## SIFAT-SIFAT MEKANIK KOMPOSIT POLIPROPILENA BERPENGISI ABU PEMBAKARAN BIOMASSA KELAPA SAWIT
Danil Tarmizi 1 , Kartini Noor Hafni 1 ,  A. Haris Simamora 2
1 Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,
2 Magister Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jl. Almamater Kampus USU Medan 20155, Indonesia
Email: daniltarmizi@gmail.com

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  komposisi  abu  pembakaran  biomassa  kelapa sawit  terhadap  sifat-sifat  mekanik  komposit  polipropilena.  Komposit  dibuat  dengan  metode  ekstrusi dan injection molding dengan mencampurkan polipropilena dan abu palm oil fuel ash (POFA) dengan komposisi  pengisi  masing-masing  10,  15  dan  20  (%  b/b).  Sifat-sifat  mekanik  yang  diuji  yaitu kekuatan  tarik,  pemanjangan  pada  saat  putus  dan  kekuatan  bentur.  Hasil  yang  diperoleh  dari penelitian adalah penambahan bahan pengisi  abu pembakaran biomassa  kelapa sawit pada komposit polipropilena menurunkan sifat-sifat  mekanik komposit sendiri seperti, kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus dan kekuatan bentur.
Kata kunci: abu pembakaran biomassa kelapa sawit, komposit, sifat-sifat mekanik

## Abstract
This study aimed to determine the effect of palm oil fuel ash composition of the mechanical properties of polypropylene composites. Composites made by extrusion and injection molding method by mixing polypropylene  and  palm  oil  fuel  ash  with  filler  composition,  respectively  10,  15,  and  20  (%  w/w). Mechanical  properties  which  tested  are  tensile  strength,  elongation  at  break,  and  impact  strength. The  results  obtained  from  the  study  is  the  addition  of  filler  palm  oil  fuel  ash  in  polypropylene composites decrease the mechanical properties of the composites, such as tensile strength, elongation at break, and impact strength.
Key words : palm oil fuel ash, composite, mechanical properties
Pendahuluan
Kelapa  sawit  adalah  salah  satu  komoditi andalan Indonesia yang perkembangannya demikian  pesat.  Selain  produksi  minyak  kelapa sawit  yang  tinggi,  produk  samping  atau  limbah pabrik  kelapa  sawit  yang  dihasilkan  juga  tinggi. Dengan  kondisi  yang  demikian  itu  sebenarnya banyak sekali manfaat yang dapat diperoleh untuk menciptakan  kelapa  sawit  sebagai  industri  yang zero wastes [6].
Limbah menjadi pusat perhatian dunia  dalam peningkatan  perlindungan  terhadap  alam  maka, berbagai  teknologi  telah  dikembangkan  untuk memanfaaatkan  limbah  tersebut.  Limbah  dalam jumlah berlimpah salah satunya adalah limbah abu pembakaran  biomassa  kelapa  sawit  atau palm  oil fuel ash (POFA), yang mana dapat diperoleh tanpa biaya, diperbaharui dan mempunyai performa yang bagus pada kondisi panas yang tinggi [5].
Pengembangan  teknologi  selama  beberapa tahun  terakhir  telah  membawa  ke  penggunaan polimer  sintetis.  Hal  ini  dikarenakan  bahan polimer memiliki sifat ringan, murah, tahan korosi dan temperatur pemrosesannya yang relatif rendah bila  dibandingkan  dengan  bahan  logam  ataupun bahan  keramik [2]. Pada umumnya bahan polimer ini  dicampurkan  dengan  bahan  lain  untuk
memperoleh  sifat  yang  lebih  baik,  yang  dikenal sebagai bahan komposit.
Pemanfaatan  POFA  sebagai  pengisi  dalam pembuatan  komposit  polimer  mempunyai  nilai yang  signifikan  untuk  memotong  konsumsi  dari matrix  dan  bahan  pengikat  dari  material  komposit [5].  Mengingat  bahwa  limbah  abu  pembakaran biomassa  kelapa  sawit  atau  palm  oil  fuel  ash (POFA)  ini  adalah  limbah  biomassa  berharga murah  dan  mempunyai  jumlah  yang  berlimpah serta bersifat dapat dibaharui atau renewable , yang diperkirakan potensial dimanfaatkan sebagai bahan pengisi pada polimer termoplastik dan ditingkatkan fungsinya
Dalam penelitian ini yang menjadi permasalahan adalah bagaimana pengaruh perbandingan komposisi POFA terhadap sifat-sifat mekanik  pada  komposit  polipropilena  yang dihasilkan. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan  komposisi  pengisi  terbaik  POFA terhadap  sifat-sifat  mekanik  pada  komposit polipropilena yang dihasilkan.

## Teori
Pada  pembuatan  minyak  kelapa  sawit, minyak  dari  buah  kelapa  sawit  segar  diekstraksi, sisa  padatan  dari  produk  dalam  bentuk  cangkang, serat dan tandan kosong (lebih dari 70% dari buah
kelapa  sawit  segar)  dikeluarkan  dari  proses. Limbah  ini  digunakan  kembali  di  Pabrik  Kelapa Sawit (PKS) yang sama sebagai bahan bakar boiler untuk  menghasilkan  steam  yang  berfungsi  untuk membangkitkan  tenaga  listrik  dan  menjalankan operasi  internal  dan  proses  pembakaran  ini  akan menyisakan  abu    sekitar  5%.  Abu  ini  dikenal dengan  abu  pembakaran  biomassa  kelapa  sawit atau palm  oil  fuel  ash (POFA).    Oleh  karena kekurangan nutrisi yang dibutuhkan sebagai pupuk maka POFA dibuang ke tanah kosong disekeliling pabrik minyak kelapa sawit sehingga menyebabkan  masalah  lingkungan  dan  resiko kesehatan. Oleh karena itu ditemukan solusi dalam beberapa studi untuk menggunakan POFA sebagai filler untuk beberapa material [1].
Kandungan  utama  palm  oil  fuel  ash  (POFA) adalah  Silicon  Dioxide  (SiO 2 ),  Aluminum  Oxide (Al 2 O 3 ),  Magnesium  Oxide  (MgO),  Ferric  Oxide (Fe 2 O 3 ),  Calcium  Oxide  (CaO),  Potassium  Oxide (K 2 O)  [4].  Silicon  Dioxide  (SiO 2 )  merupakan senyawa  yang  paling  banyak  terdapat  pada  POFA yaitu sekitar 40-70%, Aluminum Oxide (Al 2 O 3 ) 5- 15%,  Calcium  Oxide  (CaO)  5-10%,  Ferric  Oxide (Fe 2 O 3 )  5-10%  dan  Magnesium  Oxide  (MgO) sekitar 3-10% [1].

## Metodologi Penelitian
Propilena  disuplai  dari  The  Polyolefin Company  Singapura  dan  POFA  diperoleh  dari salah  satu  PKS  di  daerah  Sumatera  Utara.    POFA digiling  di  dalam ball  mill untuk  menyeragamkan dan  memperkecil  ukuran  partikel  POFA  tersebut. Setelah  digiling  kemudian  POFA  diayak  dengan menggunakan  ayakan  140 mesh.  Hasil  ayakan dimasukkan  kedalam  larutan  NaOH  0,1  M  sambil diaduk perlahan sampai tercapai temperatur ruang. Campuran POFA dengan NaOH disaring menggunakan  ayakan  200  mesh  dan  setelah  itu dicuci,  dibilas  dengan  air  secukupnya  dan dikeringkan  dalam  oven  dengan  suhu  105 o C hingga  kering.    Gerus  endapan  kering  tersebut pada  mortar  untuk  memecahkan  aglomerasinya. Dilakukan  pencampuran  antara  Polipropilena  dan POFA  dengan  komposisi  yaitu  10,  15  dan  20% (b/b)  dan  penambahan  agen  pendispersi  berupa magnesium stearat.
Pencampuran POFA dengan matriks polipropilena  dilakukan  secara  manual  dan kemudian  dilanjutkan  dengan  proses  ekstrusi  dan pelletisasi.  Komposit  hasil  ekstrusi  di  cetak  pada injection molding Niigata CN 75 untuk pembuatan spesimen  uji  sesuai  dengan  ASTM  standar. Spesimen  didiamkan/ ageing selama  24  jam  di dalam  desikator  kemudian  dilakukan  pengujian sifat  masing-masing  varian  komposit  tersebut. Pengujian  kekuatan  tarik  dan  pemanjangan  saat putus dilakukan  sesuai  dengan  ASTM  D  638  dan kekuatan bentur dengan ASTM D 256.
Hasil dan Pembahasan 1. Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Gambar  1  menunjukkan  pengaruh  penam- bahan  bahan  pengisi  POFA  pada  matriks polipropilena terhadap kekuatan tarik komposit.

## Gambar  1.  Pengaruh  Kandungan  Bahan  Pengisi Terhadap Kekuatan Tarik Komposit Polipropilena
Dari  gambar  1  dapat  dilihat  bahwa  nilai kekuatan  tarik  bahan  berpengisi  POFA  tersebut berada di bawah nilai kekuatan tarik polipropilena murni. Penurunan ini disebabkan karena penambahan  POFA  yang  akan  menimbulkan interaksi  dan  mempengaruhi  sifat-sifat  dari komposit, termasuk kekuatan tarik.
Partikel  dari  POFA  yang  cukup  besar  dan cenderung  berikatan  atau  berkumpul  membentuk algomerasi  dalam  kondisi  lembab  yang  kemudian berinteraksi  di  daerah  antar  fasa  sebagai  pengisi dengan  matriks  polipropilena  akan  mempengaruhi kekuatan  tarik  komposit.  Aglomerasi  mengurangi kecocokan dari pengisi dan matriks [3].
Hal  ini  juga  yang  menunjukkan  kemampuan pengisi  dalam  menurunkan  tegangan  ( stress )  yang diberikan  sehingga  nilai  kekuatan  tarik  komposit berada  dibawah  matriks  murninya.  Penyebab  lain juga  diperkirakan  akibat  butiran  POFA  yang terhidrasi  bersifat  hydrofil  sementara  permukaan dari  polipropilen  bersifat  hydrofob.  Ketidak sesuaian  ini  akan  memberikan  kontribusi  terhadap perubahan  sifat  mekanis  kekuatan  tarik  dari matriks murni dibandingkan komposit.
2. Sifat Pemanjangan Pada Saat Putus
(Elongation at Break)
Gambar 2 menunjukkan pengaruh penambahan  bahan  pengisi  POFA  pada  matriks polipropilena terhadap sifat pemanjangan ( elongation at break ) pada saat putus.
20.639 17.945 17.801 16.837 0 5 10 15 20 25 100/0 90/10 85/15 80/20 K ek u a ta n Ta rik (M Pa ) Perbandingan Matriks dan Pengisi a/b = perbandingan matriks dan bahan pengisi
Gambar  2.  Pengaruh  Kandungan  Bahan  Pengisi Terhadap  Sifat  Pemanjangan  Pada  Saat  Putus ( Elongation Break ) Komposit Polipropilena
Hasil  pengujian  komposit  menunjukkan bahwa  pemanjangan  pada  saat  putus  menurun dengan  meningkatnya  kandungan  bahan  pengisi POFA.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  semakin bertambahnya  bahan  pengisi  akan  mengakibatkan bahan komposit kehilangan keelastisannya.
Semakin elastis suatu bahan mengindikasikan tingginya  nilai  pemanjangan  pada  saat  putus. Penurunan  nilai  pemanjangan  pada  saat  putus menunjukkan penurunan kemampuan bahan pengisi  untuk  menyokong  perpindahan  tegangan ( stress ) dari bahan polimer ke  matriks [3]. Hal ini disebabkan  karena  interkalasi  dari  POFA  yang terhydrasi  pada  matriks  sehingga  mengurangi keelastisan dari  matriks,  yang  mana  menyebabkan kekakuan  komposit.  Penurunan  nilai  pemanjangan pada  saat  putus  komposit  juga    disebabkan  oleh pengurangan komposisi dari matriks.
3. Kekuatan Bentur (Impact Strength)
Gambar 3 menunjukkan pengaruh
penambahan  POFA  pada  matriks  polipropilena terhadap  kekuatan  kekuatan  bentur  (impact strength)  komposit.  Dimana  dapat  dilihat  bahwa nilai  kekuatan  bentur  komposit  polipropilena berpengisi abu pembakaran biomassa kelapa sawit berada  di  bawah  nilai  kekuatan  bentur  untuk polipropilena murni.
Penurunan kekuatan bentur komposit disebabkan  massa  matriks  mengalami  penurunan sedangkan  massa  bahan  pengisi  bertambah, sehingga permukaan matriks tidak dapat menutupi permukaan  pengisi  dengan  baik,  artinya  interaksi antara  matriks  dan  bahan  pengisi  tidak  maksimal. Sifat  kepolaran  bahan  matriks  dan  bahan  pengisi yang  berbeda  juga  menyebabkan  interaksi  yang terjadi  tidak  maksimal.  Hal  ini  yang  dibutuhkan pada  bahan  untuk  memperkuat  bahan  komposit agar  membentuk  produk  yang  efektif  yaitu  harus
ada ikatan permukaan yang kuat antara pengisi dan matriks, tanpa adanya  faktor tersebut penambahan pengisi  dapat  menurunkan  kekuatan  bentur  bahan komposit yang dihasilkan [3].
Gambar  3.  Pengaruh  Kandungan  Bahan  Pengisi Terhadap  Kekuatan  Bentur  ( Impact  Strength ) Komposit Polipropilena
Kesimpulan Sifat mekanik yaitu kekuatan tarik, pemanjangan pada saat putus dan kekuatan bentur, menunjukkan  bahwa  untuk  setiap  peningkatan komposisi  bahan  pengisi  yaitu  POFA  mengalami penurunan,  yang  berarti  POFA  belum  mampu meningkatkan  sifat  mekanik  dari  komposit  yang dihasilkan.

## Daftar Pustaka
[1]  Altwair,  Nurdeen  M.,  Megat  Azmi  Megat Johari  dan  Syed  Fuad  Saiyid  Hashim, Strength  Activity  Index  and  Microstructural
Characteristics of Treated Palm Oil Fuel Ash, International Journal of Civil &
Environmental  Engineering  IJCEE-IJENS, Vol: 11. No: 05. 2011.
[2]  Andhika, S. Siregar dan Cristopel L. Tobing, Pemanfaatan  Serbuk  Pohon  Karet  Sebagai Bahan  Pengisi  Pada  Komposit  Polipropilena Dengan Penyerasi Benzoil Peroksida,
Laporan  Penelitian,  Teknik  Kimia,  Fakultas Teknik, USU, 2010.
[3]   Awal, A.S.M. Abdul dan Siew Kiat Nguong, A Short-Term Investigation On High Volume Palm  Oil  Fuel  Ash  (Pofa)  Concrete,  35th Conference  on  Our  World  In  Concrete  & Structures: Singapore, 25-27 August, 2010.
[4]   Ditjen  PPHP,  Pedoman  Pengelolaan  Limbah Industri  Kelapa  Sawit,  Direktorat  Hasil Pertanian,  Departemen  Pertanian,  Jakarta, 2006.
[5]   Ibrahim, M.S., S.M. Sapuan dan A.A. Faieza., Mechanical  And  Thermal  Properties  Of Composites  From  Unsaturated  Polyester
156.667 53.333 46.015 39.254 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 100/0 90/10 85/15 80/20 Pem a n ja n g a n p a d a S a a t Pu tu s (% ) Perbandingan Matriks dan Pengisi 112.134 60.853 50.396 48.162 0 20 40 60 80 100 120 100/0 90/10 85/15 80/20 K ek u a ta n B en tu r (J /m 2 ) Perbandingan Matriks dan Pengisi a/b = perbandingan matriks dan bahan pengisi a/b = perbandingan matriks dan bahan pengisi
Filled  With  Oil  Palm  Ash.  Journal  of Mechanical Engineering and Sciences
(JMES), Volume 2, Hal: 133-147, 2012.
[6]   Ratnasari,  Pengolahan  Cangkang  Kelapa Sawit  Dengan  Teknik  Pirolisis  Untuk Produksi  Bio-Oil,  Skripsi,  Teknik  Kimia,
Fakultas  Teknik,  Universitas  Diponegoro, Semarang, 2011.