Pengaruh Variasi Matriks Terhadap Karakteristik Material Green Composite Berpenguat Serbuk Cangkang Biji Kopi

Abstract

Pati digunakan sebagai matriks biodegradable dalam green composite. Pati merupakan biopolimer alami yang ramah lingkungan dan mudah terurai. Pati garut mengandung pati tertinggi (98,10%) dengan amilosa 25,64% dan amilopektin 72,46% yang memengaruhi sifat mekanisnya. Asam sitrat digunakan sebagai perekat, yang memperkuat dan memperpanjang daya tahan pati garut. penelitian ini akan mensintesis dan mengkarakterisasi green composite berbasis serbuk cangkang biji kopi untuk menentukan sifat mekanik, gugus fungsi, serta morfologi materialnya. Adapun rumusan masalah dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui apakah matriks pati garut, asam sitrat, dan campuran pati garut dengan asam sitrat berpengaruh pada kekuatan tarik, modulus elastisitas, kekuatan dan modulus bending, gugus fungsi, dan morfologi internal material green composite berpenguat serbuk cangkang biji kopi yang dihasilkan. Sintesis material komposit ramah lingkungan, berbasis matriks pati garut, asam sitrat dan campuran matriks dengan masing-masing penguat yang sama yaitu serbuk cangkang biji kopi dengan perbandingan 60% (penguat) : 40% (matriks). Masing-masing matriks serta campuran matriks kemudian dicetak dengan menggunakan cetakan dan di press dengan alat hot pressed machine pada temperatur 160℃ dan tekanan 5 MPa selama 10 menit. Terdapat 3 (tiga) jenis bahan material green composite hasil sintesis dalam penelitian ini, yaitu material green composite PG dengan penguat serbuk cangkang biji kopi (SCBK), AS dengan penguat serbuk cangkang biji kopi (SCBK), dan campuran matriks PG+AS dengan penguat serbuk cangkang biji kopi. Karakterisasi material green composite hasil sintesis dilakukan dengan uji tarik, uji bending, uji gugus fungsi dan morfologi internal atau SEM. Material green composite dengan matriks PG dengan penguat serbuk cangkang biji kopi (SCBK) memiliki kekuatan tarik sebesar (0.791±0.052) MPa. Material green composite dengan matriks AS dengan penguat serbuk cangkang biji kopi menunjukkan penurunan kekuatan tarik menjadi (0.606±0.047) MPa. Sementara itu, material green composite dengan campuran matriks PG dan AS masing-masing dengan penguat serbuk cangkang biji kopi (0.053±0.08) MPa. Disisi lain, selain kekuatan tarik adapun nilai modulus elastisitas material green composite yang dihasilkan dalam penelitian ini yakni material green composite dengan matriks PG dengan penguat serbuk cangkang biji kopi adalah (9.88±0.27) MPa, material green composite dengan matriks AS dengan penguat serbuk cangkang biji kopi adalah (11.20±0.32) MPa, dan material green composite dengan campuran matriks PG dan AS serta dengan penguat serbuk cangkang biji kopi adalah (0.78±0.05) MPa. Secara keseluruhan, nilai modulus elastisitas yang dihasilkan dalam penelitian ini lebih tinggi dibandingkan kekuatan tarik sebelumnya. Pada uji bending, material green composite dengan matriks PG kekuatan bending rata-rata mencapai (35.45±0.65) MPa. Material green composite dengan matriks AS memiliki kekuatan bending berbeda dengan material green composite dengan matriks PG, yaitu (7.18±0.28) MPa. Hal ini menunjukkan bahwa AS sebagai matriks memberikan kontribusi yang jauh lebih kecil terhadap kekuatan bending, dan yang dapat disebabkan oleh kesulitan dalam penghomogenan matriks asam sitrat (AS). Material green composite dengan campuran matriks PG+AS menunjukkan kekuatan bending yang paling rendah, yaitu sebesar (0.63±0.06) MPa. Selain kekuatan bending, adapun nilai modulus bending dari hasil penelitian ini, material green composite dengan matriks PG memiliki nilai (498±51.97) MPa. Pada material green composite dengan matriks AS, modulus bending mencapai (2930.44±135.80) MPa, yang merupakan nilai tertinggi di antara ketiga sampel. Campuran matriks PG+AS menunjukkan modulus bending yang lebih rendah dibandingkan dengan masing-masing material green composite dengan matriks tersendiri, rata-rata mencapai (272.31±22.51) MPa, hal ini bahwa ketika kedua matriks digabungkan, tidak terjadi sinergi kekuatan yang optimal. Material green composite dengan matriks pati garut memperlihatkan puncak yang lebih jelas terkait dengan gugus eter (C-O-C) dan hidroksil (-OH), yang menunjukkan bahwa pati berkontribusi pada pembentukan struktur polimer dalam komposit. Spektrum FTIR dari komposit ini menunjukkan adanya interaksi kimia antara pati garut dengan komponen lainnya, sehingga menghasilkan komposit dengan karakteristik gugus fungsi yang berbeda dibandingkan dengan hanya mengandung AS dan SCBK. Penambahan AS menyebabkan perubahan yang signifikan pada spektrum FTIR, terutama pada daerah bilangan gelombang yang berhubungan dengan gugus karboksil (C=O) dan hidroksil (-OH).