MENGANALISIS PENGARUH PRETREATMENT DENGAN

ALKALI TERHADAP SERAT RAMBUT MANUSIA

TERHADAP KEKUATAN DAN KELENTURAN KOMPOSIT

SERAT RAMBUT

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata 1

pada Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh :

AHMAD ALDI WIJANARKO

D500140074

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2019

HP

Typewritten text

i

HP

Typewritten text

iii

1

MENGANALISIS PENGARUH PRETREATMENT DENGAN ALKALI

TERHADAP SERAT RAMBUT MANUSIA TERHADAP KEKUATAN

DAN KELENTURAN KOMPOSIT SERAT RAMBUT

Abstrak

Pemanfaatan limbah rambut manusia dalam pembuatan komposit masih merupakan

hal baru di indonesia. Serat rambut memiliki kelebihan dibanding serat alam lain

karena memiliki sifat mekanik yang baik karena struktur penyusun rambut terdiri

dari keratin yang membentuk rantai panjang dan teratur, menyebabkan rambut

bersifat kuat dan fleksibel. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh

proses pre-treatment terhadap serat rambut terhadap kuat impact dan kuat tarik

rambut. Bahan kimia yang digunakan dalam pre-treatment adalah NaOH dengan

variasi konsentrasi 1,3 dan 5% serta variasi waktu 15, 30 dan 60 menit. Respon

yang dicari adalah kuat impact dan kuat tarik dari serat komposit yang dihasilkan.

Uji impact dilakukan dengan standar ASTM E-23 sedangkan uji tarik dengan

menggunakan standar ASTM D 638M. Hasil uji impact menunjukkan hasil uji

impact maksimum didapat pada konsentrasi NaOH pre-treatment 1% dengan waktu

60 menit dengan nilai 1,7 Joule. Hasil uji tarik maksimum didapat pada konsentrasi

NaOH pre-treatment 1% dengan waktu 60 menit dengan nilai kuat tarik 23 MPa

dan modulus elastisitas 1066.6667 MPa.

Kata kunci: serat rambut, uji tarik, uji impact

Abstract

Utilization of human hair waste in the manufacture of composites is still new in

Indonesia. Hair fibers has advantages over other natural fibers because they have

good mechanical properties due to the constituent structure of hair consisting of

keratin which forms a long and regular chain, causing hair to be strong and flexible.

This study aims to determine the effect of the pre-treatment process on hair fibers

on impact strength and tensile strength of hair. The chemical used in the pre-

treatment was NaOH with variations in concentrations of 1,3 and 5% and variations

in time of 15, 30 and 60 minutes. The response sought is the impact strength and

tensile strength of the composite fibers produced. Impact test is carried out with

ASTM E-23 standard while tensile test using ASTM D 638M standard. The impact

test results showed the maximum impact test results obtained at the pre-treatment

NaOH concentration of 1% with a time of 60 minutes with a value of 1.7 Joules.

The maximum tensile test results obtained at the pre-treatment NaOH concentration

of 1% with a time of 60 minutes with a tensile strength of 23 MPa and a modulus

of elasticity of 1066.6667 MPa.

Keywords: hair fiber, impact strength, tensile strength

1

1. PENDAHULUAN

Komposit adalah kombinasi dari dua atau lebih dari dua materi, yang mana salah

satu dari materi adalah fase matriks (polimer, metal atau keramik) yang merupakan

fase kontinyu dan fase yang lain adalah fase penguat (serat rambut, kaca, graphit,

alumina dan lain-lain) yang bisa merupakan fase kontinyu atau tidak kontinyu.

Bahan komposit terbentuk pada fase antarmuka, zona dimana fase matriks dan fase

penguat dikombinasikan satu sama lain (Ahmad, 2014).

Komposit adalah material multifase dibuat secara artifisial sebagai

kebalikan pada hal yang terjadi atau terbentuk secara alami. Selain itu, konstituen

fase harus kimia yang berbeda dan dipisahkan oleh antarmuka yang berbeda.

Demikian, kebanyakan bahan metal alloy dan banyak keramik tidak memenuhi

definisi ini karena fase multifase mereka sebagai konsekuensi dari fenomena alam

(Callister dan Rethwisch, 2007).

Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi kekuatan komposit

diantaranya adalah factor serat yang digunakan, letak serat, Panjang serat, bentuk

serat (Schwartz, 1984).

Komposit yang dibuat dari serat alam disebut sebagai komposit alam. Ada

peningkatan permintaan untuk maetri yang ramah lingkungan seperti komposit

serat alam untuk menggantikan serat tradisional (misalnya karbon, kaca, dan serat

aramid). Alasannya adalah biogeradibiltasi, lebih sedikit emisi ke atmosfer,

berlimpah, dapat diperbaharui, ketersediaan dan dapat diproduksi dengan biaya

yang rendah diseluruh bagian dunia (Jayaseelan dkk, 2015).

Pemanfaatan Limbah rambut manusia dalam pembuatan komposit masih

merupakan hal baru di indonesia. Rambut kurang diminati pemanfaatannya dalam

pembuatan komposit dibanding serat alam lainnya seperti sabut kelapa, jerami,

serbuk gergaji dan eceng gondok. Serat Rambut sebenarnya memiliki kelebihan

dibanding serat alam lain karena memiliki sifat mekanik yang baik dikarenakan

struktur penyusun rambut terdiri dari keratin yang membentuk rantai panjang dan

teratur, menyebabkan rambut memiliki sifat yang kuat dan fleksibel (Jayachandran

dkk, 2016).

2

Rambut manusia memiliki sekitar 65-95% keratin yang merupakan tipe dari

protein dan yang 80% bertanggung jawab untuk pembentukan rambut. Hal ini juga

terdiri 32% air dan sisanya adalah pigmen lipid dan senyawa lainnya (Rajbhar and

Srivastava, 2016).

Untuk memperkuat ikatan permukaan, modifikasi permukaan serat harus

dilakukan baik secara fisika maupun kimia (Leman et al., 2010). Perlakuan kimia

serat yang sering dilakukan adalah perlakuan NaOH, karna lebih ekonomis.

Penggunaan serat rambut sebagai penguat dalam komposit ada kecenderungan

untuk terjadinya fiber pull out karena adanya lapisan bagian luar rambuat yang

menghalangi ikatan. Maka dari itu perlu adanya perlakuan kimia serat dan

penambahan coupling agent. Dalam Penelitian kali ini alkali pencuci yang

digunakan adalah NaOH (Amin dan Raharjo, 2012).

Metode kimia diterapkan untuk memodifikasi serat dan juga matrik,.

Modifikasi serat meliputi alkalization, silane, acetylation and benzoylation dan

sebagainya. Modifikasi kimia yang dibuat dengan pretreatment kimia

memperkenalkan bagian baru yang secara efektif menyatu dengan matriks (Scholar

et al., 2016).

Pencucian limbah rambut dengan bahan kimia alkali sebelum digunakan

sebagai bahan serat dalam komposit dimaksudkan agar dapat meningkatkan gaya

ikatan antar serat dalam hal ini rambut dan bonding dalam hal ini epoxy (Amin and

Raharjo, 2012).

2. METODE

Penelitian ini menggunakan serat yang berasal dari rambut manusia yang diperoleh

dari tukang cukur disekitar kampus. Matriks yang digunakan adalah matriks epoxy

beserta hardenernya yang diperoleh dari took kimia di daerah semarang, sedangkan

untuk material pengisi (filler) menggunakan abu sekam padi yang didapat dari toko

bahan tani di daerah solo. Bahan kimia yang digunakan dalam pre-treatment adalah

NaOH teknis dengan variasi konsentrasi 1,3 dan 5% dan variasi waktu 15,30 dan

60 menit.

3

Adapun proses pembuatan sampel komposit dibagi menjadi proses pre-

treatment dan proses pembuatan komposit yang dijelaskan dibawah ini :

1) Pretreatment Serat rambut

a) Menyiapkan Rambut yang akan dilakukan pretreatment.

b) Membuat Larutan NaOH dalam gelas beker dengan konsentrasi masing

masing 1, 3 dan 5% dalam 100 mL Aquadest.

c) Menimbang Serat rambut yang akan di pretreatment sebanyak 9 bagian

dengan berat masing-masing 5 gram.

d) Mencelupkan serat rambut dalam larutan NaOH dalam gelas beker dengan.

variasi waktu 15, 30 dan 60 menit.

e) Mengangkat serat rambut yang telah di pretreatment, bilas dengan air

bersih, lalu dikeringkan.

2) Pembuatan Komposit

a) Mencampur serat rambut yang telah di pretreatment dengan abu sekam padi

dengan perbandingan berat serat rambut : abu sekam padi 10:30.

b) Mencampur resin epoxy dengan resin hardener dengan perbandingan 1:1

dengan perbandingan berat serat rambut : abu sekam padi : resin yaitu

10:30:60.

c) Mencampur serat rambut yang telah dicampur filler sebelumnya dengan

campuran resin epoxy dan hardener lalu diaduk hingga merata.

d) Mencetak komposit dalam cetakan lalu dikeringkan.

e) Melakukan uji pada masing-masing sampel komposit yang ada.

Setiap variasi sampel dibuat masing masing dua buah untuk kemudian diuji

dengan uji impact dan uji tarik. Uji impact dilakukan di Laboratorium Material

Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta dengan menggunakan

Metode Charpy dengan standar ASTM E-23. Uji tarik dilakukan di Balai Latihan

Kerja Surakarta dengan menggunakan standar ASTM D 638M. Rumus yang

digunakan dalam menghitung modulus young adalah :

� = �

� (��)……………………………………………………………………(1)

4

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Kuat Impact dengan Variasi Konsentrasi NaOH dan Lama

Perendaman Saat Pretreatment

Uji impact atau uji dampak dilakukan untuk mengetahui seberapa besar beban

dampak terhadap sifat mekanik suatu material. Uji impact adalah pengujian

dengan menggunakan beban yang cepat (rapid loading). Hasil yang didapat

dalam pengujian adalah sebagai berikut :

Gambar 1 Grafik Hubungan Kuat Impact dengan Variasi Konsentrasi NaOH

dan waktu perendaman.

Dapat dilihat bahwa semakin tinggi konsentrasi NaOH perendam maka kuat

tarik yang dihasilkan akan semakin rendah. Hal ini berbeda dengan variasi

waktu bahwa semakin lama waktu perendaman, kuat tarik yang dihasilkan

akan semakin besar.

Kekuatan impact maksimum untuk variasi NaOH didapat pada variasi

perendaman NaOH 1% dan terendah pada NaOH 5%, hal ini menunjukkan

bahwa semakin tinggi konsentrasi NaOH yang digunakan, maka kuat impact

yang dihasilkan oleh komposit akan semakin rendah. Kuat impact yang

semakin rendah ini membuktikan bahwa konsetrasi NaOH yang tinggi malah

dapat merusak serat rambut yang digunakan. Kuat tarik pada variasi waktu,

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

1% NaOH 3% NaOH 5% NaOH

Ku

at

Imp

act

(J)

Konsentrasi NaOH (%)

15 menit 30 menit 1 jam

5

nilai maksimum didapat pada waktu 1 jam, dengan kuat tarik terendah pada

waktu 15 menit. Menurut Scholar Perawatan NaOH dapat menghilangkan lilin

dan asam lemak dari dinding sel yang dapat meningkatkan sifat komposit

(Scholar et all.,2016). Kuat impact yang semakin tinggi ini menunjukkan

bahwa semakin lama waktu perendaman, maka serat rambut yang dihasilkan

semakin baik, hal ini dikarenakan semakin bersihnya serat rambut.

3.2 Kuat tarik dengan Variasi Konsentrasi NaOH dan Lama

Perendaman Saat Pretreatment

Uji tarik adalah salah satu uji yang bertujuan untuk mengetahui sifat suatu

bahan dengan menariknya dan mengetahui bagaimana bahan tersebut bereaksi

terhadap tarikan dan sejauh mana material tersebut bertambah Panjang. Hasil

yang didapatkan ditunjukkan grafik dibawah :

Gambar 2 Grafik hubungan kekuatan tarik dengan variasi konsentrasi NaOH dan

waktu perendaman

Berdasarkan data Standar Nasional Indonesia (SNI) Nomer 03-2105-2006

disyaratkan nilai kuat tarik pada suatu papan partikel diatas 1,5 kg/cm2 atau

0,1471 MPa. Dapat dilihat kuat tarik yang dihasilkan sudah memenuhi Standar

Nasional Indonesia, dengan nilai maksimum 23 MPa dan minimum 4,8 MPa.

0

5

10

15

20

25

1% NaOH 3% NaOH 5% NaOH

Ke

ku

ata

n t

ari

k (

MP

a)

Lama Perendaman (menit)

15 menit 30 Menit 1 jam

6

Kuat tarik maksimum yang untuk variasi NaOH didapat pada konsentrasi

1% dan terendah pada 5% , hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi

konsentrasi NaOH perendam maka kuat tarik yang dihasilkan akan semakin

rendah. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh semakin hancurnya serat rambut

yang digunakan sehingga komposit menjadi lebih padat yang menyebabkan

kuat tarik komposit menurun. Kuat tarik pada variasi waktu didapat nilai

maksimum pada waktu 15 menit dan terendah pada 60 menit, hal ini

menunjukkan bahwa semakin lama waktu perendaman maka kuat tarik yang

dihasilkan semakin rendah.

3.3 Modulus Elastisitas dengan Variasi Konsentrasi NaOH dan Lama

Perendaman Saat Pretreatment

Modulus Elastisitas adalah perbandingan antara tegangan dan regangan dari

suatu benda. Modulus elastisitas dilambangkan dengan E dan satuannya

Nm-2. Modulus elastisitas disebut juga Modulus Young. Nilai modulus

elastisitas hanya bergantung pada jenis bahan suatu benda, tidak bergantung

pada ukuran ataupun bentuk benda. Nilai Modulus Elastisitas yang didapat

ditunjukkan grafik dibawah :

Gambar 3 Grafik hubungan modulus elastisitas dengan variasi konsentrasi NaOH

dan waktu perendaman

0

200

400

600

800

1000

1200

1% NaOH 3% NaOH 5% NaOH

Mo

du

lus

Ela

stis

ita

s (M

Pa

)

Lama Perendaman (menit)

15 menit 30 Menit 1 jam

7

Berdasarkan data Standar Nasional Indonesia (SNI) Nomer 03-2105-2006

disyaratkan nilai kuat tarik pada suatu papan partikel diatas 20.400 kg/cm2 atau

2000,556 MPa. Dapat dilihat kuat tarik yang dihasilkan belum memenuhi

Standar Nasional Indonesia, dengan nilai maksimum pada konsentrasi

perendaman NaOH 1% dan waktu perendaman 15 menit 1066.6667 MPa dan

minimum pada konsentrasi perendaman 5% dan waktu perendaman 60 menit

202.1052632 MPa.

4. PENUTUP

Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Kuat impact maksimum komposit dihasilkan oleh variasi NaOH 1% dan

waktu perendaman 1 jam dengan nilai 1,7 Joule.

2. Kekuatan tarik maksimum dihasilkan komposit pada variasi konsentrasi

NaOH 1% dan waktu perendaman 15 menit yaitu sebesar 23 MPa.

3. Nilai modulus elastisitas maksimum komposit dihasilkan pada variasi

konsentrasi NaOH 1% dan waktu perendaman 15 menit yaitu sebesar

1066.6667 MPa.

4. Salah satu faktor yang mempengaruhi nilai kuat impact, nilai kuat tarik, dan

modulus elastisitas yaitu halus atau kasarnya serat rambut yang dihasilkan

yang menyebabkan sampel yang dihasilkan menjadi lebih padat atau

berongga.

DAFTAR PUSTAKA

Ahmad, S., 2014 .‘Preparation of Eco-Friendly Natural Hair Fiber Reinforced

Polymeric Composite (FRPC) Materials by Using of Polypropylene and Fly

Ash’, 5(11), pp. 969–972.

Amin, M. and Raharjo, S., 2012. ‘Pengaruh Perlakuan Alkali Terhadap

Kekuatan Tarik Bahan Komposit Serat Rambut Manusia’, Prosiding Seminar

Nasional. doi: 10.1002/jnr.

Callister, W. and Rethwisch, D., 2007. Materials science and engineering: an

8

introduction, Materials Science and Engineering. doi: 10.1016/0025-

5416(87)90343-0.

Jayachandran, Arjun, H. and Lilly Mercy, J., 2016 ‘A study on hair and coir

reinforced polymer composite’, International Journal of ChemTech Research,

9(4), pp. 357–363.

Jayaseelan, J., Palanisamy, P. and Vijayakumar, K. r ,2015 ‘Study On

Mechanical Properties Of Hair Based Natural Fiber Nano Composite’, 2015,

pp. 0–8.

Leman, Z. et al., 2010. ‘Pre-treatment by water retting to improve the interfacial

bonding strength of sugar palm fibre reinforced epoxy composite’, Polymers

from Renewable Resources, 1(1), pp. 35–45.

Rajbhar, S. and Srivastava, R., 2016 ‘FABRICATION &

CHARACTERIZATION OF ANIMAL HAIR AND HUMAN HAIR’, 2(2), pp.

18–22.

Scholar, P. D. et al., 2016 ‘Effect of Pretreatment Methods on Properties of

Natural Fiber Composites : A Review’, 24(7), pp. 555–567.

Schwartz,1984. Composite Material Handbook. Singapore: Mc Graw Hill.