PEMANFAATAN KULIT ROTAN

SEBAGAI FILLER BIONANOKOMPOSIT PADA APLIKASI

FAN COVER COMP SEPEDA MOTOR

HANI MONAVITA

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pemanfaatan Kulit

Rotan sebagai Filler Bionanokomposit pada Aplikasi Fan Cover Comp Sepeda

Motor adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum

diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber

informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak

diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam

Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.

Bogor, Juni 2014

Hani Monavuita

NIM G74100035

ABSTRAK

HANI MONAVITA. Pemanfaatan Kulit Rotan sebagai Filler Biokomposit pada

Aplikasi Fan Cover Comp Sepeda Motor. Dibimbing oleh SITI NIKMATIN.

Telah dilakukan penelitian untuk mendapatkan optimasi parameter sintesa

nanopartikel sebagai filler bionanokomposit kulit rotan bermatriks polipropilena

pada aplikasi fan cover comp sepeda motor. Variasi waktu milling yang digunakan

pada proses pembuatan nanopartikel adalah 15 menit, 30 menit, dan 45 menit

dengan menggunakan mesin Hammer Mill. Sebaran partikel terbaik didapatkan

pada sampel 2 dengan ukuran rerata sebesar 24.35 nm. Proses pembuatan

bionanokomposit menggunakan sampel2 (15 menit). Filler yang digunakan dalam

pembuatan bionanokomposit sebesar 5% berdasarkan penelitian yang telah

dilakukan sebelumnya. Kualitas uji kekuatan benturan dan kekerasan

bionanokomposit kulit rotan melebihi standar HES yang digunakan oleh komposit

sintetis PPFG. Nilai uji densitas bionanokomposit adalah sebesar 0.84 g cm-3

dan

komposit sintetis PFFG sebesar 1.03 g cm-3

. Dari hasil pengujian menunjukkan

bahwa nanopartikel kulit rotan layak digunakan sebagai filler material komposit

fan cover comp sepeda motor.

Kata kunci: Bionanokomposit, Fan Cover Comp, Kulit Rotan, Nanopartikel,

Polipropilena.

ABSTRACT

HANI MONAVITA. Rattan peel utilization as a filler biocomposite on fan

covercomp motorcycles application. Supervised by SITI NIKMATIN.

The resesarch has been conducted to obtain the optimization of process

parameters to synthesize nanoparticle as bionanocomposite filler made from rattan

peel waste with polypropilane matrix on fan covercomp motorcycle application.

Variations of milling time used in manufacturing process of nanoparticles are 15

minutes, 30 minutes, and 45 minutes using Hammer Mill machine. The

distribution of the smallest particle were gained in sample 2 with an average size

of 24.35 nm. Manufacturing bionanocomposite using filler were gained from

sample 2 (15 minutes). Filler used in the manufacture process of

bionanocomposite is 5%, based on the research that has been done before. The

quality of rattan peel fibers based on impact strength and hardness test exceeds

the HES which using PPFG synthetic composite. Bionanocomposite density test

value is equal to 0.84 g cm-3

and PPFG synthetic composite is 1.03 g cm-3

. Based

on the characteriztion showed that the nanoparticles rattan fibers are suitable for

use as a filler of composite material fan covercomp motorcycle.

Key words : bionanocomposite, fan covercomp, nanoparticle, polypropilane,

rattan peel.

skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains

pada

Departemen Fisika

PEMANFAATAN KULIT ROTAN

SEBAGAI FILLER BIONANOKOMPOSIT PADA APLIKASI

FAN COVER COMP SEPEDA MOTOR

HANI MONAVITA

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

Judul skripsi : Pemanfaatan Kulit Rotan sebagai Filler Bionanokomposit pada

Aplikasi Fan Cover Comp Sepeda Motor

Nama : Hani Monavita

NIM : G74100035

Disetujui oleh

Dr Siti Nikmatin, Msi

Pembimbing I

Diketahui oleh

Dr Akhiruddin Maddu, MSi

Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah

melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan

usulan penelitian ini dengan judul “Pemanfaatan kulit rotan sebagai filler

bionanokomposit pada aplikasi fan cover comp sepeda motor”. Tugas ini disusun

sebagai salah satu syarat melakukan penelitian dan memperoleh gelar sarjana

Sains di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Institut Pertanian Bogor.

Dalam penelitian ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena

itu penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ibu Siti Nikmatin selaku pembimbing skripsi yang telah memberi

bimbingan, motivasi, kritik, dan saran.

2. Bapak Irmansyah dan Ibu Mersi Kurniati selaku dosen penguji, serta

Bapak Mn. Indro selaku editor yang telah memberi masukan, kritik, dan

saran.

3. Kedua orang tua penulis Bapak Jasril dan Ibu Nur‟aini, serta adik dan

kakak yang selalu mendoakan, menyayangi dan memberikan semangat.

4. Teman-teman tercinta, Parah Banged & Genk Tjantik yang selalu

memotivasi, mendukung dan menyayangi.

5. Rekan – rekan seperjuangan angkatan 47 yang selalu memberikan

semangat.

6. Teman – teman tersayang sejak TPB A3 lorong 8 yang selalu

memberikan tawa dan motivasi.

7. Seluruh Dosen Pengajar, staf dan karyawan di Departemen Fisika

FMIPA IPB.

8. Keluarga Kost Queen Castle atas dukungan dan kebersamaannya.

9. Kakak – kakak kelas ku, Mbak Ais, Kak Helen, Kak Nina, dan Kak

Vina atas bantuannya selama ini.

Selanjutnya, penulis menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari

sempurna, sehingga kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan

demi kemajuan penelitian ini.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Juni 2014

Hani Monavita

DAFTAR ISI

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTAR LAMPIRAN viii

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 2

Tujuan Penelitian 2

Manfaat Penelitian 2

METODE 2

Waktu dan Tempat Peralatan 2

Alat dan Bahan 3

Prosedur Penelitian 3

Sintesa Nanopartikel Kulit Rotan 3

Sintesa Bionanokomposit 4

HASIL DAN PEMBAHASAN 6

Hasil Sintesa Nanopartikel Kulit rotan 6

Hasil Analisa PSA 7

Hasil Analisa Kristalografi (XRD) 8

Hasil Analisa Struktur Mikro (SEM) 9

Densitas Nanopartikel 10

Bionanokomposit Hasil Ekstrusi (TSE) dan Injeksi 11

Karakteristik Mekanik Bionanokomposit Kulit Rotan 12

Hasil Analisa XRD Bionanokomposit Kulit Rotan 13

Hasil Analisa Struktur Mikro Bionanokomposit Kulit Rotan 15

Hasil Analisa Termal Bionanokomposit 15

Densitas Bionanokomposit Kulit Rotan 17

SIMPULAN DAN SARAN 17

Simpulan 17

Saran 18

DAFTAR PUSTAKA 18

LAMPIRAN 19

RIWAYAT HIDUP 29

DAFTAR TABEL

1 Variasi waktu milling yang digunakan 3

2 Komposisi bionanokomposit yang akan digunakan 4

3 Hasil pengujian PSA tiap sampel 8

4 Atomic Crystal Size (ACS) tiap sampel 9

5 Densitas tiap sampel 10

6 Perbandingan sifat mekanik bionanokomposit dengan komposit

sintetis 13

7 Perbandingan komposisi unsur 15

8 Densitas masing – masing komposit 17

DAFTAR GAMBAR

1 Spesimen (Test piece) untuk pengujian sifat mekanik 5

2 Serbuk nanopartikel hasil pengecilan Hammer Mill dengan waktu

(a)15menit, (b)30 menit, dan (c) 45 menit 7

3 Grafik hubungan antara ukuran partikel dengan waktu milling 8

4 Hasil pengujian XRD tiap sampel 9

5 Morfologi SEM (a) partikel kulit rotan 75μm, (b) sampel 1,

(c) sampel 2, (d) dan sampel 3 10

6 (a) Granular hasil ekstruksi dan (b) Fan Cover Comp hasil cetakan

Mesin Injeksi Molding 11

7 Grafik hasil pengujian uji mekanik kekuatan benturan dan kekerasan 12

8 Profil (a) XRD Bionanokomposit kulit rotan dan (b) Komposit

Sintetis PPFG 14

9 (a) Foto Mikro dan (b) EDS Bionanokomposit kulit rotan 14

10 (a) Grafik DSC Bionanokomposit kulit rotan, (b) Komposit sintetis

PPFG11

, dan (c) Grafik DTA Polipropilena11

16

DAFTAR LAMPIRAN

1 Diagram Alir Penelitian 19

2 Proses pembuatan nanopartikel 20

3 Pembuatan Bionanokomposit dengan Metode Ekstruksi (Twin Screw

Extruder) 20

4 Hasil Uji Kekuatan benturan dan Kekerasan 21

5 Pengujian Densitas Nanopartikel 21

6 Hasil Pengujian XRD 22

7 Menentukan parameter kisi selulosa, dan ACS (Atomic Crystal Size)

sampel 23

8 Data JCPDS Selulosa 27

9 Perhitungan Densitas Komposit 27

10 Grafik Size Dispersion by Number with Cumulants method 28

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Pemilihan material komposit merupakan salah satu masalah yang dihadapi

produsen dari sekian banyak material yang tersedia, terkait dengan efisiensi proses

produksi, produk ramah lingkungan, kebutuhan konsumen akan produk yang

ringan, murah, dan kuat serta kebutuhan komposit yang stabil selama proses

produksi berlangsung.1 Pemakaian serat yang diperoleh dari keanekaragaman

hayati sebagai bahan baku material komposit merupakan alternatif yang sangat

baik untuk menggantikan penggunaan serat sintetis di berbagai industri.

Indonesia merupakan negara yang terkenal sebagai negara penghasil rotan

terbesar yang memberikan sumbangan sebesar 85% kebutuhan rotan dunia. Nilai

ekspor rotan Indonesia pada tahun 1992 mencapai US$ 208,183 juta.2 Oleh

karena itulah, rotan telah dipandang sebagai komoditi perdagangan hasil hutan

bukan kayu (HHBK) yang cukup penting bagi Indonesia karena dapat diandalkan

sebagai sumber penerimaan kas negara.

Rotan adalah salah satu material alam yang dapat dengan mudah

dibengkokkan tanpa deformasi yang nyata.1 Dilihat dari segi pemanfaaatan, rotan

belum termanfaatkan secara maksimal dan hanya terbatas pada batang rotan saja,

sehingga kulit rotan yang tidak terpakai menumpuk dan menjadi limbah. Hal ini

menjadikan pengembangan industri pengolahan komposit dengan bahan baku

kulit rotan pada penelitian ini mempunyai arti yang sangat penting. Pada bidang

industri sepeda motor, produsen masih menggunakan serat sintetis (fiber glass)

sebagai bahan utama yang berfungsi sebagai filler komposit dalam pembuatan

komponen fan cover comp sepeda motor. Fan Cover Comp merupakan adalah

salah satu komponen sepeda motor komposit polimer berbasis serat sintetis fiber

glass. Kelemahan dari penggunaan fiber glass adalah serat ini merupakan sumber

daya alam yang nonbiodegredable yaitu minyak bumi yang suatu saat akan habis

apabila „dikeruk‟ terus menerus tanpa perhitungan.

Perkembangan nanoteknologi khususnya di Indonesia sampai saat ini masih

sangat tertinggal dibandingkan dengan negara-negara maju. Salah satu faktor yang

menyebabkan permasalahan ini adalah kurangnya pengetahuan mengenai

nanoteknologi beserta aplikasinya di kalangan masyarakat. Padahal apabila dilihat

dari aplikasi nanoteknologi sedemikian luasnya akan memberikan peluang kepada

kita untuk mengembangkannya di semua bidang kehidupan. Dengan

nanoteknologi, energi yang dibutuhkan lebih sedikit dan mempercepat proses

serta menghemat biaya.

Pemanfaatan kulit rotan sebagai filler bionanokomposit komponen sepeda

motor juga memberikan sumbangsih bagi pemerintah Indonesia, karena dengan

ditemukannya bahan alternatif baru pengganti fiber glass maka secara tidak

langsung akan mengurangi penggunaan minyak bumi, mengurangi pencemaran

lingkungan, dan mengembangkan potensi pertanian. Selain itu penggunaan

nanopartikel kulit rotan sebagai filler bionanokomposit pengganti serat sintetis

fiber glass dapat mengurangi kebergantungan akan produk serat sintetis impor dan

menunjang pembangunan industri, khususnya dalam kemajuan teknologi material.

Oleh karena itu pembuatan komposit dengan menggunakan nanopartikel kulit

2

rotan sebagai bahan baku amat menarik untuk diteliti dan dikembangkan lebih

lanjut.

Pada penelitian ini dilakukan pembuatan bahan bionanokomposit berbasis

polimer polipropilena sebagai matriks dan nanopartikel kulit rotan sebagai bahan

filler. Bionanokomposit yang biodegradable diharapkan merupakan salah satu

penyelesaian dalam mengatasi keterbatasan sumber daya alam yang tidak

terbaharui.

Perumusan Masalah

Adapun perumusan masalah yang penulis ajukan adalah bagaimana

pengaruh waktu milling menggunakan Hammer Mill terhadap sintesa nanopartikel

dan kualitas fisis-mekanis bionanokomposit dan apakah binanokomposit memiliki

sifat mekanik yang sebanding dengan komposit fiber glass?

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan nanopartikel terbaik

berdasarkan tiga variasi waktu milling (15 menit, 30 menit, 45 menit) dan

bionanokomposit bermatriks polipropilena dengan filler nanopartikel limbah kulit

rotan dengan didukung sifat termal, sifat mekanik, dan struktur mikro. Melakukan

analisa perbandingan karakteristik bionanokomposit dengan komposit sintetis

dengan filler fiber glass.

Manfaat Penelitian

1. Mengembangkan penelitian tentang sintesa bionanokomposit yang sudah

banyak diteliti oleh para peneliti sebelumnya.

2. Mendapatkan sebuah alternatif untuk menggantikan atau mengurangi

serat sintetis fiber glass pada aplikasi industri komponen sepeda motor

serta memberikan nilai tambah bagi limbah kulit tanaman rotan sebagai

filler komposit dalam bidang rekayasa material yang ramah lingkungan.

METODE

Waktu dan Tempat Peralatan

Penelitian ini dilaksanakan selama 4 (empat) bulan dari bulan November

sampai Febuari 2013. Tempat pelaksanaan penelitian ini di Laboratorium Analisa

Bahan Fisika Terapan FMIPA IPB, Laboratorium Terpadu Badan Penelitian dan

Pengembangan Hutan Bogor, Laboratorium Milling Fateta IPB, Perusahaan Motor

Jakarta, Laboratorium Mechanical Testing Sentra Teknologi Polimer Puspiptek

dan Laboratorium PTBIN BATAN Puspitek..

3

Alat dan Bahan

Peralatan yang digunakan antara lain Hammer Mill, Disk Milling,

Electromagnetic Shaker (ayakan partikel), X-Ray Diffraction (XRD) merek GBC

Emma, Scanning Electron Microscopy/EDS, Partikel Size Analizer (PSA) merek

Vasco, Twin Screw Extruder (TSE) merek Collin, Izod Impact Strength ASTM ,

Hardness Rockwell dan Injection Molding. Bahan-Bahan yang digunakan antara

lain Kulit Rotan Semambu yang berasal dari Desa Sukamadu Pontianak,

Polipropilena, dan PPMA sebagai coupling agent.

Prosedur Penelitian

Sintesa Nanopartikel Kulit Rotan

1. Persiapan Kulit Rotan

Pertama, kulit rotan dicuci dan dibersihkan dari kotoran dan debu. Kulit

rotan yang sudah bersih direbus dengan suhu air 100oC kemudian dijemur di

bawah sinar matahari hingga kering.

2. Pembuatan Nanopartikel

Kulit rotan yang sudah kering kemudian diperkecil ukurannya

menggunakan alat Disk Milling. Hasil tersebut kemudian disaring

menggunakan electromagnetic shaker sampai menghasilkan serbuk partikel

berukuran 75 µm. Pembuatan nanopartikel dibuat berdasarkan variasi lama

waktu milling yaitu 15 menit, 30 menit, dan 45 menit. Alat yang digunakan

adalah Hammer Mill (lampiran 2).

3. Karakterisasi Nanopartikel

a. Karakterisasi PSA

Nanopartikel yang dihasilkan kemudian dikarakterisasi menggunakan

PSA dengan cummulant method untuk mengetahui ukuran dari partikel.

Pengujian dilakukan dengan mengambil sedikit dari masing – masing

sampel kemudian dilarutkan terlebih dahulu dalam aquades dan diaduk

hingga homogen. Hasil pengukuran menggunakan PSA diinterpretasikan

dalam bentuk distribusi jumlah (number distribution).

b. Karakterisasi XRD

Tujuan dari karakterisasi XRD adalah untuk menganalisa kristalografi

nanopartikel. Alat yang digunakan adalah GBC EMMA. Sampel

ditempatkan pada holder kemudian diletakkan pada difraktometer. Target

yang digunakan adalah Cu dengan panjang gelombang 1,54 Å. Sebelumnya,

Tabel 1 Variasi waktu milling yang digunakan

Nama

Sampel Waktu Milling (menit)

1 15

2 30

3 45

4

pada komputer diatur terlebih dahulu nama sampel, sudut awal dan sudut

akhir yang akan digunakan. Sudut awal pada 10o dan sudut akhir pada 60

o.

Hasil dari karakterisasi ini akan dibandingkan dengan data Joint Commite

on Powder Diffraction Standards (JCPDS) dan diolah dengan menggunakan

Origin dan X Powder.

c. Karakterisasi SEM

Tujuan dari karakterisasi SEM adalah untuk mengetahui foto mikro

permukaan sampel. Sampel diletakkan pada plat alumunium kemudian

dilapisi dengan pelapis emas setebal 48 nm. Proses selanjutnya, setelah

sampel dilapisi emas, setting alat dengan tegangan sebesar 22 kV dan

perbesaran 1000×.

d. Pengujian Densitas

Setelah pengujian PSA, sampel dilakukan pengujian densitas. Serbuk

nanopartikel dari masing – masing sampel ditimbang massanya terlebih

dahulu. Setelah ditimbang, sampel dibuat menjadi bentuk pelet

menggunakan mesin press. Sampel yang sudah berbentuk pelet kemudian

dihitung volume dan ditimbang kembali massanya. Perhitungan massa jenis

dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan :

(1)

Keterangan :

= densitas (g cm-3

)

= massa (g)

= volume (cm-3

)

Nanopartikel yang digunakan sebagai filler untuk proses ektruksi dan

pencetakan adalah nanopartikel terbaik yang ditentukan berdasarkan ukuran

partikel terkecil (PSA), analisa kristalografi (XRD), foto mikro permukaan sampel

(SEM), dan massa jenis terkecil. Metode Van Soest dilakukan untuk mengetahui

fraksi kandungan serat pada kulit rotan.

Sintesa Bionanokomposit

1. Proses Ekstruksi

Pembuatan bionanokomposit dilakukan dengan menggunakan komposisi

matriks Polipropilena, coupling agent PPMA, dan filler terbaik nanopartikel

kulit rotan. Komposisi pembuatan bionankomposit dapat dilihat pada Tabel 1.

Semua komposisi tersebut kemudian diayak sampai bahan menjadi

homogen atau menyebar rata. Setelah itu bahan dimasukan ke dalam hooper

TSE, sampel akan bergerak melalui barrel dengan menggunakan poros berulir

yang kemudian akan bergerak terus menuju cetakan (die) dengan kecepatan 50

rpm dan temperatur 190oC. Hasil dari proses ini, semua material yang

dimasukan tadi menjadi bentuk granular atau pelet.

Tabel 2 Komposisi bionanokomposit yang akan digunakan

Komposisi % Jumlah

Nanopartikel 5 200 gram

PP 92 4 kg

PPMA 3 150 gram

5

2. Proses Pencetakan

Granular yang didapat dari proses TSE kemudian dibawa ke sebuah

Perusahaan Motor di Jakarta untuk dilakukan proses pencetakan komposit

dengan metode pencetakan injeksi. Granular dimasukan ke dalam hooper yang

berbentuk corong. Pada Hooper terjadi proses pemanasan dengan suhu sebesar

60oC, granular kemudian bergerak menuju barrel untuk dilelehkan dan diaduk

pada suhu 160oC-200

oC yang berujung pada nozzle. Setelah itu, dilakukan

pencetakan sesuai dengan mould yang diinginkan.

3. Karakterisasi Bionanokomposit

a. Karakterisasi Sifat Mekanik

Bionanokomposit yang dihasilkan diuji sifat mekanik ketangguhan

terhadap benturan dan kekerasan. Setiap material yang diuji dibuat dalam

bentuk cuplikan kecil atau spesimen. Spesimen yang digunakan juga dicetak

oleh mesin cetak injeksi, dengan ukuran sesuai standar sebesar tebal 0.5 cm,

panjang 15.5 cm, dan lebar 2 cm.

Dasar pengujian kekuatan bentur adalah penyerapan energi potensial

dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan

menumbuk spesimen sehingga spesimen mengalami deformasi. Banyaknya

energi yang diserap oleh spesimen untuk terjadinya perpatahan (deformasi)

merupakan ukuran ketahanan atau kekuatan material tersebut. Pada

pengujian ini, energi yang diserap oleh benda uji dinyatakan dalam satuan

joule dan dibaca langsung pada skala penunjuk yang telah dikalibrasi yang

terdapat pada mesin penguji.4

Pada pengujian kekerasan, sampel dilakukan pengulangan sebanyak

tiga kali kemudian hasil dari pengulangan tersebut dirata-ratakan.

Sedangkan pada pengujian kekuatan benturan, sampel dilakukan

pengulangan sebanyak lima kali, kemudian hasil pengujian tersebut dirata-

ratakan.

Gambar 1 Spesimen (Test piece) untuk pengujian sifat mekanik

6

b. Karakterisasi XRD dan SEM

Karakterisasi XRD bertujuan untuk menganalisa struktur kristal dan

fasa material komposit. Sedangkan karakterisasi SEM/EDS bertujuan untuk

mengetahui foto mikro permukaan sampel dan komposisi unsur penyusun

komposit. Tahap-tahap pengerjaan pengujian XRD dan SEM/EDS pada

bionanokomposit sama dengan pengujian terhadap nanopartikel.

c. Karakterisasi DSC

Pengujian DSC dilakukan untuk mengetahui ketahanan material

komposit terhadap panas. DSC digunakan untuk mempelajari transisi fase,

seperti melting, suhu transisi gelas (Tg), atau dekomposisi eksotermik, serta

untuk menganalisa kestabilan terhadap oksidasi dan kapasitas panas suatu

bahan. Bahan yang diteliti menjalani siklus termal identik. DSC merekam

perbedaan suhu sampel dengan suhu referen Suhu yang digunakan 20ºC -

250 ºC. Referen berupa alumina, lingkungan berupa udara bebas. Pengujian

DSC dilakukan dengan scan rate 20 ºC/min.

d. Pengujian Densitas

Massa jenis atau densitas binonanokomposit dapat diketahui dengan

menggunakan prinsip archimedes. Densitas didefinisikan sebagai rasio

antara massa dan volume material. Nilai densitas masing-masing sampel

akan didapatkan dengan menggunakan persamaan (2). Pembenam

dibutuhkan karena sampel tidak dapat tenggelam dalam air. Pembenam yang

digunakan dalam penelitian ini berupa silinder logam kecil.

( ) (2)

Keterangan: = densitas material (g cm

-3)

air = densitas air (g cm-3

) = 1 g cm-3

m = massa sampel saat di udara (g)

m1 = massa sampel di udara dan pembenam dalam air (g)

m2 = massa sampel dan pembenam dalam air (g)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Sintesa Nanopartikel Kulit rotan

Kulit rotan yang sudah selesai dibersihkan dengan air dari sisa kotoran,

debu dan duri dipanaskan pada suhu 100oC selama kurang lebih 15 menit. Hal ini

bertujuan untuk menghilangkan impuritas dan jaringan non selulosa.1 Kulit Rotan

yang sudah dikeringkan dibawah sinar matahari untuk mengurangi kadar airnya,

kemudian diperkecil ukurannya dengan menggunakan Disk Milling (Lampiran 2).

Penghancuran kulit rotan dengan mesin ini bertujuan untuk mempermudah

proses pembuatan partikel hingga berukuran nanometer. Efek pengecilan partikel

dihasilkan akibat kekuatan tekanan dan friksi. Hasil dari proses disk milling

disaring dengan menggunakan elektromagnetic shaker sampai mendapatkan

serbuk partikel berukuran 75 μm.

7

Gambar 2 Serbuk nanopartikel hasil pengecilan Hammer Mill dengan waktu

(a) 15menit, (b) 30 menit, dan (c) 45 menit

Ada dua macam dalam pembuatan nanopartikel, yaitu dengan memecah

partikel berukuran besar menjadi partikel berukuran nanometer (top-down), dan

penggabungan material berukuran skala kecil, seperti cluster membentuk partikel

berukuran nanometer yang dikehendaki (bottom-up) tanpa mengubah sifat

bahannya.5 Pembuatan nanopartikel secara ultrasonikasi mempunyai kelemahan

yaitu sebaran ukuran partikel yang kurang homogen dan dinilai lebih banyak

mengeluarkan energi karena perlu dilakukan pengeringan kembali setelah

pemrosesan. Sedangkan fermentasi merupakan proses pemecahan senyawa

kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim dan

aktivitas metabolisme suatu mikroba tertentu. Proses fermentasi kurang efektif

karena memerlukan proses pembuatan yang sangat lama. Hammer Mill adalah alat

pembuat nanopartikel melalui proses tumbukan, menggeser dan milling. Berbeda

dengan proses HEM (High Energy Milling) yang memvariasikan jumlah dan

ukuran bola yang digunakan untuk penghancuran partikel, proses penghancuran

partikel dengan Hammer Mill menggunakan variasi waktu milling dan kecepatan

alat yang konstan. Semakin lama waktu milling yang digunakan, akan

mengakibatkan temperatur sistem yang semakin tinggi. Akibat milling warna

serbuk partikel menjadi lebih gelap, hal ini disebabkan karena serat mudah

teroksidasi sehingga terjadi pemutusan rantai polimer pada serat kemudian

terbentuk gugus kromofor sehingga bahan menjadi coklat lebih gelap.6

Hasil Analisa Ukuran Partikel

Ukuran serbuk partikel kulit rotan hasil dari pengecilan oleh alat Hammer

Mill dapat diketahui dengan menggunakan analisa pendekatan PSA. Prinsip

penggunaan PSA adalah Dynamic Light Scaterring (DLS). Partikel dalam larutan

bergerak secara acak. Pergerakan partikel tersebut akan menghasilkan tumbukan

ke segala arah. Ukuran partikel yang kecil menyebabkan pergerakan cenderung

tidak seimbang sehingga terdapat suatu resultan tumbukan yang menyebabkan

perubahan gerak partikel menjadi gerak zigzag atau gerak Brown. Gerak Brown

yang dihasilkan oleh pergerakan partikel menyebabkan fluktuasi pada penyebaran

cahaya, sehingga akan menghasilkan grafik yang lebih fluktuatif. Gerak Brown

yang terjadi dipengaruhi oleh ukuran partikel yang terdispersi. Semakin kecil

ukuran partikel, semakin cepat gerak Brown terjadi.

Tabel 3 merupakan hasil pengukuran PSA yang menunjukan pengaruh

waktu variasi milling terhadap ukuran partikel. Ukuran partikel kulit rotan yang

paling kecil terdapat pada sampel 2 yaitu dengan ukuran rerata sebesar 24.35 nm.

Sedangkan sampel 1 dan sampel 3, menghasilkan ukuran rerata partikel yang

(a) (b) (c)

8

Tabel 3 Hasil pengujian PSA tiap sampel

Ukuran nanopartikel (nm)

Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3

Sebaran 56.25 – 467.86 15.49 – 48.99 389.15 – 851.36

Rata-rata 173.51 24.35 589.07

Gambar 3 Grafik hubungan antara ukuran partikel dengan waktu milling

tidak lebih baik dari sampel 2 yaitu dengan ukuran rerata 173.51 nm dan 589.07

nm. Hal ini menunjukan bahwa waktu milling 30 menit merupakan waktu milling

yang optimum untuk menghasilkan nanopartikel terbaik. Hasil ini disebabkan

pada waktu milling 15 menit, proses penghancuran partikel kurang lama sehingga

partikel yang dihasilkan masih berukuran besar. Sementara itu, dengan waktu

milling 45 menit proses penghancuran justru terlalu lama sehingga alat menjadi

sangat panas sehingga temperatur meningkat. Hal ini menjelaskan bahwa

penggunaan waktu milling yang semakin lama tidak selalu mengakibatkan partikel

yang dihasilkan semakin kecil. Ketika proses milling semakin lama, temperatur

yang terus meningkat menyebabkan terjadinya proses penggabungan antarpartikel

(aglomerasi) sehingga ukuran partikel dapat kembali menjadi lebih besar.

Hasil Analisa Kristalografi

Pengujian XRD dilakukan untuk mengidentifikasi fasa, struktur, dan ukuran

kristal dalam suatu material. Berdasarkan persamaan Bragg, jika seberkas sinar X

dijatuhkan pada sampel kristal, maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar X

yang memiliki panjang gelombang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal

tersebut. Sinar yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian

diterjemahkan sebagai puncak difraksi. Makin banyak bidang kristal yang terdapat

pada sampel, makin kuat intensitas pembiasan yang dihasikan.

Gambar 4 menunjukkan hasil karakterisasi XRD dari sampel dengan waktu

milling 15 menit, 30 menit, dan 45 menit. Profil nanopartikel kulit rotan

membentuk struktur kristal dan amorf. Puncak tertinggi nanopartikel (sampel 2)

terletak pada 2Ѳ=22.02o dengan puncak intensitas sebesar 188 cacahan.

Berdasarkan perhitungan (lampiran 7.1), nanopartikel kulit rotan yang didapat

yang mendekati dengan literatur JCPDS (lampiran 8) adalah sampel 2. Sampel 2

memiliki struktur monoklinik dengan parameter kisi a = 7.87, b = 10.95 dan c =

173.51

24.35

589.07

0

100

200

300

400

500

600

700

0 15 30 45

uk

ura

n p

art

ikel

(n

m)

waktu milling (menit)

9

Gambar 4 Hasil pengujian XRD tiap sampel

Tabel 4 Atomic Crystal Size (ACS) tiap sampel

Sampel 2Ѳ

(o)

Puncak

Intensitas

(cacahan)

FWHM

(rad) ACS (Å)

Sampel 1 21.9 163 0.1603 0.9832

Sampel 2 22.02 188 0.1557 0.9833

Sampel 3 22.08 180 0.1741 0,9831

10.90 sedangkan literatur JCPDS mengatakan bahwa selulosa memiliki parameter

kisi a = 7.87, b = 10.13 dan c = 10.31.

Menurut metode Scherer, ACS dapat diketahui dengan penentuan lebar dari

setengah puncak (Full Width a Half Maximum) dengan panjang gelombang

sumber sinar x dari Cu (tembaga) sebesar 1.5406 Å. Lebar FWHM dipengaruhi

oleh ukuran kristal. Semakin lebar puncak yang terdeteksi semakin kecil nilai

ukuran kristal. Berdasarkan perhitungan (lampiran 7.2) didapatkan bahwa ACS

sampel 1 sebesar 0.9832 Å dengan FWHM sebesar 0.1603 rad, ACS sampel 2

sebesar 0.9833 Å dengan FWHM 0.1557 rad, sedangkan ACS sampel 3 sebesar

0.9831 Å dengan FWHM sebesar 0.1741 rad. Semakin kecil ukuran kristal suatu

material makan FWHM semakin besar dan puncak intensitas semakin menurun.

Hasil Analisa Struktur Mikro

SEM merupakan suatu metode untuk membentuk bayangan daerah

mikroskopis permukaan sampel. Pengolahan data SEM berdasarkan deteksi

elektron sekunder (pantul) dari permukaan spesimen. Elektron tidak menembus

spesimen tetapi hanya pantulan hasil dari tumbukan elektron dengan permukaan

spesimen yang ditangkap oleh detektor dan diolah menjadi gambar struktur obyek

yang sudah diperbesar. Morfologi yang diamati oleh SEM berupa bentuk, ukuran,

dan susunan partikel.

Gambar 5 menunjukan hasil morfologi permukaan nanopartikel kulit rotan

yang tidak dimilling dan dimilling dengan waktu 15, 30, dan 45 menit pada

perbesaran 1000x. Gambar 5a menunjukan citra SEM sebelum proses milling,

terlihat partikel masih berukuran besar dan tidak beraturan. Gambar 5b

menunjukkan dengan waktu milling 15 menit partikel berukuran lebih kecil

dibandingkan dengan tanpa proses milling. Gambar 5c menunjukan partikel

10 20 30 40 50 60

2𝜃 (derajat)

10

semakin kecil dan terlihat semakin homogen seperti bola – bola. Sementara itu,

gambar 5d menunjukan partikel mengalami pembesaran ukuran kembali karena

saling menggumpal atau beraglomerasi. Hal ini bersesuaian dengan analisa PSA,

bahwa pada sampel 3 partikel kembali membesar karena partikel tersebut

beraglomerasi akibat suhu alat yang semakin panas.

Densitas Nanopartikel

Uji Densitas dilakukan untuk mengukur massa jenis nanopartikel kulit

rotan. Hasil dari pengujian densitas (lampiran 5) menunjukkan bahwa massa jenis

nanopartikel sampel 2 adalah yang paling terkecil, yaitu sebesar 0.5876 g cm-3

,

sedangkan sampel 1 adalah sebesar 0.6612 g cm-3

dan sampel 3 sebesar

0.6617 g cm-3

.

Tabel 5 Densitas tiap sampel

Sampel Waktu Milling

(menit) Densitas ( )

(g cm-3

)

1 15 0.6612

2 30 0.5876

3 45 0.6617

Metode Van Soest dan Robertson7 berfungsi untuk memperoleh data yang

lebih akurat tentang fraksi kandungan serat seperti selulosa, lignin dan

hemiselulosa berdasarkan atas keterikatan dengan anion atau kation detergen.

Berdasarkan metode pengujian yang dikembangkan oleh Van Soest, serat

selanjutnya dikelompokkan menjadi serat yang terlarut dalam detergen netral dan

serat yang terlarut dalam detergen asam. Metode Van Soest mengelompokkan

komponen isi sel dan dinding sel.10

Isi sel merupakan komponen yang sangat

mudah dicerna, sedangkan komponen dinding sel adalah kelompok yang larut

dalam deterjen netral (Netral Detergent Fiber atau NDF) sisa setelah ekstraksi

dengan asam ethylenediaminetetraacetate (EDTA). Kandungan kimia yang

dimiliki oleh rotan adalah selulosa 37.38% dan lignin 22.19% dengan kadar air

Gambar 5 Morfologi SEM (a) partikel kulit rotan 75μm,

(b) sampel 1, (c) sampel 2, (d) dan sampel 3

a b

c d

11

3%. Dengan adanya kandungan selulosa yang tinggi akan meningkatkan sifat fisis

mekanik pada komposit.

Berdasarkan hasil analisa PSA, SEM, densitas dan XRD yang telah

dilakukan, dapat disimpulkan bahwa serbuk nanopartikel terbaik adalah sampel 2

dengan waktu milling 30 menit.

Bionanokomposit Hasil Ekstrusi (TSE) dan Injeksi

Pembuatan bionanokomposit dilakukan dengan menggunakan matriks

Polipropilena sebesar 92% yaitu sebanyak 4 kg, 3 % coupling agent PPMA 150

gram, dan filler nanopartikel kulit rotan sebanyak 5% yaitu 200 gram. Pemilihan

komposisi filler sebanyak 5 % diadaptasi dari penelitian Siti Nikmatin tahun 2010.

Fiiller yang digunakan adalah nanopartikel sampel 2 (dua) dengan waktu milling

optimum, yaitu 30 menit berdasarkan hasil analisa PSA, XRD, SEM dan densitas.

Ekstruksi adalah suatu proses dimana bahan polimer dibentuk dengan cara

menekannya melalui rongga cetakan. Mesin yang digunakan pada penelitian ini

adalah Twin Screw Extruder merek Collin dengan dua ulir yang paralel

ditempatkan dalam barel berbentuk angka delapan dan jarak ulir yang diatur

dengan rapat sehingga hasilnya bahan akan terhindar dari aliran balik ke arah

bahan masuk tetapi digerakkan pada arah positif yaitu menuju tempat bahan

keluar. Polimer dimasukan ke dalam hooper berbentuk silinder kemudian akan

didorong melalui barrel dan dengan menggunakan sebuah poros berulir (screw)

polimer akan bergerak hingga keluar dari cetakan (die) dengan kecepatan 50rpm

serta temperatur 190oC.

8 Polimer yang digunakan pada penelitian ini adalah

polimer polipropilena. Polimer polipropilena merupakan polimer kristalin yang

dihasilkan dari proses polimerisasi gas polipropilena dan mempunyai titik

leleh(Tm) yang cukup tinggi yaitu 190oC - 200

oC. Polipropilena merupakan suatu

bahan polimer yang memiliki banyak keunggulan diantaranya sifat kekerasan

yang tinggi dan bahannya yang ringan serta harganya murah. Penambahan serat

alam seperti selulosa dapat meningkatkan kualitas dari komposit.9

Gambar 6 (a) Granular hasil ekstruksi dan (b) Fan Cover Comp hasil

cetakan Mesin Injeksi Molding

a b

12

Adanya perbedaan polaritas yang besar diantara polipropilena dengan

selulosa membuat hasil dari campuran tersebut tidak dapat berikatan secara kimia.

Afiniti dan ikatan adhesi antar polipropilena dan nanopartikel sangatlah rendah,

oleh karena itu diperlukan coupling agent sebagai compatibilizer yaitu PPMA.

Coupling agent10

dalam pembuatan bionanokomposit berfungsi sebagai penguat

ikatan adhesi dari filler dan matriks. Pemilihan PPMA (poliphenyl metalakrilat)

sebagai coupling agent dikarenakan PPMA merupakan polimer yang dapat

terpolimerasi dengan matriks Polipropilena sehingga dapat memperkuat ikatan

antarmuka sehingga memperbaiki sifat mekanik dari bionanokomposit.

Penambahan PPMA dapat menyebabkan adanya ikatan mekanik antara

permukaan yang kasar sehingga antara matriks dan filler dapat berikatan serta

memperbaiki sifat polipropilena yang terlalu lentur.

Gambar 6 merupakan hasil dari proses ekstrusi berlanjut pada proses injeksi

molding. Injeksi molding merupakan mesin cetak yang digunakan untuk membuat

komposit dari bentuk granular menjadi lelehan yang nantinya akan dimasukan ke

dalam cetakan (mould). Pada Hooper, granular yang telah masuk akan mengalami

proses pemanasan pada suhu 60oC (0.3Tm - 0.6Tm)

11 yang bertujuan untuk

mengurangi kadar air yang terkandung. Bahan kemudian bergerak menuju barrel

untuk dilelehkan dan diaduk pada suhu 160oC-200

oC yang berujung pada nozzle.

Penetapan rentang suhu yang dilakukan berdasarkan dari suhu literatur untuk titik

leleh polipropilena yaitu dibawah 200oC, agar bahan tidak mengalami kerusakan.

Hal ini ditunjukkan pada analisa termal polipropilena menggunakan DSC

(Gambar 10). Setelah mengalami proses pelelehan, bahan telah berubah menjadi

cairan dan akan dimasukan ke dalam cetakan (mould) dengan tekanan tinggi.

Karakteristik Mekanik Bionanokomposit Kulit Rotan

Sifat mekanik adalah salah satu sifat terpenting yang terdapat pada suatu

bahan, karena sifat mekanik menyatakan kemampuan suatu bahan untuk

menerima beban/gaya/energi tanpa menimbulkan kerusakan pada bahan tersebut.

Sifat ini sangat penting diketahui agar perancangan suatu komponen dapat

dilakukan dengan tepat dan aman. Setiap material yang diuji dibuat dalam bentuk

cuplikan kecil atau spesimen. Pengujian mekanik yang dilakukan pada penelitian

ini meliputi uji kekerasan dan kekuatan impak.

Gambar 7 Grafik hasil pengujian uji mekanik kekuatan benturan dan kekerasan

0

20

40

60

80

100

Kekuatan Benturan (J/m) Kekerasan (HRR)

Bionanokomposit Komposit Sintetis

13

Tabel 6 Perbandingan sifat mekanik bionanokomposit dengan komposit sintetis

Tabel 6 dan Gambar 8 menunjukakan perbandingan kekuatan mekanik

bionanokomposit kulit rotan dan standar material komposit sintetis dengan

penyusun Polipropilena dan serat sintetis Fiber glass (PPFG). Komposit PPFG

digunakan sebagai pembanding karena merupakan komposit yang digunakan

secara umum dan diproduksi oleh perusahaan sepeda motor. Standar yang

dijadikan perbandingan dalam penelitian adalah HES (Honda Engineering

Standart) yang digunakan di sebuah Perusahaan Motor Jakarta.

Gambar 8 menunjukkan bahwa penambahan filler nanopartikel kulit rotan

meningkatkan kekuatan benturan bahan. Pada pengujian terhadap kekuatan

terhadap benturan, bionanokomposit memiliki nilai di atas standar HES yaitu

sebesar 65,464 J/m. Pengujian kekuatan benturan merupakan suatu pengujian

yang mengukur ketahanan material terhadap beban kejut. Pengujian ini

merupakan suatu upaya untuk mensimulasikan kondisi operasi material yang

sering ditemui dalam perlengkapan transportasi atau kontruksi dimana beban tidak

selamanya terjadi secara perlahan-lahan. Nilai kekuatan benturan

bionanokomposit lebih besar sedikit dibandingkan komposit sintetis PPFG, hal

ini menunjukkan bahwa nanopartikel kulit rotan memiliki kemampuan yang baik

dala menyerap gaya yang diberikan tiba – tiba. Pada pengujian kekerasan

(hardness), nilai pengujian bionanokomposit adalah sebesar 84,93 HRR

sedangkan komposit sintetis sebesar 79 HRR. HRR meupakan satuan yang

dikeluarkan alat uji (Rockwell). Kekerasan dapat didefinisikan sebagai

kemampuan material terhadap gaya penekanan dari material lain yang lebih keras.

Sifat ini berkaitan dengan sifat tahan aus dan mempunyai kolerasi dengan

kekuatan.

Adanya penambahan PPMA sebagai coupling agent sebesar 3%

mempengaruhi karakteristik bionanokomposit. Ikatan mekanik antarmuka menjadi

salah satu mekanisme adhesi dalam mengontrol proses transfer beban antara

matriks dan pengisi dan menambah kekuatan komposit.6 Selain itu

bionanokomposit yang tersusun oleh partikel – partikel kecil dan terdistribusi

secara merata di permukaan komposit juga merupakan faktor pendukung kekuatan

komposit. Semakin kecil ukuran partikel maka permukaan atom penyusun benda

tersebut yang terekspos di permukaan akan memiliki fraksi yang semakin besar.5

Semakin teratur atom atau molekul – molekul penyusun maka akan mengurangi

jumlah void atau kekosongan atom sehingga spesimen akan kuat terhadap

deformasi dari luar.

Hasil Analisa XRD Bionanokomposit Kulit Rotan

Keteraturan suatu bahan komposit dapat dilakukan melalui analisa

pendekatan dengan pengujian struktur kristal atau uji XRD. Gambar 9a

menunjukan bahwa bionanokomposit kulit rotan berstruktur kristal pada 2Ѳ < 40o

dengan puncak intensitas difraksi 600 cacahan. Tiap puncak yang muncul pada

pola XRD mewakili satu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu dalam

Komposit Kekuatan

benturan (J/m)

Kekerasan

(HRR)

Bionanokomposit 65,464 84,93

Komposit Sintetis 65 79

14

sumbu tiga dimensi. Bionanokomposit serta memiliki dua fasa yang tidak saling

melarutkan yaitu monoklinik dengan indeks miller pada bidang 102, 021, 002,

101, 202 dan orthorhombik pada bidang 200, 010, 110, 111, 400. Gambar 9b

Komposit sintetis PPFG berstruktur kristal dengan intensitas tertinggi 800

cacahan. Puncak tertinggi difraksi ini dimiliki oleh usnur C (karbon) sebagai

unsur utama dalam penyusunan komposit, sementara unsur-unsur penyusun yang

lain memiliki intensitas difraksi yang sangat tajam.

Gambar 8 Profil (a) XRD Bionanokomposit kulit rotan dan (b) Komposit

Sintetis PPFG

a b

Gambar 9 (a) Foto Mikro dan (b) EDS Bionanokomposit kulit rotan

a

b

15

Hasil Analisa Struktur Mikro Bionanokomposit Kulit Rotan

Analisa sifat mekanik dan struktur kristal dari bionanokomposit kulit rotan

dapat dihubungkan dengan pengamatan struktur mikro permukaan sampel oleh

SEM. Gambar 9 menunjukan foto mikro permukaan bionanokomposit kulit rotan

dengan perbesaran 1000x yang didapatkan dari uji SEM. Pada gambar terlihat

bahwa bionanokomposit memiliki tingkat homogenitas yang baik antara filler dan

matriks. Penyebaran yang merata disebabkan karena nanopartikel yang berukuran

sangat kecil dan pengadukan yang kuat selama proses TSE dan injeksi molding.

EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) merupakan karakterisasi material

dengan menangkap bahan dan mengolah sinyal dari flouresensi sinar-x yang

dikeluarkan oleh suatu volume kecil dari permukaan sampel sehingga komposisi

unsur dapat diketahui. Hasil dari penelurusan dengan menggunakan EDS (Tabel

7) terlihat bahwa bionanokomposit didominasi oleh atom Carbon (C) sebagai

unsur utama yaitu dengan %massa sebesar 93.87% dan memiliki unsur

pendukung seperti Si dan Ca. Atom Oksigen (O) seharusnya dimiliki oleh

nanopartikel, akan tetapi tidak terbaca pada karakterisasi EDS ini. Atom O hilang

dikarenakan proses mekanik dari Hammer Mill. Cu adalah logam coating yang

digunakan untuk pengujian SEM-EDS. Jika dibandingkan dengan komposit

fiber glass (Tabel 7) perbedaan terdapat pada unsur makro dan mikro.

Komponen mineral makro dan mikro serat alam diperoleh dari unsur hara

tanah yang memiliki unsur-unsur yang sangat beragam, namun akan mudah

terdegradasi oleh proses mekanik dan pemanasan. Sementara itu fiber glass adalah

serat sintetis yang ukuran dan komposisinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan

serta memiliki sifat sintetik atau tidak mudah hancur karena proses panas dan

mekanik.

Tabel 7 Perbandingan komposisi unsur

Elemen

% Massa

Kulit

Rotan Bionanokomposit

Komposit

Sintetis

PPFG1

C 53.11 93.87 79.13

O 45.39 - 15.18

Si 0.36 1.70 2.75

Ca 0.21 0.38 1.56

Cu 0.68 4.05 -

Na - - 0.05

Mg - - 0.65

Cl 0.10 -

K 0.15 -

Al - - 0.68

Total 100.00 100.00 100.00

Hasil Analisa Termal Bionanokomposit

Analisa termal merupakan teknik untuk mengkarakterisasi sifat material

berdasarkan respon material terhadap temperatur. Pengujian sifat termal

menggunakan DSC (Differential Scanning Calorymetry) dilakukan untuk

mengetahui transisi gelas (Tg) dari komposit yang diuji.

16

Gambar10 (a) Grafik DSC Bionanokomposit kulit rotan, (b) Komposit

sintetis PPFG12

, dan (c) Grafik DTA Polipropilen12

Gambar 10a menunjukkan hasil uji DSC untuk komposit dengan matrik PP

dan filler nanopartikel kulit rotan. Puncak endoterm pertama (113.60ºC) proses

terjadinya Tg, dengan temperatur mula-mula 108.50ºC. Puncak endoterm ke dua

pada temperatur 166.47oC, ini menunjukkan proses pelelehan polimer dari

padatan menjadi cairan. Gambar 10b merupakan hasil uji DSC matrik PP dan

filler fiber glass, puncak endoterm ke dua (162.83ºC) menunjukkan pelelehan

pada polimer. Proses Tg terlihat jelas dengan DSC terjadi pada puncak endoterm

pertama (125.26ºC) dengan temperatur mula-mula 120.08ºC. Gambar 11c

merupakan hasil pengujian DTA polipropilena sebagai pembanding. Dari grafik

terlihat pula pelelehan polimer pada suhu 168.8oC. Hasil pengujian DSC dari

kedua jenis komposit tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan. Hal ini

membuktikan bahwa penambahan filler nanopartikel kulit rotan tidak memberikan

dampak negatif terhadap karakteristik termal komposit tersebut.

166.47oC

c

a

b

onset

endset

onset

endset

17

Densitas Bionanokomposit Kulit Rotan

Pengujian massa jenis bionanokomposit dilakukan bedasarkan hukum

Archimedes, dimana benda yang berada sebagian atau seluruhnya dalam fluida

akan mengalami gaya keatas (Fapung) yang besarnya sama dengan berat fluida

yang dipindahkan. Fluida yang digunakan dalam pengukuran adalah air. Hasil

pengujian massa jenis masing – masing komposit dapat dilihat pada Tabel 8.

Tabel 8 Densitas masing – masing komposit

Bionanokomposit Komposit Sintetis

Massa jenis (g cm-3

) 0.84 1.03

Berdasarkan hasil perhitungan (lampiran 9), didapatkan massa jenis

bionanokomposit kulit rotan sebesar 0.84 g cm-3

dan massa jenis komposit

sintetis PPFG adalah sebesar 1.03 g cm-3

. Hal ini menunjukkan bahwa untuk

mencapai kualitas yang sama, bionanokomposit kulit rotan hanya membutuhkan

massa filler yang lebih sedikit sehingga menjadikan bionanokomposit kulit rotan

memiliki massa yang lebih ringan dibandingkan komposit sintetis PPFG.

Komposit yang lebih ringan tentu akan lebih efisien karena dapat mengurangi

beban kendaraan sehingga menghemat bahan bakar.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Bionanokomposit dengan matriks polimer polipropilena dan filler

nanopartikel kulit rotan sebesar 5% dengan metode ekstruksi dan metode injeksi

molding menghasilkan material yang berstruktur kristal monoklinik dan

orthorhombik dengan fasa yang tidak saling melarutkan dan memiliki struktur

mikro, karakteristik termal, densitas, serta sifat mekanik (kekerasan dan

ketangguhan) yang lebih baik daripada komposit sintetis berfiller fiber glass

sebesar 10% dengan matriks polipropilena.

Waktu optimum untuk mensintesa nanopartikel kulit rotan dengan

menggunakan mesin Hammer Mill adalah 15 menit dan didapatkan ukuran rerata

partikel adalah 24.35 nm. Massa jenis bionanokomposit kulit rotan yang lebih

kecil dibandingan komposit sintetis fiber glass mengakibatkan bionanokomposit

sebagai material yang ringan dan efisien karena mampu menghemat bahan bakar.

Kualitas uji kekuatan benturan dan kekerasan bionanokomposit kulit rotan

melebihi standar HES yang digunakan oleh komposit sintetis PPFG. Nilai uji

densitas bionanokomposit adalah sebesar 0.84 g cm-3

dan komposit sintetis PFFG

sebesar 1.03 g cm-3

. Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa nanopartikel kulit

rotan layak digunakan sebagai filler material komposit fan cover comp sepeda

motor.

a

b

18

Saran

Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai pengujian sifat mekanik

lainnya seperti tensile strenth, flextural strength, dupont impact, uji FTIR, dan

pemvariasian waktu di atas 45 menit agar data lebih akurat dan bisa menjadikan

bionanokomposit kulit rotan memenuhi syarat dan layak untuk digunakan di

pasaran.

DAFTAR PUSTAKA

1 Nikmatin S. Bionanokomposit berfiller nanopartikel kulit rotan sebagai

material pengganti komposit sintetis fiber glass pada aplikasi box luggage

sepeda motor [disertasi]. Bogor. 2012.

2 Rachman, O. Dan Jasni. Rotan, Sumberdaya, Sifat dan Pengelolaannya. Pusat

Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan, Departemen Kehutanan Bogor.

2006.

3 Nuryadi, Ratno. Urgensi dan Tren Nanosains dan Nanoteknologi. Pusat

teknologi Material. BPPT. 2013.

4 Ekayonar, Afif. Material Teknik. Universitas Indonesia : Depok

5 Abdullah M, Virgus, Nirmin, Khairurrijal. Review Karakterisasi Nanomaterial.

Journal of Sains & Nanoteknologi. 2:1-9. 2009.

6 Kusuma Ardani, Helen. Pengembangan Serat Kenaf (Hibiscus Cannabinus L.)

sebagai Filller Komposit Bermatriks Polimer ABS pada Aplikasi Helm

[skripsi]. Bogor. 2013

7 Van Soest, P. J. & Robertson, J. B. (1980) Systems of analysis for evaluating

fibrous feeds. In: Standardization of Analytical Methodology in Feeds

(Pigden,W. J., Balch, C. C. & Graham, M., eds.), pp. 49–60. International

Research Development Center, Ottawa, Canada.

8 Pratama RI. Kajian mengenai prinsip-prinsip dasar teknologi ekstrusi untuk

bahan makanan dan beberapa aplikasinya pada hasil perikanan. Universitas

Padjajaran : Jatinangor. 2007.

9 Jamasri. Prospek pembangunan komposit serat alam di Indonesia. Universitas

Gadjah Mada : Yogyakarta. 2008.

10 Ray, D., Sarkar, B. K., Rana, A. K., Bose, N. R. (2001). Effect of Alkali treated

jute fibres on composites properties. Bulletin of Material Science 24:129-135

11 Van Vlack, Lawrence. Elemen – elemen Ilmu dan Rekayasa Material. Jakarta.

Erlangga : 2002

12 Balfas, Aminah. Analisa Termal Bionanokomposit Filler Kulit rotan [skripsi].:

Bogor. 2013.

19

LAMPIRAN

Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian

Produk

(Uji Mekanik , XRD, SEM/EDS, DSC, dan Densitas)

Preparasi sampel

Pencetakan

Pend Disk Milling

Hammer Mill

Nanopartikel, 200 gram

(15,30,dan 45 menit)

Proses Ekstruksi

(berbentuk granular)

Shaker

(75mikro,200mesh)

Polipropilena

(matriks)

PPMA

(coupling agent)

Nanopartikel

(Karakterisasi PSA XRD, SE M, Densitas, Van Soest)

Tidak

Analisa data

Siap?

Ya

Penyusunan Laporan

Pembelian Kulit Rotan

Mulai

20

Lampiran 2 Proses pembuatan nanopartikel

s

Lampiran 3 Pembuatan Bionanokomposit dengan Metode Ekstruksi (Twin Screw

Extruder)

Keterangan :

a. Polipropilena, PPMA, nanopartikel kulit rotan

b. Mesin Ekstruksi (Twin Screw Extruder)

c. Hasil Ektruksi (Granular)

Keterangan :

a. Kulit rotan hasil preparasi

b. Pencucian kulit rotan

c. Perebusan kulit rotan

d. Disk Milling (alat pengecilan kulit ukuran kulit rotan)

e. Kulit rotan hasil disk milling

f. Pengayakan dengan Electromagnetic Shaker

g. Mesin Hammer Mill

h. Serbuk nanopartikel

(a) (b) (c) (d)

(h) (g) (f) (e)

21

Lampiran 4 Hasil Uji Kekuatan benturan dan Kekerasan

Ulangan ke- Energi Impak (J)

1 2,25

2 1,86

3 1,60

4 2,12

5 1,86

Energi Terabsorbsi

rata-rata 2,136

Impact Strength

(kgf.cm/cm) 6,675

Impact Strength

(J/m) 65,464

Standar HES (J/m) 65

Lampiran 5 Pengujian Densitas Nanopartikel

a. Sampel 1

Keterangan:

=

=

( )

b. Sampel 2

Keterangan:

=

=

( )

c. Sampel 3

Keterangan:

=

=

( )

Ulangan ke- Energi

Terabsorbsi

1 86,3

2 86,4

3 82,1

Hardness

Strength

(HRR)

84,3

Standar HES

(HRR) 79

22

Lampiran 6 Hasil Pengujian XRD

6.1 Gambar XRD Sampel 1

6.2 Gambar XRD Sampel 2

6.3 Gambar XRD Sampel 3

23

Lampiran 7 Menentukan parameter kisi selulosa, dan ACS (Atomic Crystal Size)

sampel

7.1 Penentuan parameter kisi selulosa berstruktur monoklinik

Jarak antar bidang, d

d2

sin2 (h2

a2 k2sin

2

a2 2hlcos

ac)

Menurut Bragg :

2 d

2sin

2Ѳ atau sin

2Ѳ =

2

d2

Penggunaan persamaan (1) dan (2) menghasilkan :

d2

sin2 (h2

a2

k2sin

2

a2-2hlcos

ac) =

sin2Ѳ

2

Atau

sin2Ѳ

2

[

sin2Ѳ(h2

a2

k2sin

2Ѳ

a2-2hlcos

ac)]

Untuk memperoleh nilai parameter kisi menggunakan hubungan :

sin2Ѳ

2

[

sin2Ѳ(h2

a2

k2sin

2Ѳ

a2-2hlcos

ac)]

sin2Ѳ

2

h2

sin2 2

b2(k2)

2

c2(

l2

sin2 )

2ac(hlcos

sin2 ) sin2Ѳ

Akan diperoleh bentuk :

sin2Ѳ

Keterangan :

2

a2

h2

sin2Ѳ

2

b2 k

2

2

c2

l2

sin2

- 2

a2

hlcos

sin2

dan sin22Ѳ

Nilai E, D, C, B dan A dapat diperoleh dari persamaan :

∑ sin2Ѳ ∑ a2 ∑ ∑ ∑ ∑

∑ sin2Ѳ ∑ ∑ 2 ∑ ∑ ∑

∑ sin2Ѳ ∑ ∑ ∑

2 ∑ ∑

∑ sin2Ѳ ∑ ∑ ∑ ∑ 2 ∑

∑ sin2Ѳ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ 2

24

Nilai E, D, C, B dan A diperoleh dari 5 persamaan, yaitu :

256.306 = 65.246 + 237.035 + 121.271 + 88.831

65.246 = 616.000 + 222.113 – 38.173 + 181.311

237.035 = 222.113 + 504.904 + 133.500 + 164.332

-121.271= -38.173 - 133.500 + 66.286 – 43.099

88.831 = 181.311 + 164.332 – 43.099 + 82.078

Bentuk Ax = B

256,306 65,246 237,035 121,271 88,831 E = 2,413

65,246 616,000 222,113 38,173 181,311 D = 4,962

237,035 222,113 504,904 133,500 164,332 C = 4,476

-121,271 38,173 133,500 66,286 43,099 B = -1,171

88,831 181,311 164,332 43,099 82,078 A = 2,238

Mencari determinan matriks A

256,306 65,246 237,035 121,271 88,831

65,246 616,000 222,113 38,173 181,311

|A|= 237,035 222,113 504,904 133,500 164,332

= 1565931468

-121,271 38,173 133,500 66,286 43,099

88,831 181,311 164,332 43,099 82,078

Mencari determinan matriks A1

2,413 65,246 237,035 121,271 88,831

4,962 616,000 222,113 38,173 181,311

|A1|= 4,476 222,113 504,904 133,500 164,332

= 149695756,6

-1,171 38,173 133,500 66,286 43,099

2,238 181,311 164,332 43,099 82,078

Mencari determinan matriks A2

256,306 2,413 237,035 121,271 88,831

65,246 4,962 222,113 38,173 181,311

|A2|= 237,035 4,476 504,904 133,500 164,332

=77369010,95

-121,271 -1,171 133,500 66,286 43,099

88,831 2,238 164,332 43,099 82,078

Mencari determinan matriks A3

256,306 65,246 2,413 121,271 88,831

65,246 616,000 4,962 38,173 181,311

|A3|= 237,035 222,113 4,476 133,500 164,332

=78114504,19

-121,271 38,173 -1,171 66,286 43,099

88,831 181,311 2,238 43,099 82,078

25

Nilai E diperoleh dari : | |

| | .

Nilai D diperoleh dari : | 2|

| | .

Nilai C diperoleh dari : | |

| | .

Sehingga didapatkan :

Nilai parameter kisi a

2√ 7. 75 5

Nilai parameter kisi b

2√ . 5 5

Nilai parameter kisi c

2√ . 2

Puncak 2θex 2θre %2θ h K l θ sin sin2 cos

1 11,8 11,712 99,254 1 0 1 5,9 2,128 0,849 0,720 -0,529

2 17,24 17,238 99,988 1 0 2 8,62 2,128 0,849 0,720 -0,529

3 20,02 20,004 99,920 0 2 1 10,01 2,128 0,849 0,720 -0,529

4 22,3 22,263 99,834 0 1 2 11,15 2,128 0,849 0,720 -0,529

5 23,54 23,517 99,902 2 0 2 11,77 2,128 0,849 0,720 -0,529

6 26,24 26,189 99,806 0 3 0 13,12 2,128 0,849 0,720 -0,529

7 27,64 27,594 99,834 0 3 1 13,82 2,128 0,849 0,720 -0,529

8 28,16 28,127 99,883 2 1 0 14,08 2,128 0,849 0,720 -0,529

9 29,54 29,455 99,712 2 2 2 14,77 2,128 0,849 0,720 -0,529

10 30,92 31,475 101,795 1 3 2 15,46 2,128 0,849 0,720 -0,529

11 32,86 32,778 99,750 0 1 3 16,43 2,128 0,849 0,720 -0,529

12 33,46 33,408 99,845 1 3 1 16,73 2,128 0,849 0,720 -0,529

13 36,66 36,65 99,973 3 1 3 18,33 2,128 0,849 0,720 -0,529

14 40,84 40,798 99,897 0 4 2 20,42 2,128 0,849 0,720 -0,529

Α 2 Γ

2 Δ

2 ϕ ϕ

2

1,388 1,927 0,000 0,000 1,388 1,927 -0,734 0,539 0,000 1,927

1,388 1,927 0,000 0,000 5,553 30,834 -1,468 2,156 0,000 7,708

0,000 0,000 4,000 16,000 1,388 1,927 0,000 0,000 0,000 0,000

0,000 0,000 1,000 1,000 5,553 30,834 0,000 0,000 0,000 0,000

5,553 30,834 0,000 0,000 5,553 30,834 -2,936 8,623 0,000 30,834

0,000 0,000 9,000 81,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

0,000 0,000 9,000 81,000 1,388 1,927 0,000 0,000 0,000 0,000

5,553 30,834 1,000 1,000 0,000 0,000 0,000 0,000 5,553 0,000

5,553 30,834 4,000 16,000 5,553 30,834 -2,936 8,623 22,211 30,834

1,388 1,927 9,000 81,000 5,553 30,834 -1,468 2,156 12,494 7,708

0,000 0,000 1,000 1,000 12,494 156,096 0,000 0,000 0,000 0,000

1,388 1,927 9,000 81,000 1,388 1,927 -0,734 0,539 12,494 1,927

12,494 156,096 1,000 1,000 12,494 156,096 -6,607 43,652 12,494 156,096

0,000 0,000 16,000 256,000 5,553 30,834 0,000 0,000 0,000 0,000

256,306 616,000 504,904 66,286 65,246 237,035

26

Τ Τ Τ sin2θ sin

2θ sin

2θ ϕsin

2θ sin

2θ

0,571 0,000 0,571 0,015 0,000 0,015 -0,008 0,004

4,872 0,000 1,218 0,031 0,000 0,125 -0,033 0,020

1,623 4,676 0,000 0,000 0,121 0,042 0,000 0,035

7,963 1,434 0,000 0,000 0,037 0,207 0,000 0,054

8,833 0,000 8,833 0,231 0,000 0,231 -0,122 0,066

0,000 17,513 0,000 0,000 0,463 0,000 0,000 0,100

2,976 19,292 0,000 0,000 0,513 0,079 0,000 0,122

0,000 2,220 12,329 0,328 0,059 0,000 0,000 0,131

13,415 9,663 13,415 0,361 0,260 0,361 -0,191 0,157

15,124 24,513 3,781 0,099 0,639 0,394 -0,104 0,193

36,586 2,928 0,000 0,000 0,080 0,999 0,000 0,234

4,205 27,260 4,205 0,115 0,745 0,115 -0,061 0,251

44,479 3,560 44,479 1,234 0,099 1,234 -0,653 0,352

23,686 68,251 0,000 0,000 1,946 0,675 0,000 0,519

164,332 181,311 88,831 2,413 4,962 4,476 -1,171 2,238

7.2 Penentuan ACS nanopartikel dengan menggunakan software Origin

Keterangan :

ACS = Atomic Crystal Size (Å)

B = FWHM (Full Width at Half Maximum)

= Panjang gelombang Cu = 1.5406 Å

= Sudut difraksi

T Γ Γϕ ϕ sin22θ sin

2θ

2 ϕ

-1,019 0,000 0,000 -1,019 0,041 0,011 0,412 0,169 -0,302

-2,038 0,000 0,000 -8,153 0,088 0,022 0,877 0,770 -1,288

0,000 5,553 0,000 0,000 0,117 0,030 1,169 1,367 0,000

0,000 5,553 0,000 0,000 0,143 0,037 1,434 2,056 0,000

-16,305 0,000 0,000 -16,305 0,159 0,042 1,591 2,530 -4,671

0,000 0,000 0,000 0,000 0,195 0,051 1,946 3,787 0,000

0,000 12,494 0,000 0,000 0,214 0,057 2,144 4,595 0,000

0,000 0,000 0,000 0,000 0,222 0,059 2,220 4,930 0,000

-16,305 22,211 -11,746 -16,305 0,242 0,065 2,416 5,836 -7,094

-2,038 49,975 -13,214 -8,153 0,272 0,071 2,724 7,418 -3,999

0,000 12,494 0,000 0,000 0,293 0,080 2,928 8,575 0,000

-1,019 12,494 -6,607 -1,019 0,303 0,083 3,029 9,174 -2,223

-82,546 12,494 -6,607 -82,546 0,356 0,099 3,560 12,674 -23,521

0,000 88,845 0,000 0,000 0,427 0,122 4,266 18,196 0,000

-121,271 222,113 -38,173 -133,500 3,072 0,829 30,715 82,078 -43,099

27

Nama

Sampel

Lorenztian

Area Center

(o)

cos B (rad) B (o) u ACS (Å)

Sampel 1 1095,0 21,032 10,52 0.1603 0.000279 0,94 0.9832

Sampel 2 1211,3 20,994 10,50 0.1557 0.000272 0,94 0.9833

Sampel 3 1575,7 21,079 10,54 0.1741 0.000304 0,94 0,9831

Lampiran 8 Data JCPDS Selulosa

Lampiran 9 Perhitungan Densitas Komposit

a. Biokomposit

m

m m2

x air . 2

5.5 2 . 5x . g cm

b. Komposit Fiber Glass

m

m m2

x air 5.

. . x . 2 g cm

28

Lampiran 10 Grafik Size Dispersion by Number with Cumulants method

29

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 10 Mei 1992 dari pasangan Jasril

dan Nur‟aini. Penulis adalah anak kelima dari enam bersaudara. Tahun 2010

penulis lulus dari SMA Negeri 1 Jakarta dan pada tahun yang sama penulis lulus

seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi

Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan

Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA).

Selama menempuh pendidikan, penulis menjadi asisten praktikum Fisika

TPB IPB 2012/2013 sampai 2013/2014. Penulis juga pernah aktif dibeberapa

kegiatan kepanitian organisasi dan menjadi anggota organisasi Himpunan

Mahasiswa Fisika sebagai anggota Divisi Pengembangan Sumberdaya Manusia

(2012-2013).

Penulis juga aktif di kegiatan ilmiah sebagai Ketua PKM yang menerima

dana hibah Dikti bidang Karsa Cipta 2013, penerima dana hibah Tanoto sebagai

PKM KC terbaik ke 5 dari seluruh PKM KC yang terdanai Dikti tahun 2013, dan

penerima hibah Dikti Program Kreativitas Mahasiswa bidang Penelitian tahun

2014.