## EFEK SINTESIS SILANE COUPLING AGENT PADA SIFAT FISIS DAN MEKANIS KOMPOSIT SERBUK KENAF

## Delovita Ginting, Reka Nuansa Fitri
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika Ilmu Pengetahuan Alam dan Kesehatan, Universitas Muhammadiyah Riau, Jl. Tuanku Tambusai, Pekanbaru. 28144, Indonesia
Email: delovita@umri.ac.id

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  melihat  efektivitas  perlakuan  kimia  larutan  silane  coupling  agent terhadap sifat fisis (densitas dan daya serap air) dan sifat mekanis (kuat tarik dan kuat pukul takik) dari komposit serbuk kenaf. Serbuk kenaf dialkalisasi dengam menggunakan NaOH selama 4 jam, kemudian dihaluskan mengunakan greending machine hingga lolos ayakan 50 mesh. Serbuk kenaf yang  telah  lolos  ayakan  kemudian  diolah  secara  kimia  dengan  larutan  silane  coupling  agent. Variasi konsentrasi larutan silane coupling agent yang digunakan adalah dengan konsentrasi 0%, 10%, 20% dan 30% terhadap massa serbuk kenaf. Serbuk kenaf yang telah disintesis dengan silane coupling agent kemudian dicampur dengan perekat resin epoksi dengan perandingan 30/70 dalam persen berat. Proses kompaksi komposit menggunakan mesin kompaksi Hydrolic Hot Press dengan tekanan 20 Bar pada suhu 125 o C dan waktu penahanan 15 menit. Hasil dari penelitian ini bahwa dengan perlakuan 20% silane coupling agent pada serbuk kenaf efektif meningkatkan sifat fisis dan mekanis komposit.
Kata kunci: komposit polimer, silane coupling agent, serbuk kenaf, resin epoksi.

## 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 o C  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.
Keywords : polymer composite, silane coupling agent, kenaf fiber, epoxy resin

## 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  [1].  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 [2].
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 [3], serat rami [4], serat kelapa [5]. Salah satu  serat  alam  yang  dapat  digunakan  sebagai komposit adalah serat kenaf [6].
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.
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 [7].
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[8].
Polimer  dalam  penelitian  adalah  epoksi, komposit degan 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,  meningkatkan ketahanan  terhadap  takik,  sensitivitas  dan ketangguhan  dan  mengurangi  penyerapan  air [9].
Penelitian ini akan menganalisis pengaruh  perlakuan  kimia  sintesis  larutan silane  coupling  agent pada  serbuk  kenaf. Komposit    polimer  serat  kenaf  menggunakan epoksi  akan  diuji  keteguhan  tarik,  kekuatan pukul, kerapatan komposit dan daya serap air.

## METODE 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.

## Preparasi Serat Kenaf
Serat  kenaf    dialkalisasi  dalam  larutan NaOH dan aquades dengan perbandingan 1 : 5 selama  4  jam.  Kemudian  serat  dibersihkan dengan air mengalir dan dikeringkan menggunakan  oven  listrik  hingga  mencapai kadar  air  kurang  dari  3%.  Serat  yang  telah kering  kemudian  digiling  dan  dihaluskan menggunakan greending  machine hingga dipereloh serbuk lolos ayakan 50 mesh.

## Preparasi 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.

## Sintesis Silane Coupling Agent
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 10 menit dengan suhu 120  C.

## Preparasi Komposit
Serbuk  kenaf  dan  perekat  epoksi dicampurkan  dengan  perbandingan  70:30, bahan diaduk menggunakan mixer
berkecepatan  300rpm  selama  10  menit.  Bahan yang  sudah  tercampur  dimasukkan  ke  cetakan dengan ukuran 20cm x 15cm x 2cm , selanjutnya dilakukan  pengempaan  panas  dengan  tekanan 20  Bar  selama  10  menit.  Papan  komposit dikeluarkan  dari  cetakan  kemudian  didiamkan untuk  dikondisikan  selama  7  hari,  selanjutnya komposit diuji.

## HASIL DAN PEMBAHASAN 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  kooefesien  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).  Lie Chen pada tahun 2017 menemukan viskositas  resin  dapat  mengurangi  kerapatan material,  hal  ini  dikarenakan  nilai  viskositas matriks  yang  mengental  menyebabkan  volume komposit meningkat [8].

## 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 memiliki nilai yang kecil.  Grafik  hubungan  antara  pengaruh perlakuan  penambahan  variasi  jumlah silane coupling  agent (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
Gambar 1. Grafik Pengaruh Perlakuan Silane Coupling Agent Terhadap Kerapatan Komposif 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 K e r a p a ta n (g // c m 3 ) Konsentrasi Silane Coupling Agent (%)
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 [10].
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 %.

## 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.  Pada pengujian  ini  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  yang dibentuk.

## 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  silane  coupling agent  (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  [11].  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.
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 10 20 30 D a y a S e r a p A ir (% ) Konsentrasi Silane Couplig Agent (%)

## Gambar  3.  Grafik  Pengaruh  Perlakuan
Silane Coupling Agent
Terhadap Kuat Tarik Komposit
y = 2.7853x + 108.67 R² = 0.9568 0 50 100 150 200 250 0 10 20 30 K u a t Ta r ik (K g f/ c m 2 ) Konsentrasi Silane Couplig Agent (%)
Gambar  4. Grafik  Pengaruh  Perlakuan
Silane Coupling Agent
Terhadap  Kuat  Pukul  Takik
Komposit 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 10 20 30 K u a t P u k u l Ta k ik (J /c m 2 )
Konsentrasi Silane Couplig Agent (%)
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.

## SIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  perlakuan substrat  serbuk  kenaf  menggunakan  larutan silane coupling agent diperoleh bahwa pengaruh  yang  kuat  pada  nilai  uji  tarik,  uji pukul takik, dan saya serap air. Sedangkan pada uji  kerapatan  perlakuan  silane  coupling  agent berkorelasi rendah.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  berterimakasih  kepada  Lembaga Penelitian  Universitas  Muhammadiyah  Riau dan  Program  Studi  Fisika  Fakultas  MIPA  dan Kesehatan Universitas Muhammadiyah Riau.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Ismail,  I.,  Jalil,  Z.,  Olaiya,  N.G.,
Abdullah,  C.K.,  Fazita,  M.R.N.  and Abdul  Khalil,  H.P.S.,  2020.  Properties and  Characterization  of  New  Approach Organic Nanoparticle-Based Biocomposite  Board. Polymers , 12 (10), p.2236.
2 Chand, N. and Fahim, M.,. Tribology of natural  fiber  polymer  composites . Woodhead publishing. 2020
3 Yantaboot,  K.  and  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 , pp.223-228.
4 Purboputro,  P.I.  and  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).
5 Marpaung,  J.L.,  Lumintang,  R.C.  and Sutrisno,  A.,  2017.  Penerapan  metode anova  untuk  analisis  sifat  mekanik komposit  serabut  kelapa.  Jurnal  Online Poros Teknik Mesin Unsrat, 6 (2).
6 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 ,
pp.1-4.
7 Chuang,  W.,  Geng-sheng,  J.,  Lei,  P., Bao-lin, Z., Ke-zhi, L. and 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, pp.886-896.
8 Chen,  L.,  Wang,  Y.,  Fei,  P.,  Jin,  W., Xiong,  H.  and  Wang,  Z.,  2017. Enhancing  the  performance  of  starch- based wood adhesive by silane coupling agent (KH570). International journal of biological macromolecules , 104,
pp.137-144.
9 Pereira, A.C., Monteiro, S.N., de Assis, F.S., Margem, F.M., da Luz, F.S. and 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), pp.312-316. 10 Arkles, B., Hydrophobicity,
hydrophilicity and silane surface modification. Gelest  Inc,  Morrisville .
2011. 11 Sani, Ridwan Abdullah. 2019. Karakterisasi  Material. Jakarta :  Bumi Aksara, 2019.