Rawatan superhidrofobik serabut Sansevieria Trifasciata bagi penghasilan komposit kayu

Abstract

Penggunaan serabut semula jadi sebagai bahan penguat dalam polimer komposit semakin menjadi perhatian kerana mempunyai kelebihan-kelebihan yang mampu menyaingi serabut sintetik. Namun, sifat serabut semula jadi yang hidrofilik menyebabkan ia mudah menyerap air dan menjejaskan ketahanan komposit polimer yang terhasil. Oleh itu, dalam kajian ini, rawatan serabut semula jadi dijalankan bagi mengubahsuai permukaannya kepada superhidrofobik supaya dapat menghasilkan komposit kayu dengan ketahanan yang tinggi. Rawatan dijalankan ke atas serabut Sansevieria trifasciata (ST) melalui proses pemendapan nanopartikel silika (SiO2), diikuti dengan proses fluorinasi 1H,1H,2H,2H-perfluorooktiltrietoksisilana (PFOTS). Kesan rawatan ke atas serabut ST dikaji dengan menjalankan analisis FTIR, XRD, TGA, FESEM/EDX serta ujian sudut sentuhan air. Serabut ST yang telah dirawat seterusnya diadunkan bersama plastik polipropilena (PP) dengan komposisi 70% serabut dan 30% plastik untuk menghasilkan komposit kayu. Sifat fizikal dan mekanikal komposit kayu ST/PP ditentukan melalui pencirian FESEM, ujian sudut sentuhan air, ujian serapan air, ujian kelenturan, dan ujian hentaman. Keputusan analisis FTIR mendapati bahawa rawatan yang dilakukan telah menyingkirkan sebahagian kumpulan –OH pada serabut ST. Selain itu, kehadiran ikatan Si–O–Si dan C–F daripada nanopartikel SiO2 dan PFOTS turut dikenal pasti. Pengurangan kandungan selulosa, hemiselulosa dan lignin dalam serabut ST disahkan melalui pencirian XRD dan TGA. Analisis FESEM mendedahkan pembentukan nanopartikel SiO2 pada permukaan serabut ST yang telah dirawat di mana imej taburan partikel berbentuk sfera dengan saiz kira-kira 200-300 nm telah diperhatikan. Kehadiran nanopartikel SiO2 dan PFOTS disokong oleh keputusan EDX yang mengesan kewujudan unsur Si dan F dalam serabut ST selepas rawatan. Nanopartikel SiO2 memberikan kekasaran permukaan kepada serabut manakala rantaian panjang fluorin pada PFOTS merendahkan tenaga permukaan, dan kombinasi kedua-duanya dalam rawatan ini telah berjaya mengubahsuai permukaan serabut ST daripada hidrofilik kepada superhidrofobik dengan sudut sentuhan air setinggi 150°. Komposit kayu ST/PP yang terhasil daripada serabut ST terawat SiO2-PFOTS turut menunjukkan sifat hidrofobik tetapi dengan sudut sentuhan air yang lebih rendah iaitu 115°. Walaupun ia tidak mencapai superhidrofobik, komposit kayu ST/PP menunjukkan sifat ketahanan air yang baik selepas rawatan SiO2-PFOTS. Kadar serapan air komposit kayu ST/PP terawat didapati berkurang sebanyak 50.21% berbanding sebelum rawatan. Di samping itu, pemeriksaan morfologi menggunakan FESEM terhadap komposit ST/PP terawat SiO2-PFOTS menunjukkan interaksi yang baik antara serabut ST dan fasa matriks PP. Prestasi komposit dalam ujian mekanikal juga didapati bertambah baik berbanding sebelum rawatan SiO2-PFOTS, di mana modulus kelenturan, kekuatan kelenturan dan kekuatan hentamannya masing-masing meningkat sebanyak 98%, 112%, dan 95%. Sebagai kesimpulan, rawatan menggunakan nanopartikel SiO2 dan PFOTS telah berjaya mengubahsuai permukaan serabut ST menjadi superhidrofobik dan seterusnya menambahbaik sifat ketahanan air serta sifat mekanikal komposit kayu ST/PP yang dihasilkan.