Karakteristik Material Hybrid Green Composite Berpenguat Kombinasi Serat Rami dan Ampas Tebu dengan Matriks Polylactic Acid (PLA)

Abstract

Penggunaan bahan baku tidak ramah lingkungan (sintetis) dalam pemenuhan kebutuhan hidup manusia dapat memberikan dampak buruk dan mencemari lingkungan ketika dibuang di alam. Hal tersebut berpotensi besar dalam merusak lingkungan jika dilakukan secara terus-menerus, tanpa ada pengendalian dan alternatif pengganti dari bahan baku lain. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mengatasi hal tersebut adalah dengan menggunakan bahan baku ramah lingkungan yang berasal dari alam. Namun, ketersediaan bahan baku yang berasal dari alam jumlahnya semakin terbatas, sehingga perlu dilakukan pengembangan dan rekayasa material untuk menghasilkan bahan baku ramah lingkungan yang dapat menjadi alternatif pengganti bahan baku tidak ramah lingkungan (sintetis). Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan sintesis material komposit ramah lingkungan (green composite) dengan memanfaatkan bahan tidak terpakai berasal dari alam yang jumlahnya melimpah, seperti limbah pertanian. Pemanfaatan limbah pertanian tidak hanya mampu menghasilkan bahan baku ramah lingkungan, tetapi juga dapat mengurangi ketersediaan limbah di alam dan meningkatkan nilai guna dan ekonomis limbah tersebut. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan rekayasa material melalui sintesis material green composite dengan memanfaatkan limbah pertanian untuk menghasilkan bahan baku ramah lingkungan. Sintesis material green composite pada penelitian ini dilakukan menggunakan teknik hibridisasi dengan mengkombinasikan serat rami dan ampas tebu sebagai penguat dan emulsi PLA PL-1000 sebagai matriks. Sebelum sintesis material dilakukan, serat rami dan ampas tebu dimodifikasi menggunakan alkalisasi NaOH dengan konsentrasi 8% (w/v) untuk serat rami dan 7% (w/v) untuk serat ampas tebu, selama 5 (lima) jam pada suhu 70οC menggunakan magnetic stirrer dengan kecepatan 200 rpm. Selain itu, dilakukan penentuan persentase massa PLA pada emulsi PLA PL-1000. Selanjutnya dilakukan kombinasi variasi fraksi massa serat rami dan ampas tebu, diantaranya adalah sampel A (40:0)%, sampel B (30:10)%, sampel C (20:20)%, sampel D (10:30)%, dan sampel E (0:40)% dengan fraksi massa PLA 60%. Kemudian sintesis material dilakukan menggunakan metode compression molding yaitu dengan menempatkan penyusun material komposit yang sudah dioven dengan suhu 50οC selama 24 jam, pada cetakan berukuran (10 1,5 0,8) cm, kemudian ditekan menggunakan hot pressed machine pada suhu 130οC dan tekanan 3 MPa selama 15 menit. Material komposit selanjutnya dikarakterisasi untuk mengetahui pengaruh kombinasi variasi fraksi massa serat rami dan ampas tebu terhadap karakteristik material hybrid green composite PLA/Rami/Ampas tebu yang dihasilkan. Karakterisasi yang dilakukan meliputi uji densitas, uji tarik dan bending menggunakan mesin uji tarik dan bending merek Hung Ta tipe HT-2402-10 kN, uji swelling, dan uji morfologi internal material menggunakan alat uji SEM (Scanning Electron Microscope) merek Hitachi tipe 30. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kombinasi variasi fraksi massa serat rami dan ampas tebu berpengaruh terhadap karakteristik material komposit yang dihasilkan. Karakteristik yang diamati meliputi densitas, kekuatan tarik, modulus elastisitas, elongation at break, kekuatan bending, modulus bending, swelling dan morfologi internal material hybrid green composite PLA/Rami/Ampas tebu. Penambahan serat ampas tebu pada sintesis material mampu meningkatkan nilai densitas, kekuatan tarik dan bending material hybrid green composite PLA/Rami/Ampas tebu, serta mampu menghasilkan morfologi internal yang lebih baik dengan jumlah void yang sedikit, gaya adhesi yang lebih besar dan interface antar serat dan matriks yang lebih baik. Selain itu, serat ampas tebu juga mampu meningkatkan nilai modulus elastisitas dan bending material hybrid green composite PLA/Rami/Ampas tebu, masing-masing pada penambahan serat ampas tebu lebih dari 20% dan 10%. Namun penambahan serat ampas tebu pada sintesis material menyebabkan menurunnya sifat ulet material dan meningkatnya swelling material hybrid green composite PLA/Rami/Ampas tebu masing-masing pada penambahan serat ampas tebu lebih dari 10% dan 20%. Secara keseluruhan karakteristik material hybrid green composite PLA/Rami/Ampas tebu yang dihasilkan dapat ditingkatkan dengan teknik hibridisasi atau dengan mengkombinasikan serat rami dan ampas tebu. Berdasar hasil yang diperoleh maka dapat diambil kesimpulan bahwa penambahan serat ampas tebu pada sintesis material hybrid green composite PLA/Rami/Ampas tebu sebagian besar memberikan pengaruh yang baik terhadap karakteristik material komposit yang dihasilkan, diantaranya meningkatkan nilai densitas, kekuatan tarik dan bending. Namun dengan kombinasi serat rami dan ampas tebu pada sintesis material mampu memperbaiki karakteristik yang lain seperti, modulus bending, elongation at break dan swelling material hybrid green composite PLA/Rami/Ampas tebu. Pada kombinasi serat rami:ampas tebu 0% : 40% (Sampel E) diperoleh nilai densitas, nilai modulus elastisitas dan bending tertinggi, masing-masing sebesar (0,952 ± 0,010) g/cm3 , (91,58 ± 1,82) MPa dan (0,49 ± 0,04) GPa. Sementara, kekuatan tarik tertinggi diperoleh pada kombinasi serat rami:ampas tebu 10% : 30% (Sampel D) sebesar (18,55 ± 0,62) MPa. Kemudian, elongation at break dan kekuatan bending tertinggi diperoleh pada kombinasi serat rami:ampas tebu 30% : 10% (Sampel B), masing-masing sebesar (12,31 ± 0,57)% dan (37,34 ± 2,33) MPa, dan swelling terendah sebesar (2,33 ± 0,18)% diperoleh pada kombinasi serat rami:ampas tebu 20% : 20% (Sampel C). Dari hasil yang diperoleh pada penelitian ini, dihasilkan dua artikel ilmiah. Masing-masing berjudul ―The Improvement of Ramie Fiber Properties As Composite Materials Using Alkalization Treatment: NaOH Concentration‖ dan ―Influence of Fibers Hybridization on The Tensile and Flexural Properties of Hemp/Bagasse Reinforced Poly lactic Acid (PLA)‖. Dua artikel ilmiah tersebut dipublikasikan masing-masing di JUSAMI (Jurnal Sains Materi Indonesia) dan Elsevier’s Materials Today Proceedings. Diharapkan hasil yang diperoleh pada penelitian ini dapat memberikan manfaat dan dapat dijadikan sebagai referensi untuk penelitian selanjutnya