Aplikasi Serat Buah Kapuk (Ceiba pentandra) dan Balsa (Ochroma pyramidale) Termodifikasi pada Produk Komposit Plastik

Abstract

Upaya pemanfaatan serat kapuk dan balsa sebagai alternatif bahan serat lignoselulosa, sebagai bahan pengisi dan penguat komposit plastik berbahan matriks polimer polipropilena dan epoksi telah dilakukan. Secara umum tujuan penelitian ini adalah untuk menghasilkan produk ramah lingkungan berbahan serat kapuk dan balsa yang dapat menjadi subtitusi bahan konvensional di dalam komposit plastik. Penambahan serat kapuk dan balsa diharapkan dapat meningkatkan sifat fisis, mekanis, dan sifat-sifat unggul komposit plastik. Penelitian ini terdiri atas 5 tahapan. Penelitian tahap satu bertujuan untuk melakukan karakterisasi sifat-sifat dasar serat kapuk dan balsa meliputi dimensi dan morfologi serat, komposisi kimia, kristalinitas, gugus fungsi, sifat termal dan hidrofobisitas serat. Tahap dua bertujuan untuk mengetahui pengaruh kadar serat konsentrasi rendah yaitu 0%, 2.5%, 5%, 7.5%, dan 10% serat (b/b) terhadap sifat fisis dan mekanis komposit dengan matriks polipropilena. Tahap tiga adalah melakukan modifikasi permukaan serat melalui perlakuan kimia dan fisik serta pembuatan dan pengujian komposit polipropilena berpenguat serat kapuk dan balsa termodifikasi. Modifikasi kimia menggunakan metode alkalisasi dengan NaOH konsentrasi 2%, 4%, 6%, 8% dan 10% (b/v) dan metode asetilasi dengan anhidrida asetat (perlakuan asetilasi dengan anhidrida asetat selama 1 jam, anhidrida asetat, dan katalis dengan waktu 1 jam dan 5 jam). Modifikasi secara fisik menggunakan radiasi plasma korona dengan variasi waktu radiasi (10, 20, dan 30 menit). Penelitian tahap empat adalah pembuatan dan pengujian komposit polipropilena dengan bahan penguat serat kapuk dan balsa konsentrasi tinggi yaitu 30%, 40%, dan 50% serat (b/b) serta menganalisis pengaruh penambahan bahan aditif MAPP terhadap sifat-sifat komposit yang dihasilkan. Tahap lima adalah pembuatan komposit plastik berbahan matriks resin epoksi dan serat kapuk dan balsa konsentrasi tinggi yaitu 30%, 40%, 50%, dan 60% (b/b) serta menganalisa sifat-sifat fisis, mekanis dan akustik dari komposit yang dihasilkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa serat kapuk dan balsa merupakan serat bersel tunggal dengan struktur sel hollow, berdinding tipis dengan lumen yang sangat besar. Kedua jenis serat bersifat hidrofobik karena kandungan lilin pada permukaan seratnya. Terdapat kemiripan baik secara fisik (morfologi) maupun komponen kimia penyusun serat kapuk dan balsa. Peningkatan jumlah serat pada konsentrasi rendah yang ditambahkan ke dalam komposit dapat meningkatkan modulus tarik komposit secara linier, namun sebaliknya pada kuat tarik dan elongasi nilainya menurun secara linier. Karakteristik komposit polipropilena berpenguat serat kapuk dan balsa berbeda dengan komposit polipropilena berpenguat serat kayu. Modifikasi serat melalui proses alkalisasi dapat mengubah morfologi permukaan serat, meningkatkan kristalinitas dan sifat keterbasahan serat. Proses asetilasi yang dilakukan terhadap serat kapuk dan balsa dapat mengubah morfologi, gugus fungsional serat, indeks kristalinitas, dan sifat keterbasahan serat. Tidak terjadi perubahan gugus fungsional penyusun serat, indeks kristalinitas dan sudut kontak secara signifikan pada perlakuan plasma. Hasil penelitian menunjukkan bahwa modifikasi permukaan serat kapuk dan balsa dapat dilakukan dengan perlakuan alkalisasi, asetilasi dan plasma, serta dapat meningkatkan kualitas komposit yang dihasilkan. Sifat mekanis berupa kuat tarik tertinggi diperoleh dari komposit dengan serat alkalisasi 10%, serat terasetilasi dengan anhidrida asetat + katalis selama 5 jam, dan plasma 20 menit. Perlakuan pendahuluan berupa modifikasi permukaan serat baik secara kimia maupun fisik dapat meningkatkan adhesi antara serat dan matriks sehingga menghasilkan peningkatan sifat-sifat mekanis komposit. Modifikasi serat dengan NaOH mampu meningkatkan nilai kuat tarik komposit lebih tinggi dibandingkan dengan asetilasi dan plasma. Perlakuan alkali dan plasma menunjukkan peningkatan nilai modulus tarik komposit yang lebih tinggi dibandingkan perlakuan asetilasi. Elongasi lebih baik dihasilkan pada komposit dengan serat alkali dan asetilasi. Penambahan serat konsentrasi tinggi sangat signifikan menurunkan kekuatan komposit dibandingkan dengan penambahan serat dengan konsentrasi rendah. Namun demikian, kelemahan tersebut dapat diatasi dengan penambahan MAPP sehingga sebagian besar komposit mengalami peningkatan kuat tarik sebesar lebih dari dua kali lipat dibandingkan dengan komposit tanpa MAPP. Penambahan serat kapuk dan balsa konsentrasi tinggi dapat meningkatkan kekakuan komposit epoksi. Elongasi menurun dengan penambahan serat. Modulus patah (MOR) meningkat lebih dari 100% dengan penambahan serat di atas 30%. Modulus elastisitas (MOE) dan kuat pukul komposit meningkat sejalan dengan penambahan serat. Komposit epoksi dengan serat kapuk dan balsa berpotensi dijadikan bahan reflektif yang dapat digunakan pada panel-panel akustik ruangan. Untuk menjadikan komposit sebagai bahan penyerap suara maka kerapatan komposit harus diturunkan. Dengan demikian, komposit dari polimer polipropilena dan epoksi yang diperkuat dengan serat kapuk dan balsa berpotensi dikembangkan untuk meningkatkan nilai tambah dari kedua jenis serat tersebut sesuai dengan penggunaan yang sesuai berdasarkan karakteristik komposit yang dihasilkan.