REKAYASA SEKRESI KUTU ALBASIA SEBAGAI MATRIKS ALAM BIOKOMPOSIT

Mujiyono, ST.,MT., Prof. Ir. Jamasri, Ph.D.

2011 | Disertasi | S3 Teknik Mesin

Limbah plastik yang tidak terurai oleh lingkungan, berkurangnya lokasi pembuangan sampah, penipisan sumber daya minyak dan gas, serta kekhawatiran terhadap emisi selama insinerasi minyak dan gas merupakan beberapa faktor yang mendorong upaya pengembangan bioplastic dari sumber terbarukan. Di Indonesia, tepatnya di daerah Ciamis, Jawa Barat, sebagian penduduknya telah menggunakan bahan dari sumber terbarukan sebagai bahan adhesif secara tradisional. Bahan ini adalah sekresi dari kutu yang hidup di pohon Albasia (SKA). Tujuan utama penelitian ini adalah membuat matriks alam dari SKA melalui rekayasa perubahan fase cair-padat agar memenuhi peryaratan sebagai matriks komposit. Selanjutnya, matriks alam ini digunakan untuk membuat biokomposit dengan reinforcement serat rami dan bambu apus. Biokomposit ini diusulkan sebagai material jenis baru yang ramah lingkungan dan tersusun dari 100% sumber terbarukan. Penelitian terbagi menjadi 3 topik riset. Riset I terfokus pada investigasi dan karakterisasi SKA. Riset ini untuk menentukan kepastian SKA yang berkaitan dengan struktur kimia dan jenis kutu yang menghasilkannya. Riset II terfokus pada rekayasa SKA menjadi matriks alam. Riset ini berkaitan dengan penentuan metode untuk merekayasa SKA agar memenuhi persyaratan matriks komposit. Matriks alam ini kemudian digunakan untuk membuat biokomposit yang diperkuat serat rami dan bambu apus. Riset III terfokus pada karakterisasi dan evaluasi matriks alam untuk membuat biokomposit. Riset ini berkaitan dengan kelayakan matriks alam untuk membuat biokomposit. Karakterisasi menggunakan FTIR, XRD, TGA, DTA dan SEM-EDAX. Evaluasi kelayakan matriks secara mikro dilakukan dengan pengukuran sudut kontak antara serat-matriks untuk mengetahui wettability dan pengujian pull-out untuk menentukan interfacial shear strength (IFSS). Evaluasi matriks alam secara makro dilakukan dengan pengujian mekanis biokomposit dengan reinforcement serat rami dan bambu apus. Standar pengujian yang digunakan adalah ASTM D 638 untuk pengujian tarik, ASTM D 790 untuk pengujian bending dan ASTM D 5942 untuk pengujian impact. Kelayakan matriks alam dan biokomposit dievaluasi melalui komparasi kekuatan tarik terhadap biokomposit sejenis. Riset I menghasilkan 10 argumen yang bemuara pada dua informasi penting. Pertama, penyusun utama SKA adalah asam aleuritik yang termasuk asam karboksilik dan larut dalam alkohol. Kedua, SKA merupakan sekresi kutu lak yang hidup di pohon Albasia (albizia falcatara) dan termasuk biobased material. Riset II berhasil menemukan metode untuk mengantarkan SKA mencapai persyaratan matriks komposit yaitu metode pencairan SKA untuk membungkus serat secara sempurna dan metode pemadatan untuk menjaga serat berada pada tempatnya dan tidak tercerai berai. Riset II mengusulkan metode rekayasa SKA fase padat berubah ke fase cair dengan mencampurkan ke etanol melalui perbandingan berat 1:1. SKA fase cair ini mempu membasahi serat secara sempurna. Metode perubahan SKA fase cair ke padat dilakukan dengan pemanasan pada temperatur 110-180oC. Pemadatan kembali SKA ini berfungsi untuk menjaga serat tetap berada pada tempatnya dan tidak tercerai berai. Pemanasan pada temperatur di bawah 100oC tidak dapat merubah fase cair ke padat karena belum dapat menghilangkan etanol secara sempurna. Riset II berhasil membuat formula pembuatan matriks alam dari SKA yang selanjutnya disebut matriks Matlac. Riset II ini juga berhasil membuat formula pembuatan biokomposit dari matriks Matlac yang diperkuat serat rami dan bambu apus. Riset III menunjukkan kelayakan dari biokomposit yang dievaluasi secara mikro dan makro. Evaluasi secara mikro dilakukan dengan wettability dan IFSS, sedangkan evaluasi secara makro melalui pengujian mekanis. Wettability matriks Matlac terhadap serat sangat baik dengan indikator sudut kontak kurang dari 30o. Pengujian pull-out menghasilkan nilai IFSS Matlac-rami relatif sama dengan polipropilen-rami. Evaluasi secara makro menghasilkan informasi kekuatan mekanis matriks Matlac dan biokompositnya. Matriks Matlac mempunyai kekuatan tarik 7 MPa, sebanding dengan matriks alam lain yaitu MaterBi-Z (4-7 MPa), Thermoplastis Starch (5-9 MPa) dan soy protein isolate (5 MPa). Biokomposit dari Matlac dengan reinforcement 60% anyaman serat rami 0/90/0 mempunyai sifat mekanis 87 MPa untuk kekuatan tarik, 86 MPa untuk bending dan 46 kJ/m2 untuk impak. Kekuatan tarik biokomposit ini relatif sama dengan polyester yang diperkuat 0/90/0 anyaman serat rami. Matriks Matlac juga layak digunakan untuk membuat biokomposit yang diperkuat 63% anyaman bambu apus dengan kekuatan mekanis 74,7 MPa untuk tarik, 84,7 MPa untuk bending dan impak 33 kJ/m2. Kesimpulan dari penelitian disertasi ini adalah SKA dapat direkayasa manjadi matriks alam yang memenuhi persyaratan sebagai matriks komposit dan dapat digunakan untuk membuat biokomposit dengan reinforcement serat alam. Biokomposit ini merupakan material alternatif baru (green composite) sebagai salah satu solusi masalah lingkungan karena bersifat biodegradable, tidak beracun, tersusun oleh 100% renewable resources, dan berpotensi membuka lapangan kerja baru.

Waste plastics are not biodegradable by the environment, reduced waste disposal sites, depletion of oil resources, concerns over emissions during incineration encourages efforts to develop Bioplastic from renewable sources. In Indonesia, people in regency Ciamis of West Java have used the insect secretions on Albazia tree (ISA) as a traditional adhesive material. The research aims to make natural matrix from ISA and biocomposite with reinforcement natural fiber. The study is divided into 3 researches. First research focused on the investigation and characterization of the natural polymer that has been used by people Ciamis, West Java, Indonesia as adhesive material. This research is related to the certainty of renewable sources and chemical structures of natural polymers in order to obtain the proper engineering methods for the matrix biocomposite. Second Research focused on the engineering of the natural polymer into the matrix reinforced natural fiber biocomposite. This research relates to the determination of methods to manipulate the natural polymer in order to meet the requirements of matrix composites. Third Research focused on the characterization and evaluation of the matrix reinforced natural fibers biocomposite. The characterisazation used the FTIR, TGA, and SEM-EDAX. This research is related to the feasibility of natural matrix in terms of mechanical properties. Micro Evaluations of matrix were done by determining the wettability to know the fiber-matrix compatibility, pull-out tests to determine the interfacial shear strength (IFSS). Macro evaluation of matrix was done by making biocomposite with ramie and bamboo fiber as reinforcement. Mechanical test of natural matrix and biocomposite used ASTM D 638 for tensile test, ASTM D 790 for flexure test and ASTM D 5942 for impact test. Feasibility of the matrix and biocomposite will be compare to similar biocomposite. Results of first research proved that the natural polymer is secretion of lac insect that live in Albazia (albizia falcatara) and including biobased materials. The chemical structure of ISA is aleuretic acid and soluble in alcohol. Second research has found a method to deliver the ISA fulfill requirements of matrix composites. Liquefaction method of ISA in order to wrap fiber is blended with ethanol through a weight ratio of 1:1. Solidification method of ISA liquid in order to keep fibers in place and not scattered is heated at 110-180oC. This research managed to make formula of natural matrix (Matlac) from ISA with a tensile strength 7 MPa, equivalent with other natural matrix that is MaterBi-Z (4- 7 MPa), Thermoplastis starch (5-9 MPa) and Soy protein isolates (5 MPa). The research also managed to make the formulation manufacture of natural fiber reinforced Matlac biocomposite. Third research proved the feasibility of the biocomposite with some indicators. First, Contact angle of fiber-matrix is 30o so good wettability, IFSS of ramie-matlac is 14.7 MPa equivalent with ramiepolypropylene (17 MPa). Mechanical properties of 60% plain weave ramie reinforced Matlac biocomposite are 87 MPa for tensile strength, 86 MPa for flexure strength and 46 kJ/m2 for impact strength. While 63% plain weave bamboo reinforced Matlac biocomposite have mechanical properties for tensile strength 75 MPa, 86 MPa for bending and 33 kJ/m2 for impact. The biocomposite have equivalent tensile strength with other biocomposite from natural matrix those have tensile strength 46-86 MPa. Conclusion of the dissertation research is that the ISA can be engineered to meet the requirements of matrix composites and can be used to create biocomposite with natural fiber reinforcement. The biocomposite is a new alternative material (green composite) as one solution to environmental problems because it is biodegradable, nontoxic, made in 100% renewable resources, and potentially create new jobs.

Kata Kunci : sekresi kutu Albasia (SKA), matriks alam, biokomposit, serat rami, bambu apus.