Pengukuran Kekuatan Bending Material Komposit dari Limbah Ampas dan Sekam Kopi
Bending Strength Measurement of Composite Based on Used Coffee Ground and Coffee Husk
1 Nurmalia *) , 1 Medelyn Angel Hartono & 1 Anastasia Ary Noviyanti
1 Sekolah STEM, Universitas Prasetiya Mulya
*) nurmalia.nurmalia@prasetiyamulya.ac.id

## Abstrak
Meningkatnya konsumsi kopi di Indonesia berakibat pada peningkatan limbah sekam dan ampas kopi yang mengandung tanin, alkaloid, dan polifenol. Limbah tersebut seringkali dibuang begitu saja sehingga mencemari lingkungan.  Penelitian ini bertujuan untuk mengolah limbah kopi menjadi material komposit yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan pembuatan suatu produk. Komposit terdiri dari ampas dan sekam kopi sebagai dispersed phase dan material tambahan lain sebagai matrix phase . Sebuah produk fungsional akan menerima beban mekanik dalam penggunaannya, berupa salah satu atau kombinasi dari beban tarik, tekan, puntir, maupun beban bending , bergantung kepada aplikasinya. Oleh karena itu penting untuk mengetahui beban maksimal yang dapat ditahan sebelum material tersebut mengalami kerusakan atau perubahan bentuk, yang biasa disebut kekuatan material. Dilakukan eksplorasi material komposit dengan berbagai komposisi limbah kopi dan jenis fasa matriks, dan kekuatan bending dari material hasil eksplorasi dilakukan menggunakan Universal Testing Machine (UTM). Untuk memaksimalkan pemanfaatan limbah kopi, penelitian bermaksud untuk mencari komposit terbaik dengan  kekuatan bending optimal  dan  rasio  volume  limbah  kopi  terhadap  komponen  matriks  yang  paling  tinggi.  Hasil pengukuran dan optimasi penggunaan limbah kopi menunjukkan bahwa komposit terbaik menggunakan campuran resin epoksi  dan  semen  putih  sebagai  matriks,  dengan  rasio  limbah  kopi  :  matriks  50  :  50  yang  memiliki  kekuatan bending sebesar 29.63 MPa.
Kata Kunci:  sifat mekanik; kekuatan bending; komposit; limbah kopi; eksplorasi material

## Abstract
Growing  coffee  consumption  in  Indonesia  has  resulted  in  increasing  used  coffee  ground  and  husk  containing  tannins, alkaloids, and polyphenols, which oftentime just being dumped in the landfill, causing pollution to the environment. This study aimed to convert coffee waste into composite that can be used to create a valuable product. The coffee waste was used  as  the  dispersed  phase  and  other  additional  materials  as  the  matrix  phase  of  the  composite.  Depending  on  its application,  a  functional  product  is  subjected  to  mechanical  loads,  such  as  tensile,  compressive,  torsional,  or  bending loads. Therefore, it is important to determine the maximum load that can be sustained by the material before  it breaks, commonly  referred  to  as  material  strength.  Various  mixture  of  coffee  waste  and  matrix  phase  were  explored,  and  the bending  strength  of  resulted  composites  were  measured  using    Universal  Testing  Machine  (UTM).  To  maximize  the utilization of coffee waste, the best composite with optimal bending strength and the highest volume ratio of coffee waste to  matrix  component  was  investigated.  It  was found  that  the  best  composite  consisted  of  a mixture  of  epoxy  resin  and white cement as the matrix with a coffee waste: matrix ratio of 50:50 and bending strength of 29.63 MPa.
Keywords : mechanical properties; bending strength; composite; coffee waste; material exploration
Makalah diterima 21 September 2023 - makalah direvisi 24 Maret 2023 – disetujui 28 Maret 2023

## Pendahuluan
Indonesia merupakan negara agraris yang dianugerahi kekayaan alam melimpah, salah satunya biji kopi. Pada tahun  2020,  Indonesia  berhasil  memproduksi  762.38  ton  kopi [1] .  Jumlah  produksi  kopi  tersebut menempatkan  Indonesia  pada  posisi  ke-4  sebagai  negara  produsen  kopi  terbesar  di  dunia.  Selain  menjadi produsen, Indonesia juga sekaligus menjadi konsumen penting  komoditas kopi. Terbukti hanya 49.76% dari total produksi kopi pada  tahun  2020 tersebut diekspor dan  sisanya  digunakan  untuk memenuhi  kebutuhan dalam negeri. Artinya, sebanyak 383.03 ton kopi dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia. Data menunjukkan bahwa kopi masih menjadi salah satu minuman yang populer, terlihat dari maraknya kedai kopi yang ada di Indonesia [2] . Bagi masyarakat Indonesia, minum kopi sudah menjadi bagian dan gaya hidup sehari-hari, tidak lagi hanya sebagai penahan rasa kantuk.
Pengolahan  buah kopi dimulai  dengan  mengupas kulit dari biji,  lalu pengeringan  untuk menghasilkan green bean. Green bean ini kemudian disangrai, menghasilkan biji kopi yang siap untuk digiling. Dari kedua proses ini dihasilkan limbah kulit dan sekam. Proses penyeduhan biji kopi hasil penggilingan menjadi minuman yang
siap dikonsumsi menghasilkan residu berupa ampas kopi. Contoh sekam dan ampas sisa penyeduhan dapat dilihat pada Gambar 1. Berdasarkan riset yang dilakukan oleh Universitas Slovak, sebanyak 4.2% dari setiap green bean menghasilkan sekam kopi, sedangkan dari setiap 1 gram kopi yang diseduh menghasilkan 0.91 gram ampas kopi [3] . Dengan demikian, konsumsi kopi pada tahun 2020 di Indonesia menghasilkan sekitar 16  ton  sekam  dan  338.55  ton  ampas  kopi.  Jumlah  ini  diprediksi  akan  terus  meningkat  seiring  dengan peningkatan  konsumsi kopi  setiap tahunnya [1] . Studi menunjukkan  bahwa ampas kopi mengandung racun berupa kafein, tanin, dan polifenol yang menyebabkan pencemaran, sedangkan sekam mengeluarkan karbon dioksida  dan  metana  yang  mengakibatkan  efek  rumah  kaca [3][4] .  Lebih  jauh  lagi,  untuk  mendegradasi limbah tersebut dibutuhkan oksigen dalam jumlah yang besar [5] .
(a) (b)
Gambar 1. Contoh sekam (a), dan ampas kopi (b).
Limbah  sekam  kopi  sebenarnya  dapat  dimanfaatkan  menjadi  pupuk,  pakan  ternak,  dan  kompos [6] . Sedangkan  ampas  kopi  dapat  diolah  menjadi  bahan  bakar  nabati  padat,  pupuk,  dan  biogas [7] .  Namun, menurut  hasil  riset  mandiri  peneliti,  beberapa  perusahaan  dan  kedai  kopi  masih  banyak  yang  membuang limbah kopi begitu saja ke tempat sampah. Padahal limbah kopi ini akan sangat berpotensi apabila dijadikan suatu produk yang dapat dijual. Sebagai contoh, peneliti terdahulu memanfaatkan campuran ampas kopi dan resin  menjadi  bahan  untuk  membuat  meja  dan  jam  tangan [8][9] .  Melalui  penelitian  ini,  penulis  juga  ingin berkontribusi dalam mengurangi pengaruh negatif dari limbah kopi dengan memanfaatkan ampas dan sekam kopi  untuk  dijadikan  material  baru,  yang  kemudian  dapat  digunakan  sebagai  bahan  pembuatan  sebuah produk bernilai guna.
Komposit  merupakan  material  terbaru  yang  terbentuk  dari  gabungan  dua  atau  lebih  material  konvensional, yaitu logam, polimer (plastik), keramik, dan gelas. Penggabungan ini bertujuan untuk mengombinasikan sifat- sifat unggulan dari material pembentuknya. Secara garis besar, komposit terbentuk atas dua komponen fasa, yaitu dispersed phase dan matrix phase . Dispersed phase berupa sebaran material berbentuk butiran, serat, atau  lembaran,  berfungsi  sebagai  penguat  ( reinforcement )  yang  menerima  beban,  sedangkan matrix  phase berbentuk pasta atau cairan yang melingkupi dan mengikat dispersed phase tersebut. Kategorisasi komposit ditentukan oleh bentuk dispersed phase dan jenis material yang menjadi matriks pengikat [10] . Bahan serat alami  sebagai dispersed  phase pada  komposit  telah  banyak  menggantikan  serat  sintetis  karena  berbagai alasan, diantaranya densitas dan harga yang relatif rendah, resistansi yang tinggi terhadap benturan, sifatnya yang fleksibel, kemampuan untuk didaur ulang, serta kontribusi terhadap efek rumah kaca yang lebih rendah [11] .  Pada penelitian ini, limbah kopi sebagai dispersed phase dicampurkan dengan bahan perekat tertentu sebagai matrix  phase ,  sehingga  membentuk  komposit  dengan  kategori particle-reinforced  composite. Pada tahapan  selanjutnya  yang  diluar  pembahasan  artikel  ini,  material  komposit  terbaik  yang  dihasilkan  akan dimanfaatkan menjadi bahan baku pembuatan produk yang bernilai guna dan memiliki value yang lebih.
Produk yang bersifat fungsional dan bukan sekedar dekoratif akan mengalami pembebanan saat digunakan, dimana  jenis  beban  tersebut  bergantung  pada  aplikasinya.  Secara  umum  terdapat  jenis  beban  tarik  atau tekan, beban bengkok ( bending ), dan beban putar/puntir [10] . Oleh karena itu, perlu diketahui perilaku dari material  bahan  dasar  produk  tersebut  pada  saat  menerima  beban  tertentu,  dengan  kata  lain  sifat  mekanik dari material tersebut. Salah  satu sifat mekanik yang penting untuk diketahui  adalah kekuatan  ( mechanical strength ),  yang  berkorelasi  dengan  beban  maksimal  yang  dapat  diterima  sebelum  material  mengalami kerusakan  atau  perubahan  bentuk.  Oleh  karena  terdapat  jenis  beban  yang  beragam,  material  pun  memiliki kekuatan  yang  berbeda  untuk  jenis  beban  yang  berbeda.  Pengujian  mekanik  ini  telah  menjadi  salah  satu fokus  utama  dalam  studi  mengenai  eksplorasi  material  komposit.  Penelitian  pada  komposit  yang  terbentuk dari  serat  ganja  industri  ( hemp )  dan  epoksi  menunjukkan  bahwa  sifat  mekanik  dari  komposit  tersebut dipengaruhi  oleh  perlakuan  kimia  terhadap  serat  ganja [12] .  Dilaporkan  juga  bahwa  karakter  sifat  mekanik dari suatu komposit dengan epoksi sebagai matriks dipengaruhi oleh serat alami yang menjadi  penguatnya. Serat  ekaliptus  menghasilkan  komposit  dengan  kekuatan  tarik  tertinggi,  sedangkan  serat  dari  kelapa  sawit
menghasilkan  komposit  dengan  ketahanan  yang  tinggi  terhadap  benturan [13] .  Penambahan  ampas  kopi pada matriks high-density polyethylene (HDPE) meningkatkan modulus elastisitas, tetapi sedikit menurunkan kekuatan  tarik  dan  kekuatan  bending [14] .  Baru-baru  ini  Amena,  dkk  meneliti  sifat  mekanik  dari  komposit yang  terbentuk  atas  sekam  kopi,  polimer  HDPE,  dan  acrylonitrile  butadiene  styrene  (ABS)  dan  menemukan bahwa penambahan konten sekam kopi meningkatkan kekuatan tarik, bending , maupun ketahanan terhadap benturan ( impact ) [15] . Pengujian menunjukkan bahwa mode kegagalan pada komposit polimer ketika diberi beban tarik dipengaruhi oleh penguat yang ditambahkan. Patahan berbentuk diagonal terjadi pada komposit dengan penguat kain berbahan serat sisal. Sedangkan komposit dengan penguat kain berbahan serat karbon dan gelas menunjukkan patahan yang tidak merata di sepanjang bidang yang terbebani [16] . Penelitian lain mempelajari pengaruh matriks yang digunakan pada  anyaman serat alami terhadap mode kegagalan ketika diberikan beban tarik. Anyaman yang dikuatkan oleh matriks epoksi dan poliester menunjukkan patahan yang terjadi seketika dan merata.  Sedangkan jika matriks yang digunakan berbasis semen, patahan terjadi secara perlahan, diawali dengan pecahnya matriks dan dilanjutkan dengan meregangnya anyaman didalamnya [17] .
Material komposit hasil eksplorasi pada penelitian ini akan digunakan untuk membuat nampan saji yang akan menerima  beban bending pada  penggunaanya.  Oleh  karena  itu,  penelitian  ini  difokuskan  pada  pengujian kekuatan  komposit  berbahan  dasar  limbah  kopi  ketika  mendapatkan  beban bending ( bending/flexural strength ).  Eksperimen  dilakukan  dengan  menggunakan  sebuah  mesin  penguji  universal  ( Universal  Testing Machine ).  Lebih  jauh  lagi,  penelitian  ini  bermaksud  untuk  mencari  komposisi  komposit  terbaik  yang menghasilkan  kekuatan bending tertinggi  dengan  rasio  volume  limbah  terhadap  matriks  perekat  yang maksimal, sehingga pemanfaatan limbah menjadi optimal. Hasil pengamatan atas pori-pori pada permukaan komposit yang dihasilkan juga dilaporkan.

## Metode

## 1 Eksplorasi Material
Tahap  pertama  dari  penelitian  ini  adalah  melakukan  eksplorasi  material  untuk  membuat  komposit.    Bahan dasar ampas dan sekam kopi akan berperan sebagai dispersed phase yang kemudian disatukan oleh matriks perekat. Glitter berwarna  keemasan  dengan  jumlah  yang  dapat  diabaikan  akan  ditambahkan  sebagai dekorasi, tanpa mempengaruhi sifat mekanik dari komposit. Fraksi volume dari komponen-komponen ini perlu dieksplor  untuk  mendapatkan  hasil  yang  terbaik.  Eksplorasi  awal  peneliti  menemukan  bahwa  jika  volume ampas  kopi  dan  sekam  diatas  50%,  maka  komposit  tidak  akan  terbentuk  karena  matriks  tidak  dapat menyatukan  limbah kopi tersebut. Oleh  karena itu, komposisi fraksi volume antara  limbah kopi dan  matriks diatur menjadi 20:80, 30:70, 40:60, dan 50:50, dengan tahapan fabrikasi spesimen ditunjukkan pada Tabel 1. Dari setiap komposisi fraksi volume, dibuat 5 spesimen untuk pengujian sifat mekanik komposit. Terdapat tiga jenis komposisi material yang dibuat pada penelitian, yaitu:
(1) Diberi  nama  AKSR  (Ampas  Kopi  Sekam  Resin):  terbentuk  dari  ampas  kopi,  sekam, glitter ,  dan  matriks komponen yang terdiri dari dari resin epoksi dan katalis;
(2) Diberi nama AKSRS (Ampas Kopi Sekam Resin Semen): terbentuk dari ampas kopi, sekam, glitter serta matriks berupa campuran resin epoksi, katalis, dan semen putih;
(3) Diberi  nama  Biopolimer:  terbentuk  dari  campuran  ampas  kopi,  sekam,  dan  matriks  terbuat  dari campuran gliserin, tepung kanji, dan agar- agar.
Secara  umum,  kandungan  air  pada  ampas  kopi  perlu  dihilangkan  dengan  cara  dijemur  di  bawah  sinar matahari  selama  kurang  lebih  enam  jam,  sebelum  kemudian  dicampurkan  dengan  bahan  lainnya. Pencampuran  dilakukan  secara  manual  sampai  campuran  homogen,  lalu  dicetak  dan  dikeringkan  secara alami  sampai  mengeras.  Komposit  dibentuk  dengan  cara  dicetak  sesuai  ukuran  standar  untuk  pengujian bending , yang akan dijelaskan pada bagian selanjutnya.
Komposit  AKSR  dan  AKSRS  berhasil  terbentuk  dan  memiliki  tampilan  berwarna  kecoklatan,  dengan permukaan yang lebih halus untuk AKSR dan sedikit berongga untuk AKSRS. Komposit biopolimer, di sisi lain, bersifat  rapuh  dengan  ukuran  yang  menyusut  dan  berjamur  setelah  disimpan  selama  satu  bulan.  Sehingga komposit  biopolimer  ini  dianggap  tidak  berhasil  membentuk  material  yang  dapat  dijadikan  bahan  dasar produk fungsional. Gambar 2 menunjukkan tampilan komposit AKSR dengan fraksi volume 20:80 dan 40:60.
Tabel 1. Tahapan Fabrikasi Spesimen
No Tahapan
1 Cetakan terbuat dari PVC foam board disiapkan sesuai dengan ukuran spesimen.
2 Bahan-bahan sesuai dengan takaran masing-masing disiapkan.
3 Bahan matriks dicampurkan dengan perekat sesuai dengan jenis komposit yang akan dibuat, aduk campuran selama 6 menit.
4 Ampas kopi dimasukkan ke dalam campuran perekat dan tambahkan sekam dan glitter sesuai takaran. Khusus untuk komposit biopolimer, semua bahan yang telah tercampur perlu dipanaskan di bawah api kecil selama satu menit
5 Minyak dioleskan pada cetakan, lalu campuran dituangkan ke dalam cetakan.
6 Campuran dalam cetakan dijemur di bawah sinar matahari langsung sampai kering, pada umumnya selama 30 menit untuk komposit AKSR dan AKSRS, dan selama 3 hari untuk komposit biopolimer. Jika belum kering, dapat dijemur lebih lama
7 Komposit dilepaskan dari cetakan dan disimpan pada ruangan yang kering
(a)
(b) Gambar 2. Komposit AKSR dengan komposisi 20:80 (a), dan 40:60 (b).

## 2 Pengujian Bending dengan Universal Testing Machine (UTM)
Universal Testing Machine (UTM) merupakan sebuah mesin universal yang dapat digunakan untuk melakukan pengujian sifat mekanik material. Dikatakan universal karena hanya dengan mengganti bagian penggenggam atau yang bersentuhan dengan spesimen uji ( fixture ), mesin yang sama dapat digunakan untuk melakukan uji tarik,  uji  tekan,  uji bending ,  maupun  uji  geser.  Gambar  3  menunjukkan  diagram  skema  dari  sebuah  UTM dengan setting untuk berbagai pengujian dan tampilan UTM yang digunakan pada penelitian ini (Tensilon RTG- 1310 dengan kapasitas beban maksimum 10kN). Pengujian kekuatan bending komposit pada penelitian ini dilakukan  dengan  metode 3-point-bending  test ,  skema  pengujian  ditunjukkan  pada  Gambar  4  (a).  Standar prosedur  pengujian  mengikuti American  Society  for  Testing  and  Materials (ASTM)  D790-03  dengan  dimensi sedapat mungkin mendekati yang ditunjukkan pada Gambar 4(a) [18].
(a) (b)
Gambar 3. Diagram skema dari Universal Testing Machine (UTM) untuk berbagai jenis pengujian (a) dan seting uji bending pada peralatan UTM yang digunakan (b)
Pada  umumnya,  kurva  hasil  pengujian 3-point-bending  test ditunjukkan  oleh  Gambar  4(b).  Beban  yang diberikan meningkat perlahan dan objek uji mulai melengkung (mengalami elongation ), sampai pada besaran beban  tertentu  material  tidak  sanggup  lagi  menahan  beban  dan  patah.  Garis  putus-putus  pada  grafik menandakan  beban  maksimum  sebelum  objek  uji  patah.  Kekuatan  bending  ( bending/flexural  strength ),  , didapatkan dari persamaan berikut [10] :
𝜎 = 3𝐹 𝑚𝑎𝑥 𝐿 2𝑏𝑑 2 (1)
(a) (b)
Gambar 4. Metode 3- point-bending test dan dimensi spesimen berdasarkan standar ASTM D790-03 [18] (a), dan kurva tipikal hasil uji bending , dimana garis putus-putus menunjukkan beban maksimal (b)
Uji tarik Uji tekan Uji bending
F max

## 3 Pencitraan dengan Scanning Electron Microscopy ( SEM )
Scanning Electron  Microscope (SEM)  adalah  mikroskop  beresolusi  tinggi  yang  mampu  menangkap  citra topografi permukaan dengan kedalaman fokus ( depth of field ) bisa mencapai 1000 mikrometer. SEM bekerja dengan  menembakkan  pancaran  elektron  berenergi  tinggi  ke  permukaan  spesimen  yang  kemudian  akan menghasilkan  emisi  elektron  sekunder [19] .  Elektron-elektron  tersebut  akan  ditangkap  oleh  detektor, diamplifikasi,  dan  ditampilkan  dalam  bentuk  gambar  pada  monitor  komputer.  Pada  penelitian  ini,  SEM digunakan untuk mengamati perubahan ukuran pori-pori seiring dengan waktu pada komposit hasil eksplorasi material. SEM yang digunakan bertipe EVO MA10 dengan merk Carl Zeiss.

## Hasil & Diskusi

## 1 Hasil Pengujian Bending Komposit AKSR
Komposit AKSR dengan komposisi yang ditunjukkan pada Tabel 2, termasuk jenis Polymer Matrix Composite (PMC)  dengan  resin  epoksi  sebagai matrix  phase dan  campuran  ampas  kopi  dan  sekam  sebagai dispersed phase ,  sehingga  dikategorikan  sebagai particle-reinforced  composite .  Untuk  setiap  spesimen  AKSR  dengan fraksi  volume  limbah  yang  berbeda,  dilakukan  pengujian  bending  terhadap  beberapa  sampel  dan  hasilnya dikompilasikan  pada  Tabel  3.  Kekuatan bending ( bending  strength )  untuk  beragam  fraksi  volume  limbah ditunjukkan dalam grafik pada Gambar 5.
Tabel 2. Komposisi komposit AKSR Nama Spesimen Fraksi Volume [Limbah Kopi : Matriks] Berat (gram) Ampas Kopi Resin Epoksi Katalis Sekam Glitter AKSR 20 20:80 5.68 16.65 8.33 5.00 2.00 AKSR 30 30:70 8.52 14.57 7.29 5.00 2.00 AKSR 40 40:60 11.36 12.49 6.24 5.00 2.00 AKSR 50 50:50 14.20 10.41 5.20 5.00 2.00
Tabel 3. Hasil pengujian bending pada komposit AKSR dengan beragam fraksi volume limbah Nama Spesimen Lebar, b (mm) Tebal, d (mm) Beban Maksimum, F (N) Kekuatan bending,  (MPa) Standar Deviasi (MPa) AKSR 20 25.16 6.2 149.07 35.22 5.17 AKSR 30 25.70 6.16 144.18 34.15 5.40 AKSR 40 25.80 5.91 117.63 29.86 3.91 AKSR 50 25.32 6.4 127.06 28.18 5.30
Seperti  dapat  dilihat  pada  Tabel  2  dan  Gambar  5,  terjadi  penurunan  beban  maksimum  yang  dapat  ditahan oleh komposit limbah kopi, resin epoksi, dan katalis seiring dengan bertambahnya fraksi volume limbah dari 20% ke 50%. Artinya, kekuatan bending komposit AKSR akan bertambah seiring dengan pertambahan fraksi volume  matriks  perekat  dan  akan  berkurang  seiring  dengan  pertambahan  fraksi  volume  limbah  kopi. Komposit yang dapat menahan beban tertinggi, yaitu sebesar 149.07 N, memiliki komposisi 20:80. Sehingga untuk komposit AKSR, komposisi inilah  yang menghasilkan  kekuatan  bending maksimum, yaitu  35.22 MPa. Nilai  standar  deviasi  yang  cukup  besar  kemungkinan  disebabkan  karena  campuran  tidak  benar-benar
homogen, dan menjadi catatan peneliti untuk penelitian selanjutnya. Meskipun demikian, standar deviasi ini tidak mempengaruhi kesimpulan yang dapat diambil.
Gambar 5. Kekuatan bending ( bending strength ) dari komposit AKSR dengan fraksi volume limbah terhadap matriks perekat yang beragam

## 2 Hasil Pengujian Bending Komposit AKSR
Semen  putih  ditambahkan  sebagai  bagian  dari  matriks  perekat  pada  komposit  AKSRS,  dengan  komposisi seperti  ditunjukkan  pada  Tabel  4.  Ringkasan  hasil  pengujian bending terhadap  komposit  AKSRS  dengan berbagai  fraksi  volume  ditampilkan  pada  Tabel  5,  dan  kekuatan bending -nya  disajikan  dalam  bentuk  grafik pada Gambar 6.
Tabel 4. Komposisi komposit AKSRS Nama Spesimen Fraksi Volume [Limbah Kopi : Matriks] Berat (gram) Ampas Kopi  Resin Epoksi  Katalis  Semen Putih  Sekam Glitter AKSRS 20 20:80 5.68 13.33 6.66 6.54 5.00 2.00 AKSRS 30 30:70 8.52 11.66 5.83 5.73 5.00 2.00 AKSRS 40 40:60 11.36 10.99 5.50 5.40 5.00 2.00 AKSRS 50 50:50 14.20 8.33 4.16 4.09 5.00 2.00
Tabel 5. Hasil pengujian bending pada komposit AKSRS dengan beragam fraksi volume limbah Nama Spesimen Lebar, b (mm) Tebal, d (mm) Beban Maksimum, F (N) Kekuatan bending,  (MPa) Standar Deviasi (MPa) AKSRS 20 25.52 6 100.84 25.31 3.08 AKSRS 30 25.64 5.92 104.93 27.11 4.22 AKSRS 40 25.08 6.14 121.11 29.8 3.78 AKSRS 50 25.32 6.1 120.32 29.63 2.61
Seperti  dapat  dilihat,  nilai  beban  maksimum  yang  dapat  ditahan  pada  komposit  ampas  kopi,  resin  epoksi, katalis, semen putih meningkat dari fraksi volume 20% ke 40%. Namun terjadi penurunan sebanyak 0.16 MPa dari  fraksi  40%  menuju  50%.  Penurunan  kekuatan  ini  bisa  jadi  disebabkan  oleh  kekurang  telitian  dalam pengukuran  dimensi  dan/atau  kekurang  homogenan  sampel.  Beban  maksimum  diperoleh  pada  komposisi
Kek ua ta n Be nd ing (MP a)
Fraksi Volume [Limbah Kopi : Matriks Perekat]
40:60,  yaitu  121.11  N,  yang  setara  dengan  kekuatan bending sebesar  29.8  MPa.  Dengan  demikian  dapat disimpulkan  bahwa  kekuatan bending komposit  AKSRS  akan  bertambah  apabila  fraksi  volume  limbah  kopi setara dengan matriks perekat yang terbuat dari resin dan semen putih. Semen putih menjadi material yang lebih menguatkan matriks pada komposit dengan fraksi volume antara penguat dan matriks yang seimbang. Pada hasil ini pun, standar deviasi yang cukup besar tidak mempengaruhi pengambilan kesimpulan.
Gambar 6. Kekuatan bending ( bending strength ) dari komposit AKSRS dengan fraksi volume limbah terhadap perekat yang beragam
Setelah pengujian bending , kedua jenis komposit terbagi menjadi dua dengan karakter patahan yang tegas. Gambar  7  menunjukkan  salah  satu  spesimen  setelah  dilakukan  pengujian.  Kotak  berwarna  merah menunjukkan bagian yang digunakan sebagai spesimen pada pengukuran porositas menggunakan scanning electron microscopy yang dibahas pada bagian selanjutnya.

## 3 Pengukuran Porositas dengan SEM
Meskipun  tidak  banyak,  terdapat  pori-pori  pada  permukaan  komposit  yang  terbentuk.  Studi  peneliti  lain sebelumnya melaporkan bahwa semakin banyak dan semakin besar ukuran pori-pori, ikatan antara struktur mikro pada komposit menjadi berkurang [20] . Jumlah pori-pori juga mengakibatkan penurunan terhadap daya tahan material ketika digunakan dalam waktu lama ( fatigue resistance ) [21] . Dengan demikian, pori-pori pada permukaan  komposit  AKSR  dan  AKSRS  pun  diperkirakan  berpengaruh  pada  kekuatannya.  Disisi  lain,  pada penelitian mengenai struktur fraktal pori-pori yang terbentuk pada komposit campuran semen dengan limbah slag  dari  tungku  pemanas, pori-pori  diklasifikasikan  berdasarkan  ukuran  dan  diamati  perubahannya  selama proses  pengeringan.  Pengukuran  menunjukkan  bahwa  volume  pori-pori  yang  berukuran  besar  berkurang, khususnya  pada  7  hari  pertama,  sedangkan  volume  pori-pori  berukuran  kecil  meningkat,  mengindikasikan terjadi  penyusutan  ukuran  pori-pori [22] .  Penyusutan  ukuran  pori-pori  juga  dilaporkan  terjadi  selama  proses pengeringan  komposit  berbahan  semen  biasa  dengan  bauran  CO 2 saat  pengecorannya [23] .  Dengan demikian,  penyusutan  ukuran  pori-pori  bisa  menjadi  indikator  tingkat  kekeringan  komposit.  Untuk mengonfirmasi  bahwa  spesimen  komposit  pada  penelitian  ini  sudah  benar-benar  kering,  dilakukan pengamatan  sederhana  terhadap  pori-pori  tertentu,  pada  komposit  dari batch yang  sama,  dengan menggunakan scanning electron microscopy ( SEM ).
Gambar 7. Salah satu spesimen setelah proses pengujian, kotak merah adalah lokasi pengamatan dengan SEM
Pengamatan  dilakukan  terhadap  spesimen  yang  sama  selama  tiga  kali  dengan  selang  waktu  dua  minggu, pada  permukaan  spesimen  dengan  lokasi  ditunjukkan  pada  Gambar  7.  Diambil  dua  posisi  berbeda  pada spesimen  tersebut,  yang  selanjutnya  disebut  dengan  Posisi  1  dan  Posisi  2.  Dari  setiap  posisi  diamati  dan dilakukan pengukuran diameter terhadap tiga pori-pori secara khusus, yaitu pori-pori A, B, dan C pada Posisi 1, dan X, Y, Z pada Posisi 2. Tabel 6 menampilkan hasil pengukuran diameter pori-pori yang diamati.
Kek ua ta n Be nd ing (MP a)
Fraksi Volume [Limbah Kopi : Matriks Perekat]

## Tabel 6. Hasil pengamatan diameter pori-pori dengan SEM
Posisi Pori-Pori Diameter Pengamatan 1 Diameter Pengamatan 2 Diameter Pengamatan 3 1 A 1.042 μm 1.042 μm 1.042 μm 1 B 800.5 nm 800.5 nm 800.5 nm 1 C 979.0 nm 979.0 nm - 2 X 1.292 μm 1.294 μm 1.292 μm 2 Y 360.1 nm 410.5 nm 360.1 nm 2 Z 939.2 nm 925.3 nm -
Dapat dilihat dari Tabel 6 bahwa pori-pori A, B, C, X, dan Z tidak mengalami perubahan dimensi seiring dengan waktu. Lebih jauh lagi, Pori-pori Y, di sisi lain, mengalami perubahan pada pengamatan kedua, namun pada pengamatan ketiga, diperoleh kembali diameter yang sama dengan pengukuran pertama. Perbedaan dimensi pada pengamatan kedua ini kemungkinan besar karena kesalahan penarikan garis jarak pada layar monitor yang  tidak  selalu  presisi.  Dapat  disimpulkan  bahwa  dari  hasil  pengamatan  selama  6  minggu  terhadap  dua posisi  tersebut,  tidak  terjadi  perubahan  ukuran  diameter  pori-pori  yang  ada.  Hal  ini  mengonfirmasi  bahwa pada saat dilakukan pengujian bending , spesimen komposit sudah kering sempurna.
Gambar 8. SEM image pada posisi 1 untuk (a) pengamatan ke-1, (b) pengamatan ke-2, dan (c) pengamatan ke-3
Gambar 8 menunjukkan foto hasil pengamatan pada Posisi 1. Dapat dilihat bahwa pada posisi pengamatan ini  tidak  terjadi  penambahan  pori-pori.  Pada  pengamatan  ketiga,  diameter  pori-pori  C  tidak  dapat  diukur karena tidak didapatkan citra secara tegas. Hal ini dapat disebabkan oleh komposit yang bergetar pada saat ditembak dengan elektron oleh mesin SEM.
Pengamatan ke-1
(a)
Pengamatan ke-2 (b) Pengamatan ke-3 (c) A A A B B B C C
Gambar 9. SEM image pada posisi 2 untuk (a) pengamatan ke-1, (b) pengamatan ke-2, dan (c) pengamatan ke-3

## Kesimpulan
Penelitian ini menunjukkan bahwa limbah kopi, khususnya ampas dan sekam  kopi, dapat dijadikan material komposit dengan menambahkan bahan tambahan sebagai fasa matriks. Dari ketiga jenis komponen matriks yang ditambahkan, ditemukan bahwa matriks yang terdiri dari resin epoksi dan campuran resin epoksi dengan semen  putih  berhasil  membentuk  material  komposit  yang  padat  dan  berpotensi  sebagai  bahan  pembuatan produk fungsional. Sementara itu, komposit dengan matriks yang terbuat dari campuran gliserin, tepung kanji dan  agar-agar  (biopolimer)  tidak  memiliki  kepadatan  yang  cukup  untuk  dapat  digunakan  dan  mengalami degradasi  dengan  cepat.  Hasil  pengujian  kekuatan bending menyimpulkan  bahwa  pada  komposit  dengan matriks  resin  epoksi,  kekuatan bending akan  berkurang  bertambah  seiring  dengan  pertambahan  fraksi volume matriks dan akan berkurang seiring dengan pertambahan fraksi volume limbah kopi. Di sisi lain, pada komposit dengan matriks campuran resin epoksi dan semen putih, kekuatan bending akan bertambah apabila limbah kopi memiliki fraksi volume  yang mendekati fraksi matriks perekat. Pengamatan  menggunakan  SEM terhadap pori-pori pada permukaan komposit selama 6 minggu menunjukkan bahwa tidak terjadi penyusutan ukuran pori-pori, mengindikasikan spesimen sudah kering sempurna pada saat dilakukan pengujian bending . Dengan  mempertimbangkan  hasil  pengujian  kekuatan bending dan  optimalisasi  kuantitas  limbah  yang termanfaatkan,  matriks  yang  paling  ideal  adalah  campuran  resin  epoksi dan  semen  putih  dengan  fraksi volume 50:50 yang menghasilkan kekuatan bending sebesar 29.63 MPa.

## Referensi
[1] BPS, Statistik Kopi Indonesia Tahun 2020, Badan Pusat Statistik, 2020, pp. 2714 – 8505.
[2] Herlyana, E, “Fenomena Cofee Shop”, Journal Thaqafiyyat , vol. 13, no. 1, 2012.
[3] Blinová,  L.,  Sirotiak,  M.,  Bartošová,  A.,  &  Soldán,  M,  “ Review:  Utilization  of  Waste  from  Coffee Production ,” Research  Papers  Faculty  of  Materials  Science  and  Technology  Slovak  University  of Technology , vol. 25, no. 40, 2017.
[4] Malara, A., Paone, E., Frontera, P., Bonaccorsi, L., Panzera, G., & Mauriello, F, “ Sustainable exploitation of  coffee  silverskin  in  water remediation,” Sustainability,  vol.  10,  no.  10,  2018, https://doi.org/10.3390/su10103547.
[5] S.  I.  Mussatto,  E.  M.  S.  Machado,  S.  Martins,  and  J.  A.  Teixeira ,  “ Production,  Composition,  and Application  of  Coffee  and  Its  Industrial  Residues ,”  Food  Bioprocess  Technol.,  vol.  4,  pp.  661  – 672, 2010, https://doi.org/10.1007/s11947-011-0565-z.
[6] Pandey, A., Soccol, C. R., Nigam, P., Brand, D., Mohan, R., & Roussos, S. , “ Biotechnological potential of coffee pulp and coffee husk for bioprocesses ”, Biochem. Eng. J., vol. 6, no. 2, pp. 153  – 162, 2000, https://doi.org/10.1016/S1369-703X(00)00084-X.
[7] McNutt, J., & He, Q. (Sophia) , “ Spent coffee grounds: A review on current utilization ,” J. Industrial and Eng. Chem., vol. 71, pp. 78 – 88, 2019, https://doi.org/10.1016/j.jiec.2018.11.054.
Pengamatan ke-1 (a) Pengamatan ke-2
(b)
(c) X Y X Y X Y Z C Z X
[8] H.  Santoso,  H.  B.  Budiarjo,  Karsam,  “Pengembangan  meja  kafe  dengan  eksplorasi  material  limbah ampas kopi berbasis alam”, Juno: Jurnal Art Nouveau , vol. 10, no. 2, 2020.
[9] D.  Setiawan,  “Desain  jam  tangan  melalui  pendekatan  eksplorasi  material  limbah  ampas  kopi”, Universitas Telkom, Bandung, 2021.
[10] W.D. Callister Jr., D.G. Rethwisch, Materials Science and Engineering, 9 th ed., Wiley, 2015.
[11] L. Kerni, S. Singh, A. Patnaik, N. Kumar, “A review on natural fiber reinforced composites”, Mat. Today: Proceedings., vol. 28, pp. 1616 – 1621, 2020, https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.04.851.
[12] R.  Sepe,  F.  Bollino,  L.  Boccarusso,  F.  Caputo.,  “Influence  of  chemical  treatments  on mechanical properties of hemp fiber reinforced composites”, Composites Part B, vol. 133, pp. 210  – 217, 2018, https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2017.09.030.
[13] E.  Sarikaya,  H.  Çallioglu,  H.  Demirel,  “Production  of  epoxy  composites  reinforced  by  diff erent  natural fibers  and  their  mechanical  properties”,  Composite  Part  B,  vol.  167,  pp.  461  – 466,  2019, https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.03.020.
[14] J.  F.  Mendes,  et.  al.,  Thermo-physical  and  mechanical  characteristic  of  composites  based  on  high- density polyethylene (HDPE) e spent coffee grounds (SCG)”, J. Polym & Env., vol. 28, pp. 2888 – 2900, 2021,  https://doi.org/10.1007/s10924-021-02090-w.
[15] B. T., Amena, H. Altenbach, G. S. Tibba, N. Hossain, “Inve stigation of mechanical properties of  coffee husk-HDPE-ABS polymer composites using injection- molding method”, J. Compos. Sci., vol, 6, no. 354, 2022, https://doi.org/10.3390/jcs6120354.
[16] T. Sen, H. N. J. Reddy, “Flexural strengthening of RC beams using natural sisal and artificial carbon and glass fabric reinforced composite system”, Sustainable Cities and Society, vl. 10, pp. 195 – 206, 2014, http://dx.doi.org/10.1016/j.scs.2013.09.003.
[17] R.  Codispati,  et.all., “Mechanical  performance  of  natural  fiber -reinforced  composites  for  the strengthening  of  masonry”,  Composites  Part  B,  vol.  77,  pp.  74  – 83,  2015, http://dx.doi.org/10.1016/j.compositesb.2015.03.021.
[18] American  Society  for  Testing  and  Materials,  “Stand ard  test  methods  for  flexural  properties  of ureinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials”, 2017,
https://10.1520/D0790-03.
[19] P. Sahoo, Tribology Measurements, in Mechanical Engineers’ Handbook, Vol. 1, 4 th ed., Wiley, 2015.
[20] Q. Chen, Y. Y. Zhang, P. Huang, Y. Q. Li, and S. Y. Fu , “ Improved bond strength, reduced porosity and enhanced  mechanical  properties  of  3D-  printed  polyetherimide  composites  by  carbon  nanotubes ” Composites Comm., vol. 30, 2022, doi: 10.1016/j.coco.2022.101083.
[21] A. Patnaik, et. all., “Investigation on three -body abrasive wear and mechanical properties of particulate filled glass epoxy composites”, Malaysia Polymer J . vol. 5, no. 2, pp. 37 – 48, 2010.
[22] J.  Yang,  et.  all.,  “Segmented  fractal  pore  structure  covering  nano  and  micro -ranges  in  cementing composites produced with GGBS”, Construction and Building Mat., vo. 225, pp. 1170  – 1182, 2019, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.08.016.
[23] B. J. Zhan, et. all., “Mechanism for rapid hardening of cement pastes under coupled CO 2 -water curing
regime”,
Cement and Concrete Compos., vo. 97, pp. 78 – 88, 2019,
https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2018.12.021