## Aplikasi low density polyethylene (LDPE) pada pembuatan magnet ferrite komposit
(Application of low density polyethylene [LDPE] on the production of composite ferrite magnet)

## Lucky Zaehir Maulana, Agus Yulianto, dan Sulhadi
Laboraturium Kemagnetan Bahan
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang, Jalan Raya Sekaran, Gunungpati Semarang 50229, Indonesia dan email: lucky88.maulana@gmail.com

## Abstrak
Telah  dibuat  komposit  magnet  dari  campuran  ferro  ferrite  (FeO.Fe 2 O 3 )/  stronsium  ferrite (SrO.6Fe 2 O 3 ) dan plastik low density polyethylene (LDPE). Low density polyethylene (LDPE) merupakan jenis  plastik  yang  banyak  dikenal  di  pasaran.  Komposit  yang  dihasilkan  berbentuk  bulk.  Metode  yang digunakan    adalah  dengan  mencampurkan  bahan  saat  bahan  meleleh  kemudian  dicetak.  Dari karakterisasi  dengan  Mikroskop  ini,  dan  dihasilkan  ketahanan  kuat  tekan  sampai  725.84  kgf/cm 2 untuk ferro  ferrite  dan  sampel  stronsium  ferrite  memiliki  ketahanan  rata-rata  sebesar  500  kg/cm 2 saat  sampel mulai  terdeformasi.  Dari  uji  magnetisasi  diketahui  sampel  merupakan  hard  magnet  dengan  medan remanen 0,1 kG sampai 0,97 kG. Medan koersif berkisar 1.011 kOe sampai 1.297 kOe.
Kata kunci: ferro ferrite, komposit, plastik, stronsium ferrite

## Abstract
Magnet  composite  between  ferro  ferrite  (FeO.Fe 2 O 3 )/  stronsium  ferrite  (SrO.6Fe 2 O 3 )  and  low density  polyethylene (LDPE) plastic has  successfully been made.  Low  density  polyethylene (LDPE) is a popular plastic in public  market. The composite made in bulk shape.  In  this  case, we blend the material when  it  is  melted  then  forming  them  in  bulk  shape.  From  CCD  digital  microscope  image  has  seen  that bulk  magnet  have  high  homogeneity.  To  test  compression  power  we  use  ADR  touch  2000  standard Compression  and Universal Compression to test them, and we  know 725.84 kgf/cm 2 to ferro  ferrite  and average  500  kg/cm 2 to  stronsium  ferrite  sample  until  sample  has  deform.  From  investigation  of  the magnetic property, the sample turns out to be a hard magnet with 0,1 kG until 0,97 kG remanence field. The magnitude of the coercive field is 1.011 kOe until 1.297 kOe.
Key words: ferro ferrite, composite, plastic, stronsium ferrite

## Pendahuluan
Penelitian tentang kemagnetan masih  berkutat  atau  bergelut  pada  bidang sintesis.  Hal  itu  disebabkan  karena  lebih menguntungkan  dan  memiliki  prospek bagus  dari  berbagai  bidang  [1].  Di Indonesia banyak
peneliti yang
mengerjakan penelitian pada bidang
sintesis.  Lab  Material  Magnetik  Unnes banyak  melakukan  penelitian  tentang  pasir
besi.  Seperti  pada  penelitian  pasir  besi Magnetit    (Fe 3 O 4 ),  setelah  melalui  Kalsinasi pada  suhu  berbeda  didapatkan  hasil  berupa Hematite (Fe 2 O 3 ) [2].
Saat  ini  teknologi  sintesis  pasir  besi semakin  berkembang  [3].  Untuk  menindak lanjuti  hal  tersebut  perlu  dilakukan  inovasi- inovasi baru tentang pengolahan hasil sintesis pasir magnet.
Pada  pembentukan  magnet,  baik keramik maupun magnet konvensional lainnya biasanya  menggunakan  suhu  relatif  tinggi
diatas  700 o C  [4].  Cara  pembuatan  magnet seperti ini membutuhkan energi yang cukup besar.  Alangkah  lebih  efisien  jika  bisa membuat  produk  dengan  kalitas  yang hampir  sama  namun  dengan  energi  yang relatif  lebih  kecil.  Untuk  menjembatani masalah  tersebut  peneliti  menggunakan metode  kimposit  dengan  plastik  sebagai bahan pengikat atau Bond.
Pada  penelitian  ini  plastik  yang sebagian  orang  dianggap  sebagai  sampah dan  barang  dengan  nilai  ekonomi  cukup rendah  digunakan  sebagai  pengikatnya. Plastik  memiliki  sifat  fisis  kuat,  densitas rendah,  dan  mudah  dibentuk.  Plastik  yang digunakan  sebagai  pengikat  merupakan salah  satu  jenis  Polyetilen.  Polyetilen merupakan  bahan  organik  yang  memiliki titik  leleh  relatif  rendah  [5].  Dewasa  ini pembuatan komposit magnet dengan plastik masih jarang ditemukan.
Jenis  polyetilen  yang  digunakan yaitu  low  density  polyethylene.  Plastik jenis ini  bisa  dikatakan  sebagai  plastik    induk karena  masih  bisa  di  daur  ulang  menjadi plastik  jenis  lain.  LDPE  memiliki  nilai densitas  lebih  kecil  dari  air  murni  sekitar 0.920 g/cm 3 [6].
Homogenitas bulir pada bulk sangat mempengaruhi  sifat  magnet  suatu  bahan. Pada  penelitian  ini  diharapkan  didapatkan komposit magnet dengan struktur homogen. Komposit magnet yang
dihasilkan  diharapkan  juga  memiliki  sifat fisis  cukup  kuat  sehingga  bisa  digunakan untuk berbagai keperluan.

## Metode Penelitian

## Bahan dan peralatan
Bahan  utama  yang  digunakan  yaitu pasir  besi  atau  serbuk  magnet  ferro ferrite(FeO.Fe 2 O 3 ).  Serbuk  Magnet  atau pasir besi yang digunakan diambil langsung dari  alam  yang  disaring  dengan  jenis penyaring  T  200  dengan  ukuran  bulir  200- 400  mesh.  Ferro  ferrite  tergolong  magnet
lemah  namun  bisa  diaplikasikan  menjadi magnet lunak [7].
Sebagai bahan pengikat (bond) digunakan  low  density  polyethylene  yang diproduksi  oleh  Shanghai  Petrochemical (China)  dengan  melt  index  2.1  g/10  min  dan massa  jenis  0.910-0.94  g/cm3  [1].  Bahan campuran  lain  yaitu  CaCO 3 dan  PEG (Polyetilen Glikol) 600 [8].
Alat  yang  digunakan  yaitu:  tabung reaksi, ball milling, penyaring T 200 dan T 165 , oven, timbangan digital, kompor, cawan, alat press  3  ton,  spatula  dan  amplas.  Alat pengujian  atau  karakterisasi  yang  digunakan yaitu:  mikroskop  digital  CCD  dan  standard compression.

## Metode
Pembuatan  komposit  magnet  dimulai dengan  mempersiapkan  serbuk  magnet. Serbuk  magnet  yang  digunakan  adalah  ferro ferrite  dan  stronsium  ferrite.  Serbuk  ferro ferrite  diambil  dari  pengolahan  pasir  besi. Langkah  awal  adalah  memisahkan  pasir  besi dengan bahan non magnetik lain menggunakan alat pemisah. Setelah dipisahkan  pasir  besi  dicuci  dengan  air  untuk menghilangkan  tanah  dan  bahan  pengotor lain.  Kemudian    pasir  dikeringkan.  Kedua pasirmagnet  melewati  tahap  penggilingan dengan  ball  milling  selama  ±8  jam.  Setelah halus  selanjutnya  pasir  ferro  ferrite  disaring dengan  penyaring  T  200  dan  pasir  stronsium ferrite  disaring  dengan  penyaring  T  165 sehingga  didapatkan  serbuk  magnet  dengan ukuran bulir  200-400 mesh.
Pembuatan  bonded  magnet  diawali dengan  mencampur  pasir  magnet  dan  bond (plastik  LDPE).  Kemudian  memanaskan  dan mengaduk  sampai  kalis  pada  suhu  ±110 0 C. Setelah  benar-benar  kalis  campuran  tersebut dimasukkan ke mesin press bertekanan 3 tonf selama  ±10  menit.  Hasil  yang  didapatkan berupa komposit magnet berbentuk Bulk.

## Hasil dan Pembahasan

## Pengkuran densitas bahan
Nilai  densitas  didapatkan  dengan menghitung massa sampel dibagi volume  sampel.  LDPE  memiliki  densitas relatif  rendah yaitu sekitar 0.9 gram/cm 3 [9].  Sedangkan  ferro  ferrite  memiliki densitas  5.2  gram/cm 3 .  Nilai  presentase terhadap  densitas  dapat  dilihat  pada Grafik  1  dimana  dot  merah  mewakili ferro ferrite dan dot biru menggambarkan stronsium ferrite.
Dari data pada Grafik 1 terlihat massa jenis sampel berkisar antara 1 sampi 2.6
g/cm 3 .  Pencampuran  material  magnetik dengan plastik dapat menghasilkan magnet ringan.  Nilai  Densitas  bahan  meningkat secara  linier.  Kelinieran  ini  disebabkan karena  penambahan    campuran  pasir magnet ditambahkan dengan jumlah meningkat  secara  konstan.  Pada  sampel yang  dibuat  komposisi  pasir  magnet  yang notabene memiliki densitas besar meningkat  sehingga  densitas  bahan  dari sampel juga meningkat.

## Karakterisasi citra struktur mikro
Gambaran  morfologi  dari  komposit plastik  magnet  dilihat  menggunakan mikroskop  digital  CCD.  Gambaran  ini bertujuan  untuk  mengetahui  sebaran partikel pasir besi pada sample. Mikroskop  digital  CCD  ini  mampu melihat  sample  dengan  perbesaran antara 400 sampai 2400 kali.
Ferro  ferrite yang  digunakan  telah diekstrasi  dan  digiling  sehingga  lolos  saring T  200  dan  stronsium  ferrite    lolos  saring  T 165.  Plastik  yang  digunkana  yaitu  low density  polyethylene  merupakan  polymer hidro-karbon  yang  memiliki  rantai  sangat panjang  sekitar  10-20.000  rantai.  Hal tersebut  membuat  low  density  polyethylene memiliki  ukuran  molekul  sangat  besar. Gambar  persebaran  patikel  pasir  magnet ditunjukkan pada gambar 1.
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 10 20 30 40 50 60 D en si tas gr /c m 3 Presentasi pasir besi Fe Sr Fe
Gambar 1. Foto mikroskopi sample dengan komposisi.
a. b.
Grafik 1. Nilai denistas sampel Bulk magnet menggunkan LDPE dan ferro ferrite.
Bulir  kecil  pada  fotomikroskopi  di  atas merupakan bulir pasir magnet yang berbentuk oval  [10] Homogenitas ini terjadi setelah  bahan  melalui  proses  pemanasan dan  proses  pemberian  tekanan  membuat pasir  seakan-akan menyusupi celah antara plastik.  Molekul  low  density  polyethylene yang  cukup  besar  dengan  proses  tertentu bisa  dibentuk  menjadi  partikel  berukuran kecil  bahkan  mampu  dibuat  menjadi  film dengan  ketebalan  30  µm  [11].  Sifat-sifat Low  Density  Polyetilen  tadi  membuat komposit  magnet  ini  memilki  sebaran  pasir besi  merata.  Homogenitas  bulk  atau meratanya  partikel  pasir  besi  sangat penting  guna  keseragaman  medan  magnet yang dihasilkan dari magenet komposit.

## Uji kuat tekan
Uji  kuat  tekan  bertujuan  mengetahui ketahanan  sample  jika  mengalami  suatu tekanan.  Alat  yeng  digunakan  ialah  ADR touch  2000  standard  compression.  Alat  ini mampu memberi tekanan maksimum sebesar 20 tonf dengan kecepatan 50 kg/s.
Prinsip kerja uji ini yaitu dengan memberi tekanan  pada  sample  pada  arah  vertikal, dengan  beban  tertentu.  Pada  karakterisasi ini  biasanya  ditekan  sampai  terjadi  retakan, namun pada karakterisasi sample ini sample tidak  dapat  retak  tapi  terdeformasi  menjadi lebih  pipih.  Setelah  tekananan  dihilangkan, sample kembali kebentuk semula. Nilai yang diambil  adalah  saat  sample  di  beri  tekanan kemudian mengalami sedikit deformasi.
Nilai  kuat  tekan  sample  ditunjukkan  pada grafik  2.  Sumbu  X  mewakili  variasi  sample dari  komposisi  5%  pasir  magnet  sampai komposisi  50%  pasir  magnet.    Sumbu  Y menunjukkan  kuat  tekan,  dengan  satuan kgf/cm 2
Dari  data  yang  didapatkan  terlihat  kuat tekan  memiliki  kecenderungan  naik  sampai sample  ke  5  dengan  komposisi  75%  LDPE dan 25% pasir besi low density polyethylene, dan kemudian turun pada komposisi berikutnya.
Seperti  diketahui  besi  memiliki  sifat mekanik  relatif  baik  baik  dibanding plastik(LDPE).  Seperti  tergambar  pada grafik 2 ketika kedua bahan digabungkan kekuatan  mekanik  yang  dihasilkan  tidak linear.
Pada  sampel  ferro  ferrite  nilai  kuat tekan  meningkat  sampai  sample  dengan kekuatan  optimum  sebesar  2279.13  kgf atau sebesar 725.84 kgf/cm 2 pada sample ke  5  dengan  komposisi  75%  LDPE  dan 25% pasir besi. Setelah titik ini kuat tekan sample mengalami penurunan.
7.26 3.82 3.82 3.82 4.14 4.78 5.10 5.73 5.73 5.41 5.41 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 0 10 20 30 40 50 60 st re ss k g f/ cm 3 H u n d re d s Presentase pasir magnet Fe Sr Fe
Grafik 2. Grafik presentase ferro ferrite terhadap stress.
Penurunan  ini  terlihat  sampai  sample terakhir  dengan  komposisi  (50%  pasir besi). Jumlah pengikat atau plastik LDPE berjumlah  relatif  banyak  sebesar  50  % dan  pasir  ferro  ferrite  berjumlah  lebih sedikit.
Pada  sampel  stronsium  ferrite  nilai kuat  tekan  cenderung  sama  dengan sampel  ferro-ferrite  namun  mengalami pergeseran  puncak.  Nilai  kuat  tekan relatif  sama  pada  komposisi  5%-20% stronsium ferrite dan mengalami peningkatan  pada  titik  30%  sampai  40% stronsium ferrite
Pada  komposisi  pasir  magnet  5%- 20%  jumlah  jumlah  LDPE  relatif  lebih banyak  sehingga  kekuatan  fisik  yang dimiliki  sample  mendekati  sifat  plastik LDPE  merupakan  bahan  dengan  sifat fisis  yang  relatif  lemah  (Supri,  2008). Pada  komposisi  40%-50%  pasir  magnet jumlah  plastik  LDPE  relative  sedikit.  Hal tersebut  menyebabkan  jumlah  pengikat dan  yang  diikat  terlalu  banyak  pengikat sehingga kekuatan ikatan plastik
menurun.
Pada grafik terdapat pergerseran  puncak  yang  disebabkan perbedaan  bulir  pasir  magnet  yang digunakan.
1.  Uji sifat kemagnetan
Alat  yang  digunakan  adalah  Magnet-
Physik Dr. Steingroever GmbH Permagraph  C  dari Jerman.  Seluruh sampel  yang  terdiri  dari  10  variasi  dapat diuji dengan Magnet-Physik Dr. Steingroever  GmbH  Permagraph  C.  Hasil dari pengukuran berupa diagram kartesian.
Peneliti  memfokuskan  pada  medan remanen  (Br),  medan  koersif  (Hc)  dan energi  maksimum  magnet  (BH  Maks).
Medan koersif intrinsik dapat
membedakan  magnet  keras  dan  magnet lemah  (Thakur,  2012).  Nilai  parameter tersebut dituliskan pada Tabel 1.
Komposisi SrO.6Fe 2 O 3 (%) Remanen/Br (kG) Koersif/HcJ (kOe) 5 0.10 1.043 10 0.17 1.145 15 0.31 1.14 20 0.42 1.244 25 0.5 1.272 30 0.56 1.138 35 0.62 1.050 40 0.75 1.009 45 0.85 1.297 50 0.97 1.011
Tabel 1. Nilai parameter hasil karakterisasi magnetisasi Magnet-Physik Dr. Steingroever GmbH Permagraph C.
Dari  data  yang  dihasilkan  seperti tertera  pada  Tabel  1  medan  remanen meningkat  dari  0,1  kG  sampai  0,9  kG. Peningkatan  ini  disebabkan  peningkatan konsentrasi  stronsium  ferrite  pada  sampel [12].  Peningkatan  konsentrasi  ini  sejalan dengan peningkatkan jumlah domain magnet  yang  menyebabkan  peningkatan jumlah  dipole  magnetik  pada  sampel. Medan koersif yang diperoleh pada sampel menerangkan  magnet  yang  dihasilkan merupakan  magnet  keras  [13].  Karena besaran  BH  diukur  dengan  satuan  mega maka    dari  data  yang  didapatkan  terdapat beberapa  nilai  energi  magnetic  maksimum (BH  maks)  yang  tercatat  sebesar  0. Walaupun  nilai  BH  maks  bernilai  kecil namun  magnet  yang  dihasilkan  mampu menarik  atau  menempel  bahan  magnetik lain.

## Kesimpulan
Dari  hasil  penelitian  diatas  dapat disimpulkan bahwa: 1. Magnet komposit FeO.Fe2O3 dan
SrO.6Fe2O3  dengan  LDPE  sebagai bond  telah  berhasil  dibuat  dengan  cara memanaskan  bahan,  mencampur  dan mencetak dengan alat press.
2. Berdasarkan hasil foto mikroskopi komposit  plastik magnet  yang  dihasilkan memiliki  tingkat  homogenitas  cukup tinggi.
3. Dari  hasil  pengukuran  densitas  sample yang  dihasilkan  diperoleh  informasi bahwa sample yang dihasilkan merupakan magnet ringan.
4. Kuat  tekan  optimum  terdapat  pada sample  dengan  komposisi  25%  pasir besi  dan  75%  plastik.  Pada  sampel campuran  stronsium  ferrite  dengan komposisi  pasir  magnet  lebih  dari  30% memiliki  ketahanan  kuat  tekan  relatif baik dengan nilai lebih dari 500 kg/cm2.
5. Berdasarkan  uji  permapraph  dihasilkan magnet  komposit  permanen  atau  hard
magnet  dengan  medan  remanen  0,1 kG  sampai  0,97  kG.  Medan  koersif berkisar 1.011 kOe sampai 1.297 kOe.

## Pustaka
[1] Katarzyna,  Soboci ń ska.  2008.  X-ray Investigations  of  the  Biodegradation Capacity  of  PBSA  in  LDPE/PBSA Blends.  FIBRES  &  TEXTILES  in Eastern Europe January / December / B 2008, Vol. 16, No. 6 (71).
[2] Yulianto,  A  .2007.  Fasa  Oksida  Besi Untuk  Sintesis  Serbuk  Magnet  Ferit. Indonesian Journal of Materials Science. No. 536/D/2007.
[3] Cullity  B.  D.  &  Graham,  C.  D.2009. Introduction  to  Magnetik  Material  2 nd
Edition. Wille. Canada.
[4] Tudorachea,  F.  2012.    Comparison between Powders of Strontium HexaferriteProcessed by Dynamic Gas Heat Treatmentand Re- Calcination. Proceedings of the
International  Congress  on  Advances in  Applied  Physics  and  Materials Science, Antalya 2011.
[5] Huang,  Xingyi.  2007.  Atomic  Force Microscopy Analysis of Morphology of Low  Density  Polyethylene  Influenced by Al Nano- and  Microparticles. Wiley
Inter Science No. DOI 10.1002/app.27357.
[6] Achilias,  Dimitris,  S.    et  al.  2012. Recent  Advances  in  the  Chemical Recycling  of  Polymers  (PP,  PS, LDPE,  HDPE,  PVC,  PC,  Nylon, PMMA. Thessaloniki . Greece.
[7] Lopez, Javier A. 2009. Synthesis And Characterization  Of  Fe 3 O 4 Magnetic Nanofluid. Jurnal Revista Latinoamericana  de  Metalurgia  y Materiales, 30:  60-66.
[8] Shestak,  I.  V.  2011.  Effect  of Polyacrylic  Acid  and  Polyethylene
Glycol  on  the  Crystallization  of  Calcium Carbonates in the Presence of
Magnesium  Ions.  Russian  Journal  of Inorganic Chemistry, 56 : 176–180.
[9] Supri.  2008.  Low  Density  Polyethylene- Nanoclay  Composites:The  Effect  of Poly(acrylic acid) on Mechanical Properties, XRD, Morphology Properties and Water Absorption. University Malaysia Perlis (UniMAP). Perlis.
Malaysia.
[10] Ghandoor.    2012.  Synthesis  and  Some Physical Properties of Magnetite (Fe3O4) Nanoparticles. Int. J. Electrochem.  Sci.,  International  Journal of  Electrochemical  Science.  Egypt, 7.
[11] Suwannahong,  Kowit.  2012.  Application of  Nano-TiO2  /LDPE  composite  film  on photocatalytic  oxidation  degradation  of dichloromethane. Journal of Environmental Biology. [12] Kruželák, J. 2012. Influence Of Strontium  Ferrite  On  Properties  Of
Composites  Based  On  Polar  And  Non-
Polar  Rubbber  Matrices.  Electrical Engineering, 63: 137-140.
[13] Thakur, A. 2012. Crystallization Kinetics  of  Strontium  Hexaferrite: Correlation to Structural, Morphological, Dielectric and Magnetic  Properties.      Materials Letters, 8: 595-603.