Pembuatan dan Karakterisasi Wood Plastic Composites (WPC) dengan Matriks Polyethylene Terephthalate Daur Ulang dan Penguat Sekam Padi

SUDARMONO, Prof. Ir. Kusmono, S.T., M.T., Ph.D., IPM., ASEAN Eng.

2025 | Skripsi | TEKNIK MESIN

Untuk membuat WPC (wood plastic composites) diperlukan material yang terbuat polimer jenis termoplastik. Salah satu jenis sampah termoplastik yang tersedia adalah polietilena tereftalat (PET). PET memiliki kelemahan seperti penyusutan yang relatif besar. Untuk mengatasi ini, penambahan material penguat pada matriks PET diperlukan. Salah satu material penguat berukuran mikrometer yang ramah lingkungan adalah sekam padi (RH). Namun, karena sifatnya yang hidrofilik akibat adanya gugus hidroksil, ketika RH dicampur dengan matriks polimer nonpolar maka RH cenderung aglomerasi sehingga efek penguatannya tidak signifikan. Untuk mengatasi ini maka perlakuan permukaan pada RH perlu dilakukan dan alkali merupakan salah satu jenis perlakuan permukaan yang terkenal. Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji karakterisasi RH yang teralkali (alkali rice husk = ARH). Selain itu pengaruh kandungan sekam padi terhadap karakteristik dan sifat mekanis komposit rPET/sekam padi dipelajari.
Komposit rPET/RH dengan variasi RH (0, 5, 10, dan 15 wt%) dan komposit rPET/ARH dengan variasi ARH (0, 5, 10, dan 15 wt%) dibuat menggunakan mesin twin screw extruder. Proses ektrusi dilakukan dengan kecepatan ekstrusi konstan dan suhu nosel antara 180-230 °C yang selanjutnya dibuat menjadi pelet. Pembuatan sampel pengujian dibuat dengan menggunakan mesin injection molding dengan suhu nosel 230-250 °C. ARH dimodifikasi dengan menggunakan proses alkali dengan bahan dasar RH. Sebelum proses ekstrusi, rPET, RH/ARH dicampur dan dikeringkan dengan oven selama 8 jam. RH dan ARH dikarakterisasi menggunakan FT-IR dan XRD sedangkan komposit dikarakterisasi menggunakan FT-IR, XRD, pengukuran densitas dan porositas, pengujian daya serap air, dan juga dilakukan pengujian mekanis dengan pengujian tarik, lentur, impact, dan kekerasan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa perlakuan alkali sekam padi berhasil diindikasikan dengan hilangnya puncak pada 1733 cm^-1 pada hasil FT-IR sehingga meningkatkan indeks kritalinitas yang dibuktikan dengan pengujian XRD, peningkatan terjadi dari 43,5% menjadi 57%. Penambahan sekam padi pada komposit rPET menunjukkan peningkatan sifat mekanis, namun efeknya bervariasi tergantung konsentrasi RH. Konsentrasi RH yang belum optimal dapat menurunkan sifat mekanis, seperti terlihat pada penurunan kekuatan bending pada 5 wt% RH, peningkatan pada 10 wt%, dan penurunan kembali pada 15 wt%. Perlakuan alkali pada RH secara umum meningkatkan sifat mekanis komposit rPET/RH. Hal ini dibuktikan dengan peningkatan ketangguhan impact dari 1,27 J/m^2 (RH tanpa perlakuan) menjadi 1,89 J/m^2 (RH dengan perlakuan alkali) pada konsentrasi RH 10 wt%. Perlakuan alkali juga meningkatkan hidrofobisitas RH, memperkuat ikatan antara rPET dan RH yang telah dialkalisasi (ARH). Hal ini menghasilkan peningkatan modulus elastisitas, dengan nilai tertinggi 3250 MPa yang ditunjukkan oleh komposit rPET dengan 15 wt% ARH. Komposisi optimal komposit rPET/RH ditemukan pada 90 wt% rPET dan 10 wt% ARH.

For manufacturing WPC (wood plastic composites), materials made from thermoplastic polymers are required. One type of thermoplastic waste available is polyethylene terephthalate (PET). PET has disadvantages such as relatively large shrinkage. To overcome this, the addition of reinforcing material to the PET matrix is required. One such micrometre-sized reinforcing material that is environmentally friendly is rice husk (RH). However, due to its hydrophilic nature due to the presence of hydroxyl groups, when RH is mixed with a nonpolar polymer matrix, RH tends to agglomerate so that the reinforcement effect is not significant. To overcome this, surface treatment of RH needs to be carried out and alkali is one of the well-known types of surface treatment. This research aims to study the characterisation of alkali rice husk (ARH). In addition, the effect of rice husk content on the characteristics and mechanical properties of rPET/rice husk composites was studied.
The rPET/RH composites with RH variations (0, 5, 10, and 15 wt%) and rPET/ARH composites with ARH variations (0, 5, 10, and 15 wt%) were made using a twin screw extruder machine. The extrusion process was carried out with a constant extrusion speed and nozzle temperature between 180-230°C, which was then made into pellets. The test samples were made using an injection moulding machine with a nozzle temperature of 230-250 °C. ARH was modified using alkali process with RH as the base material. Before extrusion, rPET, RH/ARH were mixed and oven dried for 8 hours. RH and ARH were characterised using FT-IR and XRD while the composites were characterised using FT-IR, XRD, density and porosity measurements, water absorption testing, and mechanical testing with tensile, flexural, impact, and hardness testing.
The results showed that the alkali treatment of rice husk was successful as indicated by the disappearance of the peak at 1733 cm^-1 in the FT-IR results, thereby increasing the criticality index as evidenced by XRD testing, the increase occurred from 43.5% to 57%. The addition of rice husk to rPET composites showed an increase in mechanical properties, but the effect varied depending on the RH concentration. RH concentration that is not optimal can reduce mechanical properties, as seen in the decrease in bending strength at 5 wt% RH, increase at 10 wt%, and decrease again at 15 wt%. Alkali treatment of RH generally improves the mechanical properties of rPET/RH composites. This is evidenced by the increase in impact toughness from 1.27 J/m^2 (RH without treatment) to 1.89 J/m^2 (RH with alkali treatment) at 10 wt% RH concentration. Alkali treatment also increased the hydrophobicity of RH, strengthening the bond between rPET and alkalised RH (ARH). This resulted in an increase in elastic modulus, with the highest value of 3250 MPa achieved in the rPET composite with 15 wt% ARH. The optimal composition of the rPET/RH composite was found to be 90 wt% rPET and 10 wt% ARH.

Kata Kunci : wood plastic composites (WPC), polyethylene terephthalate (PET), rice husk (RH), alkali treatment