## Pengaruh Partikel Nanosilika Terhadap Sifat Tolak Air Bahan Isolasi Bionanokomposit
Aulia Aulia * , Roan Alfajri, Eka Putra Waldi, dan Novizon Novizon Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Andalas, Padang, Sumatera Barat, Indonesia
* Corresponding author, e-mail: aulia@eng.unand.ac.id
Abstrak — Sifat hidropobisitas memainkan peran penting dari sebuah isolator, terutama isolator  pasang luar yang selalu terpapar oleh perubahan cuaca panas, dingin, lembab dan air hujan. Dalam jangka panjang, permukaan isolator bisa rusak dan sifat hidropobisitasnya akan berkurang bahkan hilang sehingga peristiwa peluahan permukaan akan lebih mudah terjadi, terutama pada musim hujan. Sebagai material baru yang sedang dikembangkan, bahan isolasi bionanokomposit dari polietilena berkerapatan rendah (LDPE), karet alam (NR) dan pengisi nanosilika telah melewati beberapa pengujian sifat dielektrik seperti karakteristik peluahan  sebagian  pada  kondisi  normal  dan  pada  kondisi  suhu  yang  lebih  tinggi.  Untuk  melengkapi pengkajian  sifat  dielektrik,  maka  dilakukan  pengujian  sifat  hidropobisitas  bahan  bionanokomposit  yang baru tersebut. Sampel yang diuji ada 4 jenis dengan kada berat bahan nanosilika 1,5%, 3,0%, 4,5% dan 6% dari berat total sampel biokomposit. Pengujian dilakukan dengan menggunakan kamera beresolusi tinggi untuk mengambil gambar permukaan sampel isolator yang ditetesi air. Hasil menunjukan bahwa nanosilika dapat  memperbesar  sudut  kontak  air  dengan  permukaan  bionano  komposit.  Peningkatan  ini mengindikasikan meningkatnya sifat hidropobisitas material bionanokomposit.

## Kata Kunci : Biokomposit, Hidropobisitas, Karet Alam, LDPE
Abstract —  The  nature  of  hydropobicity  plays  an  important  role  of  an  insulator,  especially  the  outdoor insolator which is always exposed to hot, cold, humid weather and rain water. In the long run, the surface of the insulator can be damaged and its hydropobicity properties will be reduced or even lost so that surface discharge events will be easier to occur, especially in the rainy season. As a new material being developed, bionanocomposite insulation materials from LDPE, natural rubber and nanosilica fillers have passed several dielectric  properties  such  as  partial  discharge  characteristics  under  normal  conditions  and  at  higher temperature  conditions.  To  complete  the  assessment  of  dielectric  properties,  a  new  bionanocomposite material hydropobicity was tested. There were 4 types of samples tested with the weight of the nanosilica material 1.5%, 3.0%, 4.5% and 6% of the total weight of the biocomposite sample. The test was carried out using a high-resolution camera to take pictures of the surface of the insulator sample that was dripped with water. The results show that nanosilica can increase the angle of contact of water with the bionanocomposite surface. This increase indicates an increase in the hydropobicity of bionanocomposite material.
Keywords : LDPE, Karet Alam, Natural Rubber, nanosilica, hydrophobisity

## 1. Pendahuluan
Untuk  isolator  pasang  luar,  sifat  hidropobisitas atau sifat tolak air menjadi penting untuk dimiliki. Semakin  tinggi  sifat  hidropobisitas  maka  semakin baik,  sebaliknya  jika  sifat  tolak  air  rendah  maka isolasi  tersebut  tidak  layak  dipakai  untuk  isolator pasang  luar  [1,  2].  Walaupun  isolator  polymer memiliki sifat dielektrik yang kuat, seiring perjalan waktu dan tingginya intensitas sinar ultraviolet yang menerpa  permukaanmaka  sifat  tolak  air  akan menurun [3].
Sifat hidropobisitas yang tinggi akan memungkinkan  permukaan  isolator  kering  dengan
cepat  jika  ditetesi  oleh  air  dan  membantu  proses pembersihan  permukaan  isolator  secara  alamiah. Dengan  demikian  isolator  yang  memiliki  sifat hidropbisitas  tinggi  akan  memberikan  keuntugnan ganda  kepada  PT.PLN  sebagai  pemilik  sekaligus pengelola  jaringan  trasmisi  dan  distribusi  listrik. Keuntungan pertama adalah meningkatkan kualitas daya yang disalurkan dengan mengurangi harmonisa  dan  arus  bocor  yang  ditimbulkan isolator. Keuntungan kedua adalah berkurang biaya operasional  pemeliharaan  karena  rentang  waktu pembersihan  menjadi  lebih  lama  dan  proses pembersihan akan lebih cepat.
Sebagai  material  yang  sedang  dikembangkan, isolator  dari  bionanokomposit  yang  terbuat  dari etilena  berkeraptan  rendah,  karet  alam  [4]  dan bahan  pengisi  nanosilika  (SiO2)  juga  harus memiliki sifat hidropobisitas yang tinggi agar dapat diaplikasikan  pada  sistem  kelistrikan  khususnya untuk jaringan transmisi dan jaringan distribusi.
Pada penelitian terdahulu, kajian sifat dielektrik bionankomposit  LDPE-NR-  SiO2  selanjut  akan disebut  bionanokomposit  saja,  telah  mengalami serangkaian  kajian  sifat  mekanik  [5,  6]  dan dielektrik.  Kajian  sifat  dielektrik  memperlihatkan peningkatan  ketahanan  bahan  terhadap  peristiwa peluahan  sebagaian  pada  bahan  bionanokomposit [7,  8].  Namun  kajian  tentang  sifat  hidropobisitas permukaan bionanokomposit LDPE-NR dan nanosilika  belum  banyak  kajian  yang  dilakukan. Pada  penelitian  yang  diajukan  sekarang  akan dilakukan  kajian  tersebut.  Diperkirakan  sifat hidropobis sampel tersebut juga akan meningkat.

## 2.  Isolator
Isolator  dipengaruhi  oleh  lingkungan  seperti perubahan  suhu,  iklim,  radiasi  sinar  matahari  dan rentan  dengan  kondisi  lingkungan  yang  dapat menyebabkan  permukaan  isolator  ditutupi  oleh polutan atau kotoran – kotoran yang mengendap [9]. Udara yang tercemar yang berada di sekitar isolator membawa polutan dan mengendap pada permukaan isolator tersebut [10]. Biasanya, pada musim hujan, material  kimia  atau  polutan  yang  menempel  di permukaan  isolator  akan  larut  di  permukaan  air. Proses  pelarutan  ini  akhirnya  membentuk  jalur konduktif yang akan menyebabkan arus bocor [10]. Akibatnya  adalah  permukaan  isolator  menjadi panas,  dan  polutan  yang  terdapat  permukaan isolator menjadi kering.
Jika  proses  ini  terus  berlanjut,  dalam  jangka panjang, jalur yang terbentuk akan semakinbersifat konduktif sehingga pada kondisi basah, bahan kimia atau  partikel–partikel  kontaminan  di  permukaan isolator  akan  larut  dalam  air.  Dengan  demikian, akan terbentuk jalur konduktif kontiniu baru antara elektroda  dan  tanah  [11].  Selanjutnya  tembus permukaan,  yaitu  kegagalan  isolator  tidak  dapat dibendung,  terutama  sekali      jika  terjadi peningkatan proses pelarutan pada partikel–partikel yang  berkontaminasi  di  permukaan  isolator  dan menyebabkan  pembentukan  jalur  baru  [10]. Dengan demikian proses evaluasi tegangan tembus permukaan yang berkontaminasi isolator ini sangat
perlu dilakukan. Hal ini penting dilakukan terutama sekali  untuk pembuatan isolasi  termal  pada sistem transmisi tenaga listrik[12].
Penyebab  utama  terjadinya  degradasi  dan kegagalan pada isolasi adalah oleh aktivitas korona pada  tegangan  tinggi;  yaitu  dalam  penerapannya, kondisi  lingkungan  akan  sangat  berdampak  pada isolator  yang  terletak  diluar  ruangan,  contohnya adanya  dampak  pada  endapan  polutan  dan  suhu. Akibatnya  adalah  kemampuan  kerja  isolator  akan menurun atau  berada  di  bawah kemampuan kerja biasanya[13-16].

## 3.  Metodologi Penelitian
Penelitian  ini  merupakan  rangkaian  dari penelitian  sebelumnya  dan  bagian  dari  rencana penelitian  jangka  panjang  pengembangan  isolasi bahan  bionanokomposit  untuk  aplikasi  tegangan tinggi. Untuk keperluan pengujian sifat hidropobisitas  dipersiapkan  empat  buah  jenis sampel bionanosilika dengan komposisi LDPE dan NR  tetap  sebesar  80:20.  Sedangkan  nanosilika ditambahkan  ke  sampel  LDPE+NR  dengan  berat berfariasi  diberi  kode  S.  Sampel  S1  adalah penambahan silika 1.5% dari total berat LPDE+NR. Begitu juga untuk sampel sampel S2 3%, sampel S3 silika 4.5% dan sampel S4 6%. Total berat sampel dalam satu perlakuan adalah 60 gram dengan berat LDPE  adalah  48  gram  dan  karet  alam  12  gram. LDPE, NR dan silika  dimasukkan ke dalam ruang pencampuran  secara  bersamaan  yaitu  mesin rheomix  pada  150 o C  dengan  kecepatan  putaran rotor  60rpm  selama  12  menit.  Setelah  proses  ini selesai, campuran disimpan dalam oven selama 24 jam  pada  suhu  70 o C.  Langkah  selanjutnya  dari sampel  insulasi  dicetak  menggunakan  Hotpress Collin 300p dalam 4 fase.
Diagram  alir  pengujian  hidrofobisitas  dapat dilihat  pada  gambar  1,  Selama  masa  pengujian sampel  diletakkan  di  atas  bidang  datar  sempurna sehingga  sudut  yang  dibentuk  antara  permukaan dan tetesan air sama di  setiap sisi. Dua buah jenis air yaitu air hujan dan air sumur diteteskan di atas permukaan sampel bionanokomposit. Posisi kamera dan  sampel  membentuk  garis  lurus.  Volume  air yang diteteskan adalah 50 µl. Gambar yang diambil langsung disimpan untuk diukur dan dianalisa sudut kontaknya  [10].    Gambar  2  memperlihatkan rangkaian pengujian hidrofobisitas bahan bionanokomposit.  Tetesan  air  diperoleh  dengan menggunakan  pipet  tetes  50  µl,  kamera  digital yang    digunakan  untuk    pengambilan  gambar,
lampu  1000 w  untuk penerangan saat pengambilan gambar,  komputer  digunakan  untuk  menyimpan dan pengolah data kontak pengujian.
(a) (b)
Gambar 1  Sistem  pengujian  hidrofobisitas  (a)
Diagram  alir  (b) Rangkaian  pengujian hidrofobisitas

## 4. Hasil dan Pembahasan

## 4.1 Sudut Kontak Air Biasa
Tabel  1  memperlihatkan  detail  pengaruh penambahan  presentase  berat  nanopartikel  silika terhadap  sifat  hidropobisitas  komposit  LDPE-NR pada pengujian dengan air biasa.
Tabel 1 Pengaruh  penambahan  presentase  berat nanopartikel silika terhadap sifat hidropobisitas  komposit  LDPE-NR  pada pengujian dengan air biasa Kode Sampel Konsentrasi Pengisi(%) Sudut Kontak Kiri Sudut Kontak Kanan Rata- rata S1 1,5 84 83 83,5 S2 3 91,31 89,14 91 S3 4,5 92,17 92,2 92 S4 6 95,6 94,11 95,9
Gambar  2  memperlihat  sudut  kontak  yang terbentuk  antara  permukaan  bionanokomposit dengan  kandungan  nano  silika  berbeda  ketika ditetesi air biasa. Terlihat adanya peningkatan sudut kontak  seiring  dengan  bertambahnya  persentase berat  partikel  nano  silika.  Dari  keempat  sampel yang diujikan, sampel S1 dan S2 membentuk sudut kurang dari 90°. Kandungan  persentase berat nano silika  adalah  1,5%  dan  3,0%.    Sampel  S3  dan  S4 dengan  kandungan  nano  silika  lebih  tinggi membentuk sudut yang lebih besar dari 90°.
Gambar  3  memperlihatkan  perubahan  sudut kontak antara permukaan bionano komposit setelah ditetesi  air  biasa.  Sudut  kontak  meningkat  dari 83,5 o derjat  menjadi  95,9 o akibat  penambahan konsenterasi  nano  silika  dari  1,5%  ke  6,0%. Peningkatan  ini  disebabkan  semakin  halusnya permukaan  isolator  bionano  komposit  seiring bertambahnya  jumlah  patikel  nano  silika  yang bersifat menolak air.
(a) (b)

## (c)                                  (d)
Gambar 2  Sudut  kontak  pada  permukaan  sampel bionanokomposit  menggunakan  air biasa (a) Sampel S1 (b) Sampel S2 (c) Sampel S3 dan (d) Sampel S4
Gambar 3  Pengaruh penambahan presentase berat nanopartikel silika terhadap sifat hidrophobisitas  komposit  LDPE-NR pada pengujian dengan air biasa

## 4.2 Sudut Kontak Air Hujan
Table  2  memperlihatkan  rincian  pengaruh penambahan  presentase  berat  nanopartikel  silika terhadap sifat hidophobisitas komposit  LDPE-NR pada pengujian dengan air hujan. Persentase berat nanosilika tidak memperlihatkan adanya perubahan signifikan  pada  sudut  kontak  dan  sudut  yang dibentuk kecil dari 90 o untuk semua komposisi.
Tabel 2  Pengaruh  penambahan  presentase  berat nanopartikel silika terhadap sifat hidophobisitas komposit  LDPE-NR pada pengujian dengan air hujan Kode Sampel Konsentrasi Pengisi(%) Sudut Kontak Kiri Sudut Kontak Kanan Rata- rata S1 1,5 63.43 63.56 63 S2 3 67,86 67,38 67 S3 4,5 68,7 68,4 68,5 S4 6 70 70,68 70
Gambar  4  memperlihatkan  sudut  kontak  dari sampel  S1,  S2,  S3  dan  S4.  Semua  sudut  yang terbentuk kecil dari 90. Walaupun ada peningkata besar  sudut  tapi  tidak  besar.    Tren  peningkat tersebut dapat dilihat pada gambar 5 yang cendrung linear  dan  datar.  Perubahan  sudut  yang  kecil mengindikasikan bahwa air hujan atau bisa disebut air murni tidak terpengaruh oleh permukaan sampel yang telah mengandung partikel nano silika.

## (a) (b)

## (c)                                     (d)
Gambar 4  Sudut  kontak  pada  permukaan  sampel bionanokomposit  menggunakan  air hujan  (a)Sampel  S1  (b)Sampel  S2 (c)Sampel S3 dan (d) Sampel S4
Gambar 5. Pengaruh penambahan presentase berat nanopartikel silika terhadap sifat hidrophobisitas  komposit  LDPE-NR pada pengujian dengan air hujan

## 5.  Kesimpulan
Penelitian telah telah sukses dilakukan dan hasil  memperlihatkan  bahwa  peningkatan persentase nanofiller silika di dalam biokoposit LDPE-NR  sebesar  1,5%  menghasilkan  sudut kontak sebesar 83,5 pada air biasa dan 63 pada air  hujan,  sementara  penambahan  nanofiller silika  sebesar  6%  menghasilkan  sudut  kontak sebesar  95,9  pada  air  biasa  dan  70  pada  air hujan.  Hasil  memberikan  informasi  bahwa peningkatan konsentrasi nanofiller silika dapat meningkatkan sudut kontak yang
mencerminkan peningkatan sifat tolak air.
80 85 90 95 100 0 2 4 6 Su d u t Ko n tak Sampel 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 0 1 2 3 4 5 Su d ut Kon tak Sampel
Ucapan Terima Kasih Penulis mengucapkan terima kepada Jurusan  Teknik  Elektro  yang  telah  mendanai penelitian ini pada tahun 2019.

## Daftar Pustaka
[1]  A. Abedini-Livari, M. Eshaghi-Maskouni, M. Vakilian,  and  K.  Firuzi,  "Line  Composite Insulators  Condition  Monitoring  through Partial  Discharge  Measurement,"  in 2019 International  Power  System  Conference (PSC) , 2019, pp. 595-600.
[2]  Y.  Sun,  Y.  Yi,  and  L.  Wang,  "Study  on Formulation and Hydrophobicity of Polyurethane Filled with DC Post Insulators," in 2018  2nd  IEEE  Conference  on  Energy Internet and Energy System Integration (EI2) , 2018, pp. 1-4.
[3]  X. Huang, H. Gao, W. Cao, Y. Tian, W. Yang, and  Z.  Yuan,  "Study  on  Ultraviolet  Aging Properties  of  High  Polymer  Composite Insulators," in 2018 Condition Monitoring and Diagnosis (CMD) , 2018, pp. 1-5.
[4]  R.  Samet  and  M.  Tanriverdi,  "Face Recognition-Based Mobile Automatic Classroom Attendance Management System," in 2017 International Conference on Cyberworlds (CW) , 2017, pp. 253-256.
[5]  D. Yang, Y. Ni, X. Kong, H. Xue, W. Guo, and L.  Zhang,  "Enhanced  electromechanical properties  of  natural  rubber  using  highly efficient  and  cost-effective  mussel-inspired modification of  TiO2 nanoparticles," Applied Surface  Science, vol.  495,  p.  143638, 2019/11/30/ 2019.
[6]  S.  Dong,  S.  Sapieha,  and  H.  P.  Schreiber, "Mechanical-Properties  of  Corona-Modified Cellulose  Polyethylene  Composites,"  (in English), Polymer  Engineering  and  Science, vol. 33, no. 6, pp. 343-346, Mar 1993.
[7]  Y.  Z.  Arief et  al. ,  "Effects  of  nanosilica  and nanotitania on partial discharge characteristics of natural rubber-lldpe blends as high voltage insulation  material,"  in Electrical  Insulating Materials  (ISEIM),  Proceedings  of  2014
International  Symposium  on ,  2014,  pp.  299- 302.
[8]  M. Z. H. Makmud, Aulia, Y. Z. Arief, and M. U. Wahit, "Ageing and degradation
mechanism of linear low density polyethylene- natural  rubber  composites  due  to  partial discharge,"  in PECon  2012  -  2012  IEEE
International  Conference  on  Power  and Energy , 2012, pp. 985-989.
[9]   Aji Suryo Alam, Achmad Solichan dan Agung Nugroho, 2013, Analisa Pengaruh Variasi dan Komposisi Bahan  Pengisi  Terhadap  Unjuk Kerja  Sampel  Isolator  Resin  Epoksi  Silane, Jurnal Transient , VOL.2, NO. 3.
[10]  Moh.  Toni  Prasetyo1,  Achmad  Solichan, 2014., Efektifitas  Pemanfaatan  Pasir  Pantai Berkalsium  Sebagai  Material  Pengisi  Bahan Isolasi Resin Epoksi Untuk Isolator Listrik.
[11]  Anhar Ashari,  A.S.,  and  Bambang  Winardi, Analisa  Pengaruh  Kontaminan Pantai Terhadap  Unjuk  Kerja  Sampel  Isolator Bahan  Keramik  Sebelum  dan  Sesudah Dilapisi Minyak Silikon. 2012
[12]  Basanta  Kumar  Gautam,  T.Y.,  Kazuma Yamada, Shuhei Matsushita, Kenji Sakanishi and Ryosuke Matsuoka, Effect of Non-soluble Contaminants on  The Flashover Voltages of Hydrophobic Polymer Insulators. 2006 [13]  M.Putra  Nurjanah,  F., Analisis  Pengaruh Endapan Polutan dengan Metode Equivalent Salt  Deposit Density (ESDD)  terhadap
Tegangan Korona pada  Isolator Pin  Post di Jaringan Distribusi 20 kV
Pekanbaru.JOMTeknik, 2016. vol.3.
[14]  Syakur,  A.,  et  al., Analisis  Sifat  Hidrofobik Permukaan  Hdpe  Berdasarkan  Nilai  Total Harmonic Distortion. TELKOMNIKA (Telecommunication  Computing  Electronics and Control), 2009. 7(2): p. 109.
[15]  Shirazi,  M.M.S.,  H.  Borsi,  and  E. Gockenbach. Effect  of  TiO2  nanofillers  on electrical, thermal and mechanical parameters  of  epoxy  resin .  in 2012  IEEE International  Symposium  on  Electrical Insulation . 2012.
[16]  Setiawan,  M.H., Reparasi  Sampel  dan Pengujian Tensile Strength Isolasi Nanokomposit  di  Pusat  Teknologi  Material (PTM – BPPT). 2018