantai polimer, sedangkan HDPE
mempunyai sifat kristalinitasnya lebih tinggi dan lebih kaku karena merupakan
polimer yang linier. Perbedaan bentuk rantai dan kerapatan ini menyebabkan
perbedaan sifat kedua jenis polietilena ini. Proses pembuatan rantai panjang dari
polimer termoplastik polietilena secara umum dapat dilakukan dengan dua cara
(Cowd, 1991) yaitu:
a. Proses dengan kondisi pada tekanan tinggi yang menghasilkan LDPE.
b. Proses dengan kondisi pada tekanan rendah yang menghasilkan HDPE.
Polietilena banyak digunakan untuk peralatan laboratorium, insulator listrik,
bahan pembungkus, peralatan dapur, pipa, pelapis kertas dan pada industri tekstil.
Jenis polietilena yang banyak digunakan sebagai pengemas adalah LDPE yaitu sekitar
44,5% dari total plastik kemas, diikuti dengan HDPE sekitar 25,4% (Curlee, 1991
dalam Nurjana, 2007).
Universitas Sumatera Utara

Sifat fisika dan sifat mekanik dari LDPE dan HDPE dapat dilihat pada tabel 2.1.
berikut ini.
Tabel 2.1 Sifat Fisika dan Mekanik Polietilena
Sifat Fisika LDPE HDPE
Kekuatan Tarik, MPa 5 – 15 20 - 40
Modulus Young, MPa 100 – 250 400 - 1200
Berat Jenis 0,91 -0,93 0,94 – 0,96
Titik Leleh 124 0 C 105 0 C
Muai Termal, 0 C 180.10 -6 120.10 -6
Perpanjangan 100% 500%
Sumber: (Van Vlack, 2004)
II.3 Tandan Kosong Kelapa Sawit
Tandan Kosong Kelapa Sawit merupakan limbah terbesar dalam proses
pengolahan kelapa sawit menjadi CPO. Secara umum pengelolaan limbah terdiri dari
dua aspek yaitu penanganan limbah dan pemanfaatan limbah. Penanganan limbah
untuk mengurangi daya cemar dan pemanfaatan limbah untuk mendapatkan nilai
tambah.
Beberapa penelitian yang sudah dilakukan untuk memanfaatkan tandan kosong
kelapa sawit adalah sebagai bahan baku pembuatan pulp (Darnoko dkk, 1995), serbuk
pulp tandan kosong kelapa sawit sebagai bahan pengisi polipropilena (Purwandari,
2001), pembuatan pupuk organik (Darnoko dkk,1995) dan penggunaan serat tandan
kosong kelapa sawit sebagai bahan pengisi polietilen (Nurjana, 2007). Penelitian
menunjukkan bahwa kandungan seratnya cukup tinggi sehingga tandan kosong kelapa
sawit dapat digunakan sebagai bahan pengisi polimer, seperti bahan pengisi jenis kayu
Universitas Sumatera Utara

dan turunan selulosa, karena harganya murah, ringan dan dapat diperbaharui
(Wirjosentono, 1996). Tandan kosong kelapa sawit juga dapat diolah menjadi sumber
bahan kimia seperti pemanfaatan sebagai sumber lignin ( Sulhatun, 2005 ). Sebagai
sumber bahan kimia, tandan kosong kelapa sawit dapat dimanfaatkan sebagai bahan
baku produksi senyawa selulosa dan turunannya dimana selulosa merupakan
komponen terbesar disamping hemiselulosa dan lignin. Komposisi serat tandan
kosong kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel 2.2. dimana , kandungan selulosa
37,76%, lignin 22,23% holoselulosa 68,88%, sehingga tandan kosong kelapa sawit
dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku industri yang berbasis serat. Komposisi kimia
dan sifat fisik serta morfologi serat tandan kosong kelapa sawit dapat dilihat pada
Tabel 2.2 dan 2.3.
Tabel 2.2 Komposisi dan Sifat Kimia Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit
KOMPONEN KIMIA KOMPOSISI (%)
Lignin 22,23
Ekstraktive 6,37
Pentosan 26,69
α –selulosa 37,76
Holoselulosa 68,88
Abu 6,59
Kelarutan dalam
- ! % Na OH
- 1 % NaOH
- Air dingin
- Air panas
(Darnoko, dkk, 1995
29,96
29,96
13,89
16,17
Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.3 Sifat Fisik dan Morfologi serat Tandan Kosong Kelapa Sawit
Parameter TKS bagian pangkal TKS bagian ujung
Panjang serta, mm 1.20 0,76
Rata-rata (L)
Diamater serat, µm (D) 15,0 114,34
Diameter Lumen, µm (l) 8,04 6,99
Tebal dinding, µm (W) 3,49 3,68
Bilangan Rumkel (2 W/l) 0,87 1,05
Kelangsingan (L/D) 79,95 53,00
Kelemasan (l/D) 0,54 0,49
Kadar serat (%) 72,67 62,47
Bukan serat (%) 27,33 37,53
(Darnoko, dkk, 1995)
II.4 Selulosa
Selulosa berasal dari kata Selopan yang terdiri dari cello dan phane yaitu
cellulose dan diaphane (bahasa Perancis) dimana cello artinya selulosa dan phane
artinya transparan. Selulosa (C6H10O5)n adalah polimer rantai panjang dari
karbohidrat polisakarida atau homopolisakarida yang tersusun atas unit-unit D
glukopiranosa. Setiap unit D glukopiranosa dalam rantai selulosa mempunyai 3 gugus
hidroksil (Sjostrom, 1998). Menurut Klug (1984), selulosa dapat dianggap sebagai
senyawa polialkohol dimana setiap unit glukosa di dalam rantai molekul mengandung
tiga gugus hidroksil. Struktur kimia pada selulosa mengandung 3 gugus OH, dimana
gugus OH yang pertama di dalam makromolekul selulosa membentuk ikatan hidrogen.
Gugus OH yang kedua membentuk ikatan antara molekul, sedangkan gugus OH yang
Universitas Sumatera Utara

ke tiga membentuk ikatan hidrogen di antara molekul. Selulosa membentuk komponen
serat dari dinding sel tumbuhan dan terikat erat dengan lignin, sehingga diperlukan
perlakuan yang intensif untuk memisahkan selulosa dari lignin (Fengel, 1995).
Struktur Selulosa dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Struktur Selulosa
Molekul-molekul selulosa seluruhnya berbentuk linier dan mempunyai
kecenderungan kuat membentuk ikatan hidrogen intra dan intermolekul, sehingga
selulosa tidak larut dalam air meskipun memiliki banyak gugus hidroksil dan polar
(Seymour, 1975). Selulosa merupakan senyawa organik yang paling melimpah di atas
bumi dan merupakan konstituen utama dari dinding sel tumbuh tumbuhan (Stevens,
2001). Penggunaan selulosa terutama dalam industri pakaian, cat, film atau foto,
kosmetik, deterjen, industri kertas, vernis dan mainan anak anak
(edconopianto.blogspot.Com/2009). Untuk aplikasi yang lebih luas, selulosa dapat
diturunkan menjadi beberapa produk antara lain; selulosa ester dari asam anorganik
dan organik (seperti selulosa nitrat, selulosa propionat dan selulosa butirat), selulosa
eter dan kopolimer cangkok. Penggunaan serat selulosa terutama dalam bidang tekstil,
Universitas Sumatera Utara

pembuatan tali, pembuatan benang, pembuatan karung, pembalut, kertas tipe khusus
dan pengisi alat keselamatan (Stevens, 2001). Sifat-sifat serat selulosa dapat dilihat
pada Tabel 2.4.
Sifat
Tabel 2.4. Sifat- Sifat Umum Serat Selulosa
Nilai
Rumus Kimia (C6H10O5)n
Kandungan selulosa 44 – 99,6%
Densitas 1 - 1,1 g/cm 3
Temperatur bakar 290 0 C
Temperatur maksimum
200 0 C
Penggunaan
Kandungan Kelembapan 2 – 10%
Absorpsi Kelembapan 420 – 1000%
Kandungan abu 0,13 – 0,4%
Ukuran Pori 100 0 A ( hanya polimer BM

Asam asetat merupakan pelarut yang bersifat polar (hidrofilik) seperti air dan
etanol. Selain dapat melarutkan senyawa-senyawa polar seperti garam organik dan
gula, asam asetat juga dapat melarutkan senyawa-senyawa non polar seperti minyak.
Dengan sifat –sifat yang dimiliki, asam asetat banyak digunakan dalam industri kimia.
Menurut Rowell dkk (1993), modifikasi dengan asam asetat (asetilasi) pada selulosa
kayu bertujuan untuk menstabilkan dinding sel, meningkatkan stabilitas dimensional
dan degradasi pada lingkungan. Mwaikambo dan Ansell (1999) menyebutkan
modifikasi kimia pada serat-serat alami bertujuan untuk menghilangkan lignin yang
dikandung suatu bahan seperti pektin, senyawa-senyawa wax dan minyak alami yang
berada pada permukaan dinding sel serat tersebut. Penggunaan asam asetat sebagai
bahan penyerasi akan membentuk selulosa asetat (dari reaksi selulosa dengan asam
asetat) yang merupakan termoplastik. Selulosa asetat pertama kali ditemukan oleh
Schut Zenberger pada tahun 1865. Selain pada film fotografi, senyawa ini juga
digunakan sebagai bahan komponen dalam bahan perekat, serta sebagai serat sintetik.
Beberapa sifat selulosa asetat adalah: tidak mudah mengkerut jika dekat api, sangat
jernih, mengkilap, lebih tahan terhadap benturan dibandingkan HDPE dan tahan
abrasi. Banyak sistem reaksi kimia telah digunakan dalam modifikasi kimia suatu
komposit antara lain, penggunaan maleat anhidrida polietilena sebagai bahan pengisi
(Tanjung, 2008) dan penggunaan asam asetat 50% dan asam akrilik 3% dalam
memodifikasi bahan pengisi tempurung kelapa (Hamid, 2008). Salmah dkk (2005b)
menemukan bahwa penggunaan asam asetat 50% dan asam akrilik 3% dalam
memodifikasi lumpur pada industri kertas sebagai pengisi komposit polipropilena
Universitas Sumatera Utara

telah meingkatkan kekuatan tarik, perpanjangan dan modulus Young pada komposit
tersebut.
II.6 Reologi
Reologi adalah ilmu yang mempelajari perubahan bentuk (deformasi) dan aliran
suatu bahan (Nielsen, 1978). Untuk bahan polimer, tujuan mempelajari reologi adalah
untuk mendapatkan kondisi pemrosesan yang sesuai bagi bahan tersebut ataupun
campuran dari berbagai bahan polimer dengan sifat-sifat yang berbeda. Salah satu
penelitian tentang pengaruh variasi bahan penambah terhadap sifat reologi dari
polistirena atau polipropilene telah dilakukan oleh Halimatuddahliana (2001). Untuk
fluida sederhana seperti air, kajian reologi menyangkut kepada pengukuran viskositas
fluida tersebut yang umumnya tergantung kepada suhu dan tekanan, tetapi reologi
untuk bahan polimer lebih kompleks karena fluida polimer menunjukkan sifat non
ideal (Nielsen, 1978).
Pada umumnya, morfologi merupakan karakteristik dari polimer-polimer
amorfous dan kristal, dimana polimer amorfous mempunyai ciri-ciri tidak adanya
urutan yang sempurna di antara molekul-molekulnya sedangkan pada kristal, molekul-
molekul terorientasi atau lurus dalam suatu susunan teratur yang analog sampai tingkat
tertentu. Karena polimer tidak pernah mencapai kekristalan 100%, maka morfologi
polimer dikategorikan menjadi amorfous dan semi kristal. Ketika suatu polimer
amorfous mencapai derajat kebebasan rotasi tertentu, ia bisa dideformasi dan ketika
Universitas Sumatera Utara

terdapat cukup kebebasan, molekul-molekul polimer tersebut mulai bergerak mengalir
melampaui molekul satu sama lain.
Untuk menyebabkan suatu polimer berdeformasi atau mengalir, memerlukan
penerapan suatu gaya, seperti terlihat pada Gambar 2.4.
H �
Vz
Gambar 2.4. Skema aliran fluida dalam keadaan stedi
Berbagai gaya bisa diterapkan untuk deformasi, tetapi dalam reologi, gaya yang
diberikan berkaitan dengan geser (tegangan tangensial). Tegangan tangensial adalah
suatu gaya yang dikenakan ke salah satu sisi permukaan dalam arah yang sejajar
dengan permukaan tersebut, seperti jika suatu bujur sangkar dikenakan (diterapkan)
tegangan tangensial, akan berubah menjadi jajaran genjang (Painter and Coleman,
1994).
Jika gaya dikenakan, polimer akan tertarik dengan tiba-tiba dan jika gaya diputus
maka molekul-molekulnya cenderung mengembalikan konfigurasinya yang mula-
mula dan stabil, suatu proses yang disebut relaksasi (Stevens, 2001). Dengan adanya
gaya, maka molekul-molekul polimer akan dikacaukan atau dirusak sehingga terjadi
sifat elastisitas. Jika gaya tersebut dikenakan secara tetap dan sedikit demi sedikit,
A
Vy
w
Vx
Universitas Sumatera Utara
F

maka molekul-molekul mulai mengalir secara tak dapat balik. Karena belitan rantai
dan efek gesekan, cairan yang mengalir tersebut menjadi sangat kental. Kombinasi
sifat elastis dan aliran yang kental menyebabkan polimer mempunyai sifat
viskoelastis. Untuk membuat bentuk atau memintal suatu serat, molekul-molekul
polimer mesti mengalir dengan cepat, dimana semakin cepat aliran maka produksi
akan semakin cepat dan prosespun akan mengurangi biaya. Viskositas, baik dalam
larutan maupun dalam leburan merupakan ukuran dari ketahanan terhadap aliran
(Stevens, 2001).
Hal-hal yang harus diperhatikan pada deformasi bahan polimer adalah:
1. Suhu peralihan kaca (Tg) bahan polimer tersebut.
2. Bahan polimer biasanya mengalami pemelaran dan relaksasi regangan,
terutama bagi polietilena dan propilena.
3. Ketahanan terhadap hantaman (impak) cenderung kecil kecuali pada bahan
yang telah dimodifikasi, seperti polikarbonat, poliaetal dan sebagainya.
4. Ketahanan terhadap fatigue (lelah) cenderung kecil.
5. Ketahanan terhadap minyak, pelarut, air dan surfaktan tergantung terhadap
waktu kontak dan apabila disertai dengan tegangan dapat terjadi retak dan
akhirnya putus.
Kecepatan mengalirnya molekul-molekul komposit merupakan fungsi dari suhu,
berat molekul, dan struktur molekul. Suhu yang sangat berpengaruh terhadap sifat
mekanik suatu bahan adalah suhu peralihan kaca (Glass Transition temperature, Tg).
Suhu peralihan kaca (Tg) adalah suhu dimana terjadi perubahan sifat bahan
Universitas Sumatera Utara

termoplastik/elastomer dari keadaan elastik (rubbery) menjadi tegas (rigid glass) yang
berlangsung pada proses pendinginan bahan. Sebagai contoh bahan elastomer (karet)
mempunyai kemampuan untuk memanjang jika ditarik dan akan kembali dengan cepat
apabila tarikan dilepas. Hal ini terjadi tidak untuk semua suhu. Karakteristik volume-
suhu bahan polimer dapat dilihat pada gambar 2.5.
Gambar 2.5. Karakteristik Volume-Suhu Bahan Polimer
Dari gambar tersebut di atas dapat dilihat bahwa polimer dengan struktur amorf
tidak menunjukkan perubahan volume yang mendadak dalam mencapai titik leburnya
(BA) sedangkan pada struktur kristal terjadi perubahan yang cukup jelas (CA). Di atas
suhu peralihan kaca, Tg, struktur amorf menunjukkan sifat viskos (kental) dan di
bawah Tg, bahan menunjukkan sifat tegas/rapuh karena gerakan rantai molekul sangat
terbatas. Pada saat bahan polimer dengan stuktur semi kristal memadat dan dingin,
penurunan secara mendadak volume spesifik terjadi seperti terlihat pada garis AC.
Penurunan ini disebabkan karena susunan rantai polimer menjadi teratur membentuk
kristal. Titik lebur polimer (Tf) merupakan suhu yang tertinggi dimana struktur kristal
dalam bahan polimer dapat terdeteksi. Pengaruh suhu terhadap sifat-sifat bahan
Universitas Sumatera Utara

polimer (plastik) secara umum dapat dilihat pada Gambar 2.6 dimana Tg adalah suhu
peralihan kaca, Tp adalah suhu proses dan Tf adalah suhu lebur polimer (Nasir,1996).
Gambar 2.6. Pengaruh Suhu Terhadap Sifat-Sifat Bahan Polimer (Plastik)
II.7 Sifat-Sifat Mekanik
Sifat-sifat mekanik bahan polimer adalah khas dan berbeda dengan bahan logam
ataupun keramik, dimana kelakuan viskoelastiknya (kekentalan) sangat dominan,
misalnya pemelaran (creep) dan relaksasinya mudah terjadi. Sifat-sifat mekanik
polimer dapat dinyatakan dalam beberapa parameter, yaitu:
1. Kekuatan tarik (Tensile Strength).
2 . Kekuatan lentur (Flexural Strength).
3. Kekuatan impak (Impact Strength).
4. Kekerasan (Hardness).
5. Ketahanan lelah (Fatigue).
Universitas Sumatera Utara

II.7.1 Kekuatan tarik (tensile strength)
Kekuatan tarik merupakan salah satu sifat bahan polimer yang terpenting dan
sering digunakan untuk uji sifat suatu bahan polimer. Pengujian tarik (tensile test)
dilakukan dengan pembebanan pada kedua ujung sampel melalui gaya tarikan.
Penarikan suatu bahan biasanya menyebabkan terjadi perubahan panjang atau
deformasi dan juga menyebabkan terjadinya penipisan pada tebal bahan yang diuji.
Kekuatan tarik (tensile strength) suatu bahan ditetapkan dengan membagi gaya
maksimum (besarnya gaya yang masih dapat ditahan oleh sampel sebelum putus)
dengan luas penampang mula-mula, dimensinya sama dengan tegangan (Van Vlack,
1989). Persamaan untuk tegangan tarik adalah:
Tegangan ( gaya)
Tegangan tarik �
Luas Permukaan
F
� (Pa)
A
� ............…………………………………………………… (2.1)
Tegangan tarik (kekuatan tarik) tergantung pada gaya yang diberikan, waktu,
suhu, struktur dan morfologi bahan polimer (non kristal, semi kristal atau kristal). Jika
pada suatu bahan dikenakan beban tarik, maka bahan tersebut akan mengalami
perubahan panjang yang disebut dengan perpanjangan (elongation). Persamaan untuk
perpanjangan :
Perpanjangan �
Perubahan panjang
Panjang awal
Universitas Sumatera Utara

l � lo
� � ( 100%)
……………………………...…(2.2)
l
o
Sementara sifat elastisitas suatu bahan polimer (modulus young) merupakan
perbandingan antara tegangan tarik dengan perpanjangan.
Pada peregangan suatu bahan polimer, perpanjangan tidak selalu berbanding
lurus dengan beban yang diberikan, dan pada penurunan kembali beban, sebahagian
regangannya hilang, karena bahan polimer bukan merupakan bahan sepenuhnya elastis
tetapi ada sifat viskositasnya. Gambar 2.7 menunjukkan kurva kekuatan tarik-
perpanjangan untuk bahan polimer.
Polimer amorf dan semi kristal di bawah Tg
B Polimer semi kristal di atas Tg
A
B, C
ε
Karet
Gambar 2.7. Kurva kekuatan tarik- perpanjangan untuk bahan polimer
B
Universitas Sumatera Utara

A adalah titik dimana pemanjangan bertambah tanpa disertai dengan peningkatan daya
(yield point)
B adalah titik dimana bahan putus menjadi dua bahagian (break poin)
C adalah titik dimana kekuatan tarikan terbesar yang dialami bahan sebelum putus.
II.7.2 Kekuatan lentur (flexural strength)
Kekuatan lentur merupakan kemampuan bahan untuk melentur, dimana
pengujian biasanya dilakukan dengan menekuk bahan (sampel) menggunakan beban.
Kekuatan lentur (τ) suatu bahan dapat dihitung dengan persamaan
PL 2
3
� � �Pa�
……..…..………………................... ……...(2.3)
2bd
Dimana, P = beban patah
b = lebar batang uji
d = tebal batang uji
L = jarak antara titik tumpu.
II.7.3 Kekuatan impak (impact strength)
Kekuatan impak adalah suatu kriteria penting untuk mengetahui ketegasan bahan
atau ketahanan bahan terhadap daya dengan kecepatan tinggi (hantaman). Kekuatan
impak suatu bahan polimer dapat diukur dengan menggunakan alat impact test.
Untuk kekuatan impak, bahan dapat dibagi dalam dua klasifikasi, yaitu bahan yang
rapuh (brittle) dan ductile. Kegagalan pada bahan yang rapuh dapat terjadi pada energi
Universitas Sumatera Utara

yang rendah dimana keretakan bermula dan berlanjut sebelum terjadinya yelding. Ciri-
ciri yang ditunjukkan biasanya bagian yang putus/patah menunjukkan permukaan
yang halus dan kaku. Untuk bahan ductile, akan terbentuk yelding dimana akan
tampak stress whitening pada daerah yang putus. Pengujian impak biasanya dilakukan
dengan metode Charphy atau Izod, seperti pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8. Diagram untuk test Kekuatan impak
II.8. Faurier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR)
FT-IR telah membawa tingkat keserbagunaan yang lebih besar ke penelitian –
penelitian struktur polimer, karena spektrum-spektrum bisa discan, disimpan,
ditransformasikan dalam hitungan detik dan teknik ini memudahkan penelitian reaksi-
reaksi polimer seperti degradasi atau ikat silang (Stevens, 2001). Teknik ini dilakukan
dengan penambahan peralatan interferometer dan dilengkapi dengan cara perhitungan
fourier transform.
Penggunaan spektrofotometer FT-IR untuk analisa, banyak digunakan untuk
identifikasi suatu senyawa. Hal ini disebabkan spektrum FT-IR suatu senyawa
(misalnya senyawa organik) bersifat khas, artinya senyawa yang berbeda akan
Universitas Sumatera Utara

mempunyai spektrum yang berbeda pula. Vibrasi ikatan kimia pada suatu molekul
menyebabkan pita serapan hampir seluruhnya di daerah spektrum IR yakni 4000-400
cm -1 . FT-IR teristimewa bermanfaat dalam meneliti paduan-paduan polimer. Paduan
yang tidak dapat campur memperlihatkan suatu spektrum IR yang merupakan
superposisi dari spektrum homopolimer (Stevens, 2001).
Formulasi bahan polimer komersial dengan kandungan aditif bervariasi sebagai
pemlastis dan anti oksidasi, memberikan kekhasan pada spektrum infra merahnya.
Analisis inframerah memberikan informasi tentang kandungan aditif, panjang rantai
dan struktur rantai polimer. Disamping itu, analisis IR dapat digunakan untuk
karakterisasi bahan polimer yang terdegradasi oksidatif dengan munculnya gugus
karbonil dan pembentukan ikatan rangkap pada rantai polimer. Gugus lain yang
menunjukkan terjadinya degradasi oksidatif adalah gugus hidroksida dan karboksilat
(Harjono, 1991). Umumnya pita serapan polimer pada spektrum inframerah adalah
adanya ikatan C-H regangan pada daerah 2880cm -1 – 2900cm -1 dan regangan dari
gugus fungsi lain yang mendukung untuk analisis suatu material. Banyak faktor yang
mempengaruhi frekwensi vibrasi suatu ikatan dalam molekul seperti perbedaan massa.
Misalnya, serapan C=O dalam gugus keton (RCOCH3) lebih rendah dari pada C=O
dalam RCOCl, hal tersebut disebabkan perbedaan massa CH3 dan Cl.
32
Universitas Sumatera Utara