JURNAL FISIKA DAN TERAPANNYA
p-ISSN: 2302-1497, e-ISSN: 2715-2774 http://journal.uin-alauddin.ac.id/index.php/jft

## EFEK  SINTESIS  SILANE  COUPLING  AGENT  PADA  SIFAT  FISIS DAN  MEKANIS  KOMPOSIT  DENGAN  PENGISI  SERBUK  KENAF DAN MATRIKS RESIN EPOKSI

## Delovita Ginting dan Reka Nuansa Fitri
Program  Studi  Fisika,  Fakultas  Matematika  Ilmu  Pengetahuan  Alam  dan  Kesehatan, Universitas Muhammadiyah Riau
Email: delovita@umri.ac.id

## INFO ARTIKEL
Status artikel: Diterima: 24 November 2021 Disetujui: 30 Desember 2021 Tersedia online: 31 Desember 2021
Keywords: Polymer  Composite, Silane Coupling Agent, Kenaf Fiber, Epoxy Resin

## ABSTRACT
This  study  aims  to  see  the  effectiveness  of  the  chemical treatment  of  silane  coupling  agent  on  the  physical properties (density and water absorption) and mechanical properties  (tensile  strength  and  impact  strength)  of  the kenaf  powder  composite.  Kenaf  powder  was  alkalized using  NaOH  for  4  hours,  then  mashed  using  a  grinding machine  until  it  passed  a  50  mesh  sieve.  The  kenaf powder  that  has  passed  the  sieve  is  then  chemically treated with a silane coupling agent solution. Variations in the  concentration  of  the  silane  coupling  agent  solution used were 0%, 10%, 20% and 30% of the mass of kenaf powder. Kenaf powder which has been synthesized with a silane  coupling  agent  is  then  mixed  with  epoxy  resin adhesive  with  a  ratio  of  30/70  in  weight  percent.  The composite compaction process uses a Hydrolic Hot Press compacting  machine  with  a  pressure  of  20  Bar  at  a temperature of 125  ºC and a holding time of 15 minutes. The result of this research is that the treatment with 20% silane  coupling  agent  on  kenaf  powder  is  effective  in improving  the  physical  and  mechanical  properties  of  the composite.
Delovita Ginting, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2021) Vol. 8 (2): 40 - 47

## 1. PENDAHULUAN
Polimer  merupakan  bahan  yang  sangat  bermanfaat  dalam  dunia  teknik,  khususnya dalam industri kontruksi. Polimer sebagai bahan kontruksi bangunan dapat digunakan baik berdiri  sendiri,  misalnya  sebagai  perekat,  pelapis,  dan  cat,  maupun  bergabung  dengan bahan  lain  membentuk  komposit  polimer.  Penggunaan  komposit  polimer  untuk  aplikasi industri telah banyak digunakan untuk beberapa aplikasi, seperti pesawat terbang, otomotif, peralatan  rumah  tangga,  perangkat  elektronik,  dan  lain  sebagainya  (Ismail  et  al.,  2020). Komposit  polimer  dalam  sebagian  besar  aplikasi  dikombinasikan  dengan  setidaknya  satu fase  lain,  seperti  serat  pendek  atau  panjang.  Penambahan  serat  pada  komposit  polimer memiliki potensi berbagai manfaat  yaitu dapat meningkatan kekuatan, ketangguhan patah, kelenturan dan modulus elastisnya (Chand, N., dan Fahim, M., 2020).
Penggunaan serat alam sebagai penguat komposit sedang mengalami perkembangan yang  sangat  baik,  mengingat  komposit  serat  alam  memiliki  beberapa  keunggulan  seperti ramah  lingkungan,  harga  pembuatan  serta  bahan  lebih  murah  dan  ketersediaan  serat  yang melimpah.  Banyak  serat  alam  yang  telah  digunakan  sebagai  penguat  seperti  serat  daun nenas  (Yantaboot,  K.,  &  Amornsakchai,  T.,  2017),  serat  rami  (Purboputro,  P.  I.,  dan Hariyanto,  A.,  2017),  serat  kelapa  (Nansu  et  al,  2019).  Salah  satu  serat  alam  yang  dapat digunakan sebagai komposit adalah serat kenaf (Ginting, D et al, 2019).
Serat  kenaf  merupakan  salah  satu  jenis  serat  alam  yang  memiliki  potensi  besar khususnya  di  bidang  perekonomian.  Menurut  Natural  Fiber  Survey  Report  luasan perkebunan  kenaf  menurut  mencapai  3344  hektar  dan  memiliki  produktivitas  yang  tinggi karena berkembang pada radiasi matahari  yang melimpah dengan curah hujan yang tinggi tumbuh di daerah beriklim tropis (Faruk et al, 2014).
Masalah  kritis  dalam  persiapan  komposit  polimer  adalah  untuk  memastikan kompatibilitas  dari  pengisi  ( filler) yang  bersifat  hidrofilik  dengan  matriks  polimer  yang bersifat  hidrofobik.  Kekurangan  yang  paling  mendasar  dari  komposit  polimer  serat  alam yaitu  kurang  baiknya  ikatan  antara  pengisi  ( filler) dan  matriks  polimer  sehingga menghasilkan  sifat  komposit  yang  kurang  baik.  Kekurangan  dari  serat  alam  tersebut disebabkan oleh sifat  alami komposit serat  alam yang masih  dapat  menyerap air sehingga air dapat masuk ke dalam ikatan antara matriks dan serat (Chuang et al, 2018).
Salah  satu  alternatif  peningkatan  ikatan  antara  pengisi  ( filler) dan  matriks  adalah modifikasi berupa pembentukan ikatan kovalen dengan permukaan partikel pengisi ( filler) serbuk  alam  yaitu  dengan  sintesis silane  coupling  agent (SCA). Silane  coupling  agent digunakan  sebagai  bahan  pengikat  antara  serat  alam  dan  matriks.  Bahan  ini  dapat mengurangi  jumlah  gugus  hidroksil  antarmuka  serat  dan  matriks.  Satu  bagian  dari silane akan  bereaksi  dengan  selulosa  yang  berada  di  permukaan  serat  dan  salah  satu  bagian lainnya akan berikatan dengan perekat polimer (Chen et al, 2017).
Polimer  dalam  penelitian  adalah  epoksi,  komposit  dengan  pengikat  epoksi  telah menarik  banyak  minat  dalam  bidang  penelitian  komposit  polimer  di  beberapa  tahun terakhir. Komposit serat alam berbasis epoksi memiliki stabilitas termal yang relatif tinggi,
Delovita Ginting, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2021) Vol. 8 (2): 40 - 47
meningkatkan  ketahanan  terhadap  tarik,  sensitivitas  dan  ketangguhan  serta  mengurangi penyerapan air (Pareira et al, 2017).
Penelitian  ini  akan  menganalisis  pengaruh  perlakuan  kimia  sintesis  larutan silane coupling  agent pada  serbuk  kenaf.  Komposit    polimer  serat  kenaf  menggunakan  epoksi akan diuji kekuatan tarik, kerapatan komposit dan daya serap air.

## 2. METODE PENELITIAN

## 2.1 Material
Serat  kenaf  diperoleh  dari  petani  kenaf  yang  berasal  dari  kabupaten  Kampar provinsi Riau. Serat direndam dengan menggunakan air selama 7 hari, setelah perendaman maka  dilakukan  pengeringan  menggunakan  oven  pada  suhu  60 0 C  untuk  menghilangkan kadar  air,  kemudian  serat  dipotong  dengan  ukuran  5  cm.  Resin  epoksi  diperoleh  dari perusahaan  kimia  Megah  Kimia,  terdiri  dari  resin  epoksi  dan  hardener  dengan perbandingan  2:1.  NaOH  dan  aquades  diperoleh  dari  perusahaan  Megah  Kimia.  Silane (OFS-6030)  diperoleh  dari  PT.  Biopolytech  Innovation  dengan  komposisi  γ- Methacryloxypropyltrimethoxysilane.

## 2.2 Preparasi Serat Kenaf
Serat  kenaf    dialkalisasi  dalam  larutan  NaOH  2%  selama  2  jam  pada  suhu  ruang untuk  membuang  lignin  dan  pengotor  pada  serat,  kemudian  serat  dibersihkan  dengan  air mengalir dan dikeringkan di udara pada suhu 70 o C hingga mencapai kadar air kurang dari 3%  (S.Srisuwan  et  al,  2014)  .  Serat  yang  telah  kering  kemudian  digiling  dan  dihaluskan menggunakan greending machine hingga dipereloh serbuk lolos ayakan 50 mesh.
2.3 Sintesis Larutan Silane Coupling Agent
Proses  pembuatan  larutan silane  coupling  agent dengan  variasi  0  %,  10  %,  20  % dan  30  %  berdasarkan  fraksi  berat  terhadap  massa filler serbuk  kenaf.  S ilane  coupling agent dilarutkan dengan aquades dan etanol dengan perbandingan 20/80 dalam fraksi berat. Larutan silane  coupling  agent yang  telah  dipreparasi  disimpan  di  wadah  tertutup.  Serbuk kenaf  dicampur  dengan  larutan silane  coupling  agent menggunakan mixer dengan kecepatan 300 rpm selama 15 menit hingga serbuk kenaf tercampur merata atau homogen. Sampel dikeringkan dengan oven selama 15 menit dengan suhu 120  C.

## 2.4 Preparasi Komposit
Serbuk  kenaf  dan  perekat  epoksi  dicampurkan  dengan  perbandingan  70:30,  bahan diaduk  menggunakan  mixer  berkecepatan  300  rpm  selama 15  menit .  Bahan  yang  sudah tercampur  dimasukkan  ke  cetakan  dengan  ukuran  20cm  x  15cm  x  2cm , selanjutnya dilakukan  pengempaan  panas  dengan  tekanan  20  Bar  selama 15  menit .  Papan  komposit dikeluarkan  dari  cetakan  kemudian  didiamkan  untuk  dikondisikan  selama  7  hari, selanjutnya komposit diuji ( Ginting D et al, 2019).

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Hasil Pengujian Kerapatan Komposit
Pengujian  kerapatan  komposit  menggunakan ASTM  D570.  Hasil pengujian kerapatan komposit dapat dilihat pada Gambar 1. Hasil pengujian nilai kerapatan komposit optimum  terdapat  pada  komposit  dengan  perlakuan  penambahan  SCA  20%  dengan  nilai densitas sebesar  1.01  gr/cm 3 .  Pengaruh  perlakuan  SCA  belum  cukup  efektif  (rendah)  jika dilihat  dari  nilai  koefesien  relasi.  Kerapatan  adalah  suatu  ukuran  kepadatan  suatu  partikel dalam  lembaran.  Nilainya  sangat  tergantung  pada  kerapatan  serat  yang  digunakan  dan besarnya tekanan kempa yang diberikan selama proses pembuatan lembaran. Makin tinggi kerapatan  komposit  yang  akan  dibuat  akan  semakin  besar  tekanan  yang  digunakan  pada saat  pengempaan.  Pada  penelitian  ini  kekuatan  kempa  yang  digunakan  adalah  sebesar  20 Bar  dengan  penahanan 15  menit .  Sehingga  perlakuan  SCA  belum  cukup  efektif memberikan peningkatan yang signifikan untuk pengujian kerapatan komposit. Efektivitas peningkatan tertinggi hanya sebesar 20%.
Penambahan SCA 10% memiliki nilai kerapatan yang rendah terjadi karena volume SCA yang tidak cukup mengakibatkan SCA tidak tersebar secara merata dipermukaan filler sehingga  dapat  mengganggu  ikatan  antara  matriks  dan  filler.  SCA  dengan  jumlah  yang sedikit  dapat  mengganggu  ikatan  filler  dan  matriks.  Komposit    dengan  perlakuan penambahan  SCA  30%  memiliki  nilai  kerapatan  yang  paling  rendah  disebabkan  karena volume  SCA  yang  semakin  banyak  dapat  meningkatkan  viskositas  matriks  (resin  epoksi), viskositas  resin  dapat  mengurangi  kerapatan  material,  hal  ini  dikarenakan  nilai  viskositas matriks yang mengental menyebabkan volume komposit meningkat (Chen et al, 2017).
Gambar 1. Grafik Pengaruh Perlakuan Silane Coupling Agent Terhadap Kerapatan Komposit

## 3.2 Hasil Pengujian Daya Serap Air
Pengujian  daya  serap  air  bertujuan  untuk  melihat  kemampuan  material  untuk menyerap  air  setelah  mengalami  perendaman  dalam  air  selama  24  jam  pada  suhu  kamar dan  dinyatakan  dalam  persen.  Pada  pengujian  ini  diharapkan  hasil  persentase  penyerapan
y = 0,003x + 0,8482 R² = 0,2326 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 0 5 10 15 20 25 30 Ker a p a ta n (g // cm 3 ) Konsentrasi Silane Coupling Agent (%)
Delovita Ginting, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2021) Vol. 8 (2): 40 - 47
memiliki nilai yang kecil. Grafik hubungan antara pengaruh perlakuan penambahan variasi jumlah SCA terhadap daya serap air komposit dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar  2  memperlihatkan  bahwa  daya  serap  air  komposit  dengan  penambahan SCA  20%  menyerap  air  paling  sedikit  dan  memiliki  efektivitas  sangat  baik  yaitu  sebesar 51.34%.  Nilai  korelasi  pengaruh  konsentrasi  SCA  terhadap  nilai  daya  serap  air  komposit memiliki hubungan yang kuat. Silane coupling agent memiliki fungsi meningkatkan ikatan antar muka antara filler (serbuk kenaf) dengan matriks (resin epoksi).
Reaksi silane dengan pengisi bubuk ( filler) melibatkan empat langkah. Proses terdiri dari  hidrolisis,  kondensasi,  ikatan  hidrogen  dan  pembentukan  ikatan.  Tahap  pertama pencampuran coupling  agent dengan  air  menyebabkan  ketidakseimbangan  hidrolisis  dan diperoleh coupling agent encer. Tahap kedua adalah proses  mencampurkan dengan pengisi dalam hal ini berbentuk serbuk. Pencampuran dilakukan dengan mixer berkecepatan tinggi sehingga terjadi reaksi gugus silane copling agent yang memiliki pusat yang sensitif secara hidrolitik akan berikatan dengan permukaan bahan anorganik membentuk ikatan hidrogen. Kemudian dilanjutkan dengan memanaskan campuran pada 120 o C selama 90 menit  untuk menghilangkan  air.  Pada  tahap  ini,  ikatan  kovalen  akan  terbentuk  silane  sebagai  coupling agent  dapat  membuat  ikatan  antara  dua  material  yaitu  serbuk  kenaf  yang  digabungkan dengan resin epoksi membentuk komposit (Arkles, 2011).
Penelitian  ini  menunjukkan  perlakuan  penambahan  SCA  dapat  mengurangi  daya serap air komposit, hal ini dapat dilihat jumlah daya serap air komposit dengan perlakuan SCA jika dibandingkan dengan komposit tanpa perlakuan 0% SCA mengalami penurunan. Perlakuan SCA dapat mencegah masuknya air dan meningkatkan ikatan matriks dan filler. Pada penelitian ini hasil pengujian daya serap air ini telah memenuhi standar SNI 01-4449- 2006 papan serat dengan ketentuan nilai daya serap air yang diperkenankan tidak lebih dari 14 %.
Gambar 2. Grafik Pengaruh Perlakuan Silane Coupling Agent Terhadap  Daya Serap Air Komposit y = -0,1209x + 7,9781 R² = 0,6308 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 0 5 10 15 20 25 30 D a y a S er a p A ir ( % ) Konsentrasi Silane Couplig Agent (%)
Delovita Ginting, dkk. / Jurnal Fisika dan Terapannya (2021) Vol. 8 (2): 40 - 47

## 3.3 Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Komposit
Pengujian  kuat  tarik  bertujuan  untuk  mengetahui  batas  kuat  tarik  dari  benda  uji terhadap  tarikan  dan  sejauh  mana  material  tersebut  bertambah  panjang.  Pengujian  ini menggunakan  alat  HUNG  TA  HT-8503  menggunakan  standar  ASTM  D  638.  Grafik hubungan  antara  pengaruh  perlakuan  penambahan  silane  coupling  agent  (SCA)  terhadap pengujian kuat tarik dapat dilihat pada Gambar 3.
Korelasi  pengaruh  konsentrasi  SCA  terhadap  nilai  kuat  tarik  komposit  memiliki hubungan yang sangat kuat. Penelitian ini menunjukkan bahwa perlakuan SCA pada serbuk kenaf dapat  meningkatkan jumlah ikatan kovalen antara  resin  epoksi dan  serbuk sehingga dapat meningkatkan kuat tarik komposit.
Gambar 3. Grafik Pengaruh Perlakuan Silane Coupling Agent
Terhadap Kuat Tarik Komposit

## 3.4 Hasil Pengujian Kekuatan Pukul Takik Komposit
Pengujian  pukul  takik  dalam  penelitian  ini  dalam  menggunakan  ASTM  D  256. Grafik  hubungan  antara  pengaruh  perlakuan  penambahan  variasi  jumlah  SCA  terhadap pengujian kuat impak dapat dilihat pada Gambar 4.
Kekuatan  pukul  takik  komposit  menyatakan  kekuatan  material  dalam  menyerap energi.  Material  yang  tangguh  mampu  menyerap  energi  lebih  banyak  energi,  sedangkan material  yang  regas  hanya  menyerap  sedikit  energi  (Sani,  2021).  Hasil  uji  pukul  takik komposit  memperlihatkan  semakin  besar  jumlah  konsentrasi  SCA  maka  semakin  besar energi  yang  mampu  diserap  oleh  komposit.  Korelasi  grafik  pengaruh  konsentrasi  SCA terhadap  nilai  kuat  pukul  takik  papan  komposit  memperlihatkan  hubungan  yang  sangat kuat.
Semakin  tinggi  presentase  SCA  mengakibatkan  semakin  besar  energi  serap komposit.  Perlakuan  penambahan    SCA  yang  banyak  dapat  membantu  komposit  untuk lebih  kuat  menahan  pukulan , SCA  juga  berfungsi  menyalurkan  tekanan  dari  resin  ke matriks ke filler sehingga menyebabkan komposit menjadi kaku dan tangguh.
y = 2,7853x + 108,67 R² = 0,9568 0 50 100 150 200 250 0 5 10 15 20 25 30 Ku a t T a ri k ( k g f/ cm 2 ) Konsentrasi Silane Couplig Agent (%)
Gambar 4. Grafik Pengaruh Perlakuan Silane Coupling Agent
Terhadap Kuat Pukul Takik Komposit

## 4. SIMPULAN
Penelitian  ini  telah  berhasil  membuat  komposit  dengan  pengisi  serat  kenaf. Perlakuan substrat serbuk kenaf menggunakan larutan silane coupling agent menunjukkan bahwa  komposit  tanpa  perlakuan  SCA  memiliki nilai  sifat  fisis  dan  mekanis  lebih  rendah jika  dibandingkan  dengan  komposit  dengan  perlakuan  SCA.  SCA  dapat  meningkatkan ikatan antara resin dan partikel bubuk yaitu serat kenaf dan resin adalah faktor penting yang mempengaruhi  kekuatan  komposit.  Selain  itu  SCA  dapat  menahan  penyerapan  air  pada komposit  sehingga  nilai  penyerapan  air  berkurang  dan  perlakuan  SCA  memperlihatkan peningkatan yang tinggi jika dilihat dari regresi linear penurunan daya serap air.

## 5. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  berterima  kasih  kepada  Lembaga  Penelitian  Universitas  Muhammadiyah Riau dan Program Studi Fisika Fakultas MIPA dan Kesehatan Universitas Muhammadiyah Riau.

## 6. DAFTAR PUSTAKA
Arkles,  B.  (2011 ).  Hydrophobicity,  hydrophilicity  and  silane  surface  modification . Morrisville: Gelest Inc.
Chand,  N.,  &  Fahim,  M.  (2020). Tribology  of  natural  fiber  polymer  composites . Cambridge: Woodhead publishing.
Chen,  L.,  Wang,  Y.,  Fei,  P.,  Jin,  W.,  Xiong,  H.,  &  Wang,  Z.  (2017).  Enhancing  the performance  of  starch-based  wood  adhesive  by  silane  coupling  agent  (KH570). International  journal  of  biological  macromolecules ,  104(A),  0141-8130. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.05.182.
Chuang,  W.,  Geng-sheng,  J.,  Lei,  P.,  Bao-lin,  Z.,  Ke-zhi,  L.,  &  Jun-long,  W.  (2018). Influences  of  surface  modification  of  nano-silica  by  silane  coupling  agents  on  the thermal and frictional properties of cyanate ester resin. Results in Physics , 9, 2211-
y = 0,1694x + 0,663 R² = 0,9662 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 0 5 10 15 20 25 30 Ku a t Puk u l T a k ik ( J /c m 2 ) Konsentrasi Silane Couplig Agent (%)
3797.  https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.03.056
Faruk, O., Bledzki, A. K., Fink, H. P., & Sain, M. (2014). Progress report on natural fiber reinforced  composites. Macromolecular  Materials  and  Engineering ,  299(1),  1439- 2054.  https://doi.org/10.1002/mame.201300008
Ginting, D., Wirman, S.P. and Lubis, Y.M., 2019. Modification of Kenaf Fibers Composite and  Empty  Oil  Palm  Bunch  With  Silane  Coupling  Agent  Addition. Prosiding CELSciTech , 4,2541-3023.www.ejurnal.umri.ac.id/index.php/PCST/article/ download/1733/1011.
Ismail, I., Jalil, Z., Olaiya, N. G., Abdullah, C. K., Fazita, M. R. N., & Abdul Khalil, H. P.
S. (2020). Properties and Characterization of New Approach Organic Nanoparticle- Based Biocomposite Board. Polymers , 12(10), https://doi.org/10.3390/polym12102236
Purboputro,  P.  I.,  &  Hariyanto,  A.  (2017).  Analisis  sifat  Tarik  dan  Impak  komposit  serat rami dengan perlakuan Alkali dalam Waktu  2, 4, 6 dan 8 jam Bermatrik Poliester.
Media Mesin: Majalah Teknik Mesin , 18(2). 2541-4577.
https://doi:10.23917/mesin.v18i2.5238.
Pereira, A. C., Monteiro, S. N., de Assis, F. S., Margem, F. M., da Luz, F. S., & de Oliveira Braga,  F.  (2017).  Charpy  impact  tenacity  of  epoxy  matrix  composites  reinforced with aligned jute fibers. Journal of Materials Research and Technology , 6(4), 2238- 7854. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2017.08.004.
Nansu, W., Ross, S., Ross, G., & Mahasaranon, S. (2019). Effect of crosslinking agent on the physical and mechanical properties of a composite foam based on cassava starch and  coconut  residue  fiber. Materials  Today:  Proceedings ,  17(4),  2214-7853  . https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.06.249
S.  Srisuwan,  N.  Prasoetsopha,  N.  Suppakarn,  P.  Chumsamrong  (2014),  The  Effects  of Alkalized  and  Silanized  Woven  Sisal  Fibers  on  Mechanical  Properties  of  Natural Rubber Modified Epoxy Resin, Energy Procedia , 56, 1876-6102. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.07.127.
Sani, R. A. (2021). Karakterisasi Material . Jakarta: Bumi Aksara.
Yantaboot, K., & Amornsakchai, T. (2017). Effect of preparation methods and carbon black distribution  on  mechanical  properties  of  short  pineapple  leaf  fiber-carbon  black reinforced  natural  rubber  hybrid  composites. Polymer  Testing ,  61.  0142-9418. https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2017.05.026.