Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Sifat Mekanik Bio-Komposit Serat Sansevieria (Lidah Mertua)

Widodo, Edi and Prof. Dr. Ir. Pratikto, MMT and Dr. Sugiarto, ST., MT. and Teguh Dwi Widodo, ST, M.Eng., Ph.D (2024) Pengaruh Perlakuan Alkali terhadap Sifat Mekanik Bio-Komposit Serat Sansevieria (Lidah Mertua). Doktor thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

Serat tanaman Sansevieria atau dikenal lidah mertua memiliki kandungan selulosa yang tinggi dan potensial sebagai penguat komposit polimer. Serat Sansevieria/Sansevieria Fiber (SF) memiliki sifat mekanik yang baik, kekuatan tinggi dan bisa menjadi pengganti serat imitasi, memiliki kelebihan dibanding serat buatan semisal fiber glass. Fiber glass memberikan rasa gatal dan mengakibatkan iritasi. SF sebagai serat serat alam memiliki karakter lebih aman, dapat terurai dalam tanah dan tidak mencemari lingkungan. Perendaman SF pada larutan alkali NaOH 5 % selama 120 menit berhasil mengubah komposisi, komponen kimia, morfologi, karakter fisik dan kekuatan mekaniknya. Uji komposisi dilakukan untuk mengukur perubahan komposisi, uji sudut kontak untuk mengukur perubahan daya penyerapan matriks, uji FTIR untuk mengukur perubahan gugus fungsi, keberadaan selulosa, hemiselulosa dan lignin, uji XRD untuk mengukur tingkat kristalinitas serat, uji TGA untuk mengukur stabilitas termal serat, uji AFM untuk mengukur kekasaran permukaan serat, uji SEM-EDX untuk menampilkan perubahan struktur atom serat, uji tarik untuk mengukur perubahan sifat mekanik serat. Uji komposisi pada serat yang telah mendapat perlakuan alkali menaikkan kandungan selulosa optimal sebesar 51,8 wt%. Uji FTIR menunjukkan perlakuan alkali mampu menghilangkan kandungan lignin dan hemiselulosa pada serat. Analisis XRD menunjukkan peningkatan indeks kristalinitas sebesar 75% dan ukuran serat sebesar 68 nm. Selain itu, setelah perlakuan alkali, densitas SF meningkat menjadi 1225 kg/m3 , yang berarti menurunkan persentase berat total. Sudut kontak SF yang mendapat perlakuan alkali menjadi turun, yang berarti memiliki kemampuan serapan yang lebih tinggi. Uji termogravimetri menghasilkan data tentang parameter mekanis dan termal yang diperlukan dalam pembuatan komposit, termasuk peningkatan kekuatan tarik menjadi 535 MPa dan modulus tarik 423 GPa, serta stabilitas termal 371 0C. Uji SEM menunjukkan perubahan struktur permukaan serat Sansevieria. SF yang mendapatkan perlakuan alkali memiliki permukaan yang lebih kasar, karena kehilangan lignin dan hemiselulosa. Hal ini juga dibuktikan dengan uji Atomic Force Microscopic. Permukaan serat STF memiliki kekasaran lebih tinggi pada STF hasil perlakuan alkali. Uji Energy Dispersive- X-ray menunjukkan perlakuan alkali mengurangi kandungan karbon, yang mengindikasikan penurunan lignin pada serat. Kandungan karbon SF menurun sebesar 3,41% setelah perlakuan alkali, menunjukkan penghilangan lignin yang efektif. Penggunaan serat SF hasil perlakuan alkali sebagai penguat komposit polimer pada fraksi volume 30%, meningkatkan sifat mekanik komposit. Perlakuan alkali NaOH pada serat Sansevieria meningkatkan kekuatan, elastisitas, dan keuletan komposit, mengurangi terjadinya fenomena pull out serta menghasilkan patahan yang lebih liat/ulet dibandingkan dengan serat tanpa perlakuan. Hal ini menunjukkan bahwa perlakuan alkali efektif dalam memperbaiki kualitas dan kinerja mekanis komposit. Serat Sansevieria tanpa perlakuan alkali (untreated SF) memiliki stabilitas termal hingga 420°C, sedangkan serat yang telah diolah dengan alkali (treated SF) menunjukkan peningkatan stabilitas termal dan kualitas mekanis, memiliki ketahanan terhadap suhu tinggi sampai suhu 440°C. Perlakuan alkali NaOH meningkatkan kekuatan dan keuletan serat dalam komposit, dan meningkatkan ketahanan terhadap suhu tinggi.

English Abstract

Sansevieria plant fiber, also known as tongue-in-law, has a high cellulose content and potential as a polymer composite reinforcement. Sansevieria fiber (SF) has good mechanical properties, high strength, can be a substitute for imitation fiber, and has advantages over artificial fibers such as glass fiber. Glass fiber gives an itchy feeling and causes irritation. SF, as a natural fiber, has a safer character, can be decomposed in the soil, and does not pollute the environment. Soaking SF in a 5% NaOH alkaline solution for 120 minutes successfully changed the composition, chemical components, morphology, physical characteristics, and mechanical strength. Compositional tests were conducted to measure changes in composition, contact angle tests to measure changes in matrix absorption capacity, FTIR tests to measure changes in functional groups, the presence of cellulose, hemicellulose, and lignin, XRD tests to measure the level of fiber crystallinity, TGA tests to measure fiber thermal stability, AFM tests to measure fiber surface roughness, SEM-EDX tests to display changes in fiber atomic structure, and tensile tests to measure changes in fiber mechanical properties. Composition tests on alkali-treated fibers increased the optimal cellulose content to 51.8 wt%. The FTIR test showed that alkali treatment was able to remove lignin and hemicellulose content from the fiber. XRD analysis showed an increase in crystallinity index by 75% and fiber size by 68 nm. In addition, after alkali treatment, the density of SF increased to 1225 kg/m3, which means a decrease in total weight percentage. The contact angle of the alkali-treated SF decreased, which means it has a higher absorption capability. Thermogravimetric tests yielded data on the mechanical and thermal parameters required in composite manufacturing, including an increase in tensile strength to 535 MPa and tensile modulus of 423 GPa, as well as thermal stability of 371 °C. SEM tests showed changes in the surface structure of Sansevieria fibers. The alkali�treated SF had a rougher surface due to the loss of lignin and hemicellulose. This was also proven by the atomic force microscopic test. The STF fiber surface has a higher roughness than the alkali-treated STF. The energy dispersive X-ray test showed that the alkali treatment reduced the carbon content, which indicates a decrease in lignin in the fiber. The carbon content of SF decreased by 3.41% after alkali treatment, indicating effective lignin removal. The use of alkali-treated SF fibers as reinforcement for polymer composites at a 30% volume fraction improved the mechanical properties of the composites. NaOH alkali treatment of Sansevieria fibers increased the strength, elasticity, and ductility of the composites, reduced the occurrence of the pull-out phenomenon, and produced more resilient fractures compared to untreated fibers. This shows that alkali treatment is effective in improving the quality and mechanical performance of composites. Sansevieria fibers without alkali treatment (untreated SF) have thermal stability up to 420 °C, while alkali-treated fibers (treated SF) show improved thermal stability and mechanical quality, having high temperature resistance up to 440 °C. NaOH alkali treatment increases the strength and ductility of fibers in composites and improves resistance to high temperatures.

Item Type:	Thesis (Doktor)
Identification Number:	062407
Uncontrolled Keywords:	Sansevieria, natural fiber, biokomposit
Divisions:	S2/S3 > Doktor Teknik Mesin, Fakultas Teknik
Depositing User:	Unnamed user with username nova
Date Deposited:	14 Oct 2024 02:27
Last Modified:	14 Oct 2024 02:27
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/228384

Text (DALAM MASA EMBARGO) Edi Widodo.pdf Restricted to Registered users only Download (24MB)

Actions (login required)

View Item