PENGARUH KOMPOSISI RESIN POLIESTER BERPENGISI SERBUK KULIT KERANG TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK PAPAN PARTIKEL
SKRIPSI
Oleh
FENDI SUWITO 120405123
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JUNI 2016
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH KOMPOSISI RESIN POLIESTER BERPENGISI SERBUK KULIT KERANG TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK PAPAN PARTIKEL
SKRIPSI
Oleh
FENDI SUWITO 120405123
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA JUNI 2016
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul :
PENGARUH KOMPOSISI RESIN POLIESTER BERPENGISI SERBUK KULIT KERANG TERHADAP SIFAT FISIK DAN MEKANIK PAPAN PARTIKEL
yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini adalah hasil karya saya kecuali kutipan-kutipan yang telah saya sebutkan sebelumnya. Demikian pernyataan ini diperbuat, apabila dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan karya saya atau merupakan hasil jiplakan maka saya bersedia menerima sanksi sesuai dengan aturan yang berlaku.
Medan,
Juni 2016
Fendi Suwito NIM. 120405123
i Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Pengaruh Komposisi Resin Poliester Berpengisi Serbuk Kulit Kerang Terhadap Sifat Fisik Dan Mekanik Papan Partikel”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pemanfaatan limbah kulit kerang yang dapat diolah lebih lanjut sehingga didapat serbuk kulit kerang yang memiliki potensi untuk dijadikan bahan pengisi dalam pembuatan produk papan partikel Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1.
M. Hendra S. Ginting, ST, MT selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis pada penyusunan & penulisan skripsi ini dan selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah membimbing penulis dalam hal akademik selama kuliah di Teknik Kimia USU.
2.
Ir. Renita Manurung, M.T selaku Koordinator Penelitian Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
3.
Dr. Eng. Ir. Irvan, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
4.
Dr. Ir. Iriany, M.Si selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
5.
Dr. Maulida, S.T., M.Sc. selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan kritik dan saran yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
6.
Seluruh staf Dosen Teknik Kimia USU, yang telah mendidik dan membagikan ilmu kepada penulis selama perkuliahan.
iii Universitas Sumatera Utara
7.
Pegawai Departemen Teknik Kimia USU, yang telah membantu penulis dalam hal administrasi selama perkuliahan.
8.
Billy Tanujaya, selaku partner penelitian penulis.
9.
Sahabat - sahabat tercinta, Elmer Surya ST, Tommy Arysaputra ST, Addryanus Tantra ST, Adrian Hartanto ST, Kelvin Hadinatan ST, Andri Rusli ST, Sukardi ST, Ricky Chuandri, Wahyu Tanady, Prayogo Liu Putra, Kelvin Kosasih, Meilia, Kenrick, Alvian, dan Nike Taruna yang telah memberikan semangat dan dorongan kepada penulis untuk melakukan penelitian.
10. Rekan-rekan asisten Laboratorium Proses Industri Kimia, Oby Vijay Sitorus, Agus Winarta, Leonardo Indra, Saprin Lubis, Samsul Bahari Damanik, Nisaul Fadillah Dalimunthe, Rory Farham Partogi, Feni Rietry, dan M. Arief Alhamdy. 11. Abang dan kakak senior, teman-teman stambuk 2012, dan adik-adik stambuk 2013 hingga 2015 yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan,
Juni 2016
Penulis
Fendi Suwito
iv Universitas Sumatera Utara
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada keluarga besar penulis atas dukungan dan kasih sayang mereka, terutama kepada orang tua, Selie Suwito dan Jong Tjin Elini serta kakak-adikku Vera Yanti, Fenny, dan Fitel Suwito.
v Universitas Sumatera Utara
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama
: Fendi Suwito
NIM
: 120405123
Tempat/Tgl. Lahir : Desa Pon, 23 Januari 1995 Nama orang tua
: Selie Suwito Jong Tjin Elini
Alamat orang tua : Jalan Gempolan No. 28, Sei Bamban, Kabupaten Serdang Bedagai, Medan-Indonesia Asal Sekolah
SD Swasta R. A. Kartini-Sei Rampah, tahun 2000-2006
SMP Swasta R. A. Kartini-Sei Rampah, tahun 2006-2009
SMA Swasta F. Tandean-T.Tinggi, tahun 2009-2012
Pengalaman Organisasi/Kerja : 1. Asisten Laboratorium Proses Industri Kimia tahun 2015-2016 modul : Esterifikasi, Pembuatan Biodiesel dengan Metode Transesterifikasi, Resin Urea Formaldehid, Pembuatan Komposit dengan Metode Hand Lay-up, dan Reaktor Fasa Cair. 2. Kerja Praktek di PTPN II Pabrik Gula Sei Semayang tahun 2015. 3. Anggota Keluarga Mahasiswa Budhis (KMB) Universitas Sumatera Utara tahun 2012-2016. 4. Anggota
Himpunan
Mahasiswa
Teknik
(HIMATEK)
Universitas
Sumatera Utara tahun 2012-2016. Artikel telah disubmit dalam jurnal: Asian Journal of Chemistry dengan judul (Anadora Granosa) Compostion on Physical
“ Effect of Clam Shell Powder and Mechanical Properties of
Polyester Resin Particle Board Products” Prestasi akademik/non akademik yang pernah dicapai: 1. Juara III Tunggal Putra Kejuaraan Bulu Tangkis Rimbun Jaya Cup Serdang Bedagai Tahun 2007
vi Universitas Sumatera Utara
2. Juara I Ganda Putra Kejuaraan Bulu Tangkis Piala David Serdang Bedagai Tahun 2008 3. Juara III Ganda Putra Kejuaraan Bulu Tangkis Piala Walikota Tebing Tinggi Tahun 2011 4. Menjadi peserta Olimpiade Fisika Sekota Tebing Tinggi Tahun 2011. 5. Juara I Ganda Campuran Pekan Olahraga Seni dan Teknik Universitas Sumatera Utara Tahun 2015
vii Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Papan partikel berpengisi serbuk kulit kerang merupakan salah satu produk panil yang menggunakan serbuk kulit kerang dan diikat dengan perekat resin poliester tak jenuh. Penggunaan serbuk kulit kerang sebagai pengisi selain untuk memanfaatkan limbah yang ada, juga karena sifatnya yang sangat keras dan kuat karena mengandung kalsium oksida (CaO) dan magnesium oksida (MgO) yang sangat tinggi, yang cocok untuk meningkatkan sifat mekanik dari papan partikel. Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui komposisi yang terbaik dari perbandingan komposisi poliester-serbuk kulit kerang dalam pembuatan papan partikel. Papan partikel dibuat dengan resin poliester tak jenuh sebagai matriks dan dicampur dengan serbuk kulit kerang sebagai pengisi dengan katalis metil etil keton peroksida yang akan dicetak dengan alat Compression Molding. Papan partikel yang telah dicetak kemudian diuji sifat fisik dan sifat mekaniknya. Hasil pengujian sifat fisik didapat nilai yang cenderung meningkat seiring bertambahnya komposisi pengisi. Hasil pengujian sifat mekanik terbaik terdapat pada penambahan komposisi pengisi 30% dengan nilai tertinggi dari karakterisasi papan partikel yang meliputi keteguhan patah (MOR) 40,911 MPa, keteguhan lentur (MOE) 180,547 MPa, dan keteguhan rekat internal (IB) 13,605 MPa. Sifat fisik dan mekanik telah memenuhi persyaratan Japanese Industrial Standar (JIS) A 5908-2003 kecuali untuk uji keteguhan lentur (MOE). Kata kunci: katalis, komposisi, kulit kerang, papan partikel, poliester.
viii Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT Particle board using clamshell powder were one of the panel’s product using powder shells and attached it with adhesive unsaturated polyester resin. The usage of powder shells as filler were not only the addition to utilizing the waste but also to increase the hardest and strongest characterization for particle board. The powder shells contained calcium oxide (CaO) and magnesium oxide (MgO) component, which were suitable to improve the mechanical properties of the particle board. The purpose of this research was to determine the best composition of polyester and shells powder in the manufactured of particle board. Particle board was made using unsaturated polyester resins as a matrix and mixed it with shells powder as filler in addition of methyl ethyl ketone peroxide as catalyst to be attached by using compression molding method. Then the particle board product were tested for the physical and mechanical properties. Results of testing physical properties increased exponentially with the filler composition. The mechanical properties test results showed that the best results was the composition of shells 30% with the highest value of modulus of rupture (MOR) 40,911 MPa, modulus of elasticity (MOE) 180,547 MPa and internal bonding (IB) 13,605 MPa. Physical and mechanical properties of particle board generally meets the requirements of the Japanese Industrial Standard (JIS) A 5908-2003 except for modulus of elasticity (MOE). Keyword: catalyst, composition, clam shell, particle board, polyester.
ix Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI Halaman PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
i
PENGESAHAN
ii
PRAKATA
iii
DEDIKASI
v
RIWAYAT HIDUP PENULIS
vi
ABSTRAK
viii
ABSTRACT
ix
DAFTAR ISI
x
DAFTAR GAMBAR
xiv
DAFTAR TABEL
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
xviii
DAFTAR SINGKATAN
xx
DAFTAR SIMBOL
xxi
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 LATAR BELAKANG
1
1.2 PERUMUSAN MASALAH
4
1.3 TUJUAN PENELITIAN
4
1.4 MANFAAT PENELITIAN
5
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 KOMPOSIT
7
2.2 KONSTITUEN KOMPOSIT
7
2.2.1 Matriks
8
2.2.1.1 Resin Polyester Tak Jenuh
10
2.2.1.2 Katalis Metil Etil Keton Peroksida
11
2.2.2 Pengisi
13
2.2.2.1 Kulit Kerang
16
2.3 PAPAN PARTIKEL KOMPOSIT
18
2.4 METODE PENYEDIAAN KOMPOSIT
19
x Universitas Sumatera Utara
2.5 PENGUJIAN/KARATERISASI PAPAN PARTIKEL
19
2.5.1 Uji Kerapatan
19
2.5.2 Uji Kadar Air
20
2.5.3 Uji MOR dan MOE
20
2.5.4 Uji Pengembangan Tebal
21
2.5.5 Uji Keteguhan Rekat Internal
22
2.5.6 Uji Kekuatan Bentur
22
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
25
3.1 LOKASI DAN WAKTU PENELITIAN
25
3.2 BAHAN DAN PERALATAN
25
3.2.1 Bahan
25
3.2.2 Peralatan
26
3.3 PROSEDUR PENELITIAN
26
3.4.1 Penyediaan Matriks Papan Partikel
26
3.4.2 Penyediaan Pengisi Papan Partikel
27
3.4.3 Proses Pembuatan Papan Partikel
28
3.4 PENGUJIAN PAPAN PARTIKEL
32
3.4.1 Uji Kerapatan dengan JIS A 5908-2003
32
3.4.2 Uji Kadar Air dengan JIS A 5908-2003
32
3.4.3 Uji MOR dan MOE dengan JIS A 5908-2003
33
3.4.4 Uji Pengembangan Tebal dan Kekuatan Rekat dengan JIS A
33
5908-2003 3.4.5 Uji Kekuatan Bentur (Impact Strength) dengan JIS A 5908-
34
2003 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
35
4.1 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT
35
KERANG TERHADAP KERAPATAN PAPAN PARTIKEL 4.2 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT
37
KERANG TERHADAP KADAR AIR PAPAN PARTIKEL 4.3 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT
39
KERANG TERHADAP PENGEMBANGAN TEBAL PAPAN PARTIKEL
xi Universitas Sumatera Utara
4.4 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT
41
KERANG TERHADAP KETEGUHAN PATAH (MODULUS OF RUPTURE) PAPAN PARTIKEL 4.5 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT
43
KERANG TERHADAP KETEGUHAN LENTUR (MODULUS OF ELASTICITY) PAPAN PARTIKEL 4.6 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT
45
KERANG TERHADAP KETEGUHAN REKAT INTERNAL (INTERNAL BOND) PAPAN PARTIKEL 4.7 PENGARUH VARIASI KOMPOSISI PENGISI SERBUK KULIT KERANG
TERHADAP
KEKUATAN
BENTUR
47
(IMPACT
STRENGTH) PAPAN PARTIKEL BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
49
5.1 KESIMPULAN
49
5.2 SARAN
50
DAFTAR PUSTAKA
51
xii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Struktur Kimia Poliester Tak Jenuh
11
Gambar 2.2
Gambar Komposit Arah Penguatan Isotropik
13
Gambar 2.3
Gambar Komposit Arah Penguatan Anisotropik
14
Gambar 2.4
Kelas Komposit
15
Gambar 2.5
Gambar Kerang Darah dan Serbuk Kulit Kerang Darah
16
Gambar 2.6
Gambaran Umum Uji MOE dan MOR
20
Gambar 2.7
Pengujian Internal Bond
22
Gambar 2.8
Spesimen V-Notch Metoda Charpy dan Izod
23
Gambar 2.9
Skema Pengujian Impak
23
Gambar 3.1
Gambar Flowchart Prosedur Penyediaan Matriks Papan
27
Partikel 28
Gambar 3.3
Gambar Flowchart Prosedur Penyediaan Pengisi Papan Partikel Gambar Flowchart Prosedur Pembuatan Papan Partikel
Gambar 3.4
Gambar Sketch Cetakan Pengujian Papan Partikel
30
Gambar 3.5
Gambar Compression Molding
31
Gambar 3.6
Gambar Alat Uji MOR dan MOE
31
Gambar 3.7
Gambar Alat Uji Kuat Impak
31
Gambar 3.8
Ukuran Dimensi Spesimen Uji Kerapatan JIS A 5908-
32
Gambar 3.2
29
2003 Gambar 3.9
Ukuran Dimensi Spesimen Uji Kadar Air JIS A 5908-
32
2003 Gambar 3.10
Ukuran Dimensi Spesimen Uji MOE dan MOR JIS A
33
5908-2003 Gambar 3.11
Ukuran Dimensi Spesimen Uji Pengembangan Tebal dan
34
Kekuatan Rekat JIS A 5908-2003 Gambar 3.12
Ukuran Dimensi Spesimen Uji Kekuatan Bentur JIS A
34
5908-2003 Gambar 4.1
Pengaruh Variasi Komposisi Pengisi Serbuk Kulit
35
xiii Universitas Sumatera Utara
Kerang Terhadap Kerapatan Papan Partikel Gambar 4.2
Pengaruh Variasi Komposisi Pengisi Serbuk Kulit
37
Kerang Terhadap Kadar Air Papan Partikel Gambar 4.3
Pengaruh Variasi Komposisi Pengisi Serbuk Kulit
41
Kerang Terhadap Keteguhan Patah (Modulus of Rupture) Papan Partikel Gambar 4.4
Pengaruh Variasi Komposisi Pengisi Serbuk Kulit
41
Kerang Terhadap Keteguhan Lentur (Modulus of Elasticity) Papan Partikel Gambar 4.5
Pengaruh Variasi Komposisi Pengisi Serbuk Kulit
43
Kerang Terhadap Keteguhan Rekat Internal (Internal Bond) Papan Partikel Gambar 4.6
Pengaruh Variasi Komposisi Pengisi Serbuk Kulit
45
Kerang Terhadap Kekuatan Bentur (Impact Strength) Papan Partikel Gambar C.1
Matriks Poliester Tak Jenuh
62
Gambar C.2
Pengisi Serbuk Kulit Kerang Darah
62
Gambar C.3
Bahan Pengeras Gypsum
63
Gambar C.4
Proses Pembuatan Papan Partikel
63
Gambar C.5
Proses Pencetakan Papan Partikel
64
Gambar C.6
Produk Papan Partikel
65
Gambar C.7
Alat Uji Kuat Rekat Internal (Internal Bond)
65
Gambar C.8
Alat Uji MOR dan MOE (Modulus of Rapture dan
66
Modulus of Elasticity) Gambar C.9
Alat Uji Bentur
66
xiv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1.1
Penelitian Terdahulu yang Menggunakan Bahan Kulit
3
Kerang Darah Tabel 2.1
Spesifikasi Resin Poliester Tak Jenuh Yukalac BQTN
11
157 Tabel 2.2
Komposisi Kimia Serbuk Kulit Kerang
17
Tabel 3.1
Sifat Fisika dan Kimia Poliester
25
Tabel 3.2
Sifat Fisika dan Kimia MEKPO
25
Tabel 4.1
Hasil Analisa Pengembangan Tebal Selama 24 Jam
39
Tabel A.1
Data Hasil Densitas (Density)
57
Tabel A.2
Data Hasil Kadar Air (Moisture Content)
57
Tabel A.3
Data Hasil Pengembangan Tebal
57
Tabel A.4
Data Hasil Modulus of Rapture (MOR) & Modulus of
58
Elasticity (MOE) Tabel A.5
Data Hasil Keteguhan Rekat Internal (Internal Bond/IB)
58
Tabel A.6
Data Hasil Analisis Kekuatan Bentur (Impact Strength)
59
xv Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran A
Data Penelitian
57
A.1. Data Hasil Densitas (Density)
57
A.2. Data Hasil Kadar Air (Moisture Content)
57
A.3. Data Hasil Pengembangan Tebal
57
A.4. Data Hasil Modulus of Rapture (MOR) & Modulus of
58
Elasticity (MOE) A.5. Data Hasil Keteguhan Rekat Internal (Internal
58
Bond/IB) A.6. Data
Hasil
Analisis
Kekuatan
Bentur
(Impact
59
Strength) Lampiran B
Lampiran C
Contoh Perhitungan
60
B.1 Contoh Perhitungan Fraksi Massa Bahan Baku
60
B.2 Perhitungan Kadar Air Papan Partikel
60
B.3 Perhitungan Pengembangan Tebal Papan Partikel
61
B.4 Perhitungan Densitas
61
Dokumentasi Penelitian
62
C.1. Matriks Poliester Tak Jenuh
62
C.2. Pengisi Serbuk Kulit Kerang Darah
62
C.3. Proses Pembuatan Papan Partikel
63
C.4. Proses Pencetakan Papan Partikel
63
C.5. Produk Papan Partikel
64
C.6. Alat Uji Kuat Rekat Internal (Internal Bond)
65
C.7. Alat Uji MOR dan MOE (Modulus of Rapture dan
65
Modulus of Elasticity) C.8. Alat Uji Bentur
66
xvi Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN MEKPO
Methyl Etil Keton Peroksida
MOR
Modulus of Rupture
MOE
Modulus of Elasticity
FTIR
Fourier Transform Infra-Red
JIS
Japanese Industrial Standard
IB
Internal Bond
MEKPO
Methyl Etil Keton Peroksida
xvii Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Dimensi
BA
Berat awal (udara kering)
gr
BKO
Beerat kering oven
gr
∆P
Beban
kgf
L
Jarak sangga
cm
∆y
Perubahan defleksi
cm
b
Lebar
cm
h
Tebal
cm
t1
Tebal bahan sebelum perendaman
cm
t2
Tebal bahan setelah perendaman
cm
A
Luas permukaan benda
cm2
E
Modulus young
MPa
ρ
Densitas
gr/cm2
σ
Tegangan
N/mm2
xviii Universitas Sumatera Utara
