BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Plastik Plastik adalah suatu polimer yang mempunyai sifat- sifat unik dan luar biasa. Polimer adalah suatu bahan yang terdiri dari unit molekul yang disebut monomer. Jika monomernya sejenis disebut homopolimer, dan jika monomernya berbeda akan menghasilkan kopolimer. Polimer alam yang telah kita kenal antara lain : selulosa, protein, karet alam dan sejenisnya. Pada mulanya manusia menggunakan polimer alam hanya untuk membuat perkakas dan senjata, tetapi keadaan ini hanya bertahan hingga akhir abad 19 dan selanjutnya manusia mulai memodifikasi polimer menjadi plastik. Plastik yang pertama kali dibuat secara komersial adalah nitroselulosa. Material plastik telah berkembang pesat dan sekarang mempunyai peranan yang sangat penting di bidang elektronika, pertanian, tekstil, transportasi, furniture, konstruksi, kemasan kosmetik, mainan anak anak dan produk-produk industri lainnya (Domininghaus, 1993). Plastik dibagi menjadi dua klasifikasi utama berdasarkan pertimbangan ekonomis dan kegunaannya yaitu plastik komoditi dan plastik teknik. 1. Plastik komoditi dicirikan dengan volumenya yang tinggi dan harganya yang murah. Plastik ini bisa dibandingkan dengan baja dan aluminium dalam industri logam. Mereka sering digunakan dalam bentuk barang yang bersifat pakai buang (disposable) seperti lapisan pengemas, Namun ditemukan juga pemakaiannya dalam barang-barang yang tahan lama. Plastik komoditi yang utama adalah polietilena, polipropilena, polivinil klorida, dan polistirena. 2. Plastik teknik lebih mahal harganya dan volumenya lebih rendah, tetapi memiliki sifat mekanik yang unggul dan daya tahan yang lebih baik dan juga dapat bersaing dengan logam, keramik dan gelas dalam berbagai aplikasi. Plastik teknik yang utama adalah poliamida, polikarbonat, polyester dan

2 sebagainya. Hampir semua plastik yang disebutkan merupakan termoplastik. Plastik-plastik teknik dirancang untuk menggantikan logam dan polimerpolimer yang dapat terurai (degradable) serta dapat membantu mengurangi volume sampah plastik yang menyesakkan pandangan (Stevens, 2001). 2.2 Polipropilena Polipropilena merupakan bahan polimer sintetik yang bersifat termoplastis sehingga mudah untuk diproses memiliki kekuatan tarik dan kekakuan yang baik, ketahanan yang tinggi terhadap pelarut organik, namun polipropilena memiliki kelemahan yakni sifat kekerasannya dan kekakuan yang tinggi menyebabkan mudah getas atau tidak elastis akibat tegangan putusnya rendah dan daya rekatnya rendah (Bilmeyer, 1971). Sifat polipropilena dapat dilihat pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Sifat Fisika Polipropilena Sifat Ukuran Bobot Molekul 42,1 g/mol Entalpi dari Lelehan 1,9-0,9 kj/mol Temperatur Lelehan C Densitas 0,85 g/cm 3 Amorf 0,95 g/cm 3 Kristalin Sumber : Cheremisinoff, 1990 Polipropilena dapat didaur ulang, dan memiliki angka 5 sebagai kode identifikasi dengan anka 5 yang dikelilingi symbol daur ulang dan huruf PP dibawahnya, seperti terlihat pada Gambar 2.1 (Francesco, 2002). Gambar 2.1 Simbol Daur Ulang Polipropilena

3 2.3 Karet Alam Karet alam diproduksi 90% dari Hevea Brasiliensis dan 10% dari Guayule. Karet alam dikenal sebagai cis 1,4-poliisoprena. Karet alam merupakan poliisoprena yang memiliki sifat unik terkait dengan strukturnya (Bhatnagar, 2004). Struktur cis 1,4-poliisoprena dapat dilihat pada Gambar 2.2 (Stevens, 2001). H 3 C H C C H 2 C CH 2 n Gambar 2.2 Struktur cis 1,4-poliisoprena Standard Indonesian Rubber (SIR) Standar mutu karet bongkah Indonesia tercantum dalam Standard Indonesian Rubber (SIR). SIR adalah karet bongkah (karet remah) yang telah dikeringkan dan dikemas menjadi bandela-bandela dengan ukuran yang telah ditentukan. Perbedaan dari tiap jenis karet SIR tersebut adalah pada standar spesifikasi mutu kadar kotoran, kadar abu dan kadar zat menguap. Standar mutu karet bongkah Indonesia tercantum dalam Tabel 2.2. Tabel 2.2 Spesifikasi Karet Standard Indonesian Rubber Spesifikasi SIR 5 SIR 10 SIR 20 SIR 50 Kadar kotoran maksimum 0,05 % 0,10 % 0,20 % 0,50 % Kadar abu maksimum 0, 50 % 0,75 % 1,00 % 1,50 % Kadar zat atsiri maksimum 1, 0 % 1, 0 % 1, 0 % 1, 0 % PRI minimum Plastisitas Po minimum Sumber: Goan Loo, 1980

4 Dalam memproduksi produk karet alam yang mempunyai jenis karet Standard Indonesian Rubber (SIR) baik itu SIR 3CV, SIR 3L, SIR 10, SIR 20, maka spesifikasi kualitas produk tersebut, mengacu kepada SNI 1903 : Kualitas karet SIR yang baik, harus memenuhi spesifikasi SIR sesuai standar SNI diatas, baik untuk parameter Kadar Kotoran, Kadar Abu, Kadar Zat Menguap, Plastisitas Retention Index (PRI), Plastisitas (Po) dan parameter pendukung lainnya Karet Alam SIR 10 Karet alam SIR 10 berasal dari koagulan (lateks yang mudah menggumpal) atau hasil olahan seperti lum, sit angin, getah keping, sisa dan lain-lain, yang diperoleh dari perkebunan rakyat dengan asal bahan baku yang sama dengan koagulum.langkah-langkah dalam proses pengolahan karet alam SIR 10 yaitu dengan pemilihan bahan baku yang baik, koagulum (lum mangkok, sleb, sit angin, getah sisa, dan lain-lain. Kemudian dilakukan pembersihan dan pencampuran. Proses pengeringan dilakukan selama 10 hari sampai 20 hari. Kemudian dilakukan proses peremahan, pengeringan, pengemasan bandela (setiap bandela 33 kg atau 35 kg) dan karet alam SIR 10 siap untuk diekspor (Djoehana, 1993). 2.4 Dikumil Peroksida Inisiator radikal bebas dikelompokkan menjadi empat tipe utama, yaitu: peroksida dan hidroperoksida, senyawa azo, inisiator redoks dan beberapa senyawa yang membentuk radikal bebas di bawah pengaruh cahaya (fotoinisiator). Diantara berbagai tipe inisiator, jenis yang paling banyak digunakan yaitu peroksida (ROOR) dan hidroperoksida (ROOH). Mereka tidak stabil dengan panas dan dapat terurai menjadi radikal radikal pada suhu dan laju yang tergantung pada strukturnya. Suatu inisiator peroksida mestilah relatif stabil pada suhu pemrosesan polimer untuk menjamin laju reaksi yang layak (Stevens, 2001).

5 Dikumil peroksida (DKP) merupakan sumber radikal bebas yang kuat, digunakan sebagai inisiator polimerisasi, katalis dan agen vulkanisir. Waktu paruh pada suhu 61 0 C (untuk 10 jam), 80 0 C (selama 1 jam) dan C (selama 1 menit). DKP terurai dengan cepat, menyebabkan kebakaran dan bahaya ledakan, pada pemanasan dan di bawah pengaruh cahaya. Ini bereaksi hebat dengan zat yang tidak kompatibel atau sumber penyulut (asam, basa, zat pereduksi, dan logam berat). Disarankan untuk menyimpan di tempat yang kering dan dingin (<27 0 C atau 39 0 C max) dan untuk menjauhkan diri dari mengurangi agen dan zat yang tidak kompatibel. Dikumil peroksida dapat menghasilkan radikal yang reaktif pada suhu yang tinggi melalui reaksi eksotermis. Dikumil peroksida dapat digunakan untuk memvulkanisasi polimer jenuh seperti polipropilena dan juga polimer tak jenuh seperti karet alam. Mekanisme dekomposisi dikumil peroksida ditunjukkan pada Gambar 2.3 (Thitithammawong et al, 2007). C O O C Pemanasan C O 2 C O. 2. CH3 + 2 C CH3 radikal kumiloksi (2-phenylpropanoxy) 2 RH (substrat) 2 2 RH (substrat) CH R. Asetophenon 2 C OH + 2 R. Phenyl- 2-propanol Gambar 2.3. Mekanisme Dekomposisi dari Dikumil Peroksida

6 2.5 Divinil Benzena Pada pabrik plastik, divinil benzena digunakan untuk mengikat silang dan memodifikasi material-material dan membantu proses kopolimerisasi. Divinil benzena juga dapat membantu meningkatkan resistansi terhadap tekanan retak, bahan kimia, panas distorsi, kekerasan dan kekuatan serta membantu meningkatkan stabilitas termal dari komposisi resin epoksi. Divinilbenzena berperan dalam kopolimer stirena-butadiena sebagai adhesif dan membantu dalam proses ekstrusi karet. Sifat- sifat divinil benzena dipaparkan pada Tabel 2.3. Tabel 2.3 Sifat Fisika Divinil Benzena Sifat Fisika Ukuran Massa molar g mol-1 Titik lebur -66,9 Hingga C Titik didih C Titik nyala 76 0 C Sumber : Kroschwitz, Xilena Xilena merupakan hidrokarbon aromatik yang terdiri dari cincin benzena dengan dua substituen metil. Xilena memiliki tiga isomer dimitilbenzena dengan rumus kimia yang sama yaitu (C 6 H 4 ( ) 2 ), tetapi struktur molekul yang berbeda. Tiga isomer xilena yaitu orto (o), meta (m), dan para (p), berbeda secara struktural hanya dalam penempatan gugus-gugus metil. Strukturnya dapat dilihat pada Gambar 2.4.

7 CH3 o- xilena m- xilena p- xilena Gambar 2.4. Struktur o-xilena, m-xilena dan p-xilena Campuran xilena komersial adalah tidak berwarna, tidak kental, mudah terbakar, merupakan cairan beracun yang tidak larut dalam air tetapi larut dengan baik dalam pelarut organik. Xilena umumnya digunakan sebagai pelarut, sebagai komponen bahan bakar penerbangan, dan sebagai bahan baku untuk pembuatan pewarna, serat, dan film. Sifat fisik senyawa xilena dapat dilihat pada Tabel 2.4. Tabel 2.4 Sifat Fisika Xilena Sifat Fisika Berat Molekul Densitas Titik Didih Titik Beku Deskripsi Sumber : Mallinckrodt, 2003 Ukuran g / mol 0,864 g/cm 3 pada 20 0 C C pada P =760 torr 13,2 0 C Cairan tak berwarna 2.7 Ekstruksi Proses ekstruksi merupakan suatu proses pembentukan plastik secara berkelanjutan yang menggunakan mesin ekstruder. Ekstruksi banyak digunakan untuk memproses plastik. Ini merupakan proses kontinyu mengubah bahan plastik menjadi pipa, batang, lembaran, film, filamen, pelapis kabel listrik dan berbagai

8 bentuk profil lainnya. Plastik berbentuk butiran atau bubuk dimasukkan lewat corong, didorong ke screw baja. Dialirkan ke sepanjang bejana (barrel), dipanaskan. Kedalaman lekukan screw makin berkurang untuk memadatkan bahannya. Pada ujung ekstruder, menghasilkan ekstrudat dengan bentuk sesuai yang dikehendaki. Screw yang sesuai untuk mengekstruksi kebanyakan termoplastik digerakkan oleh motor listrik lewat roda gigi. Panjangnya sekitar dua puluh kali diameternya, dengan lekuk saluran mengecil saluran mengecil dari pangkal ke ujung dalam tiga bagian. Tiga bagian berfungsi khas: 1. Bagian umpan berlekuk saluran terdalam, mendorong resin dingin ke daerah lebih panas 2. Bagian kempaan, lekukan salurannya mendangkal, fungsinya melelehkan, mencampur dan mengempa resin, serta mendorong balik udara yang terikut kembali ke bagian umpan. 3. Bagian pengukuran, berlekuk saluran dangkal, memberikan tekanan balik sehingga lelehan menjadi seragam, suhunya seragam, lalu mengukur dengan tepat penyalurannya lewat die dengan laju alir tetap sehingga keluaran sangat seragam dan terkontrol. Begitu bahan plastik muncul dari keluaran, ia panas, lunak dan mudah dibentuk. Jadi begitu ekstruksi terbentuk, harus segera diambil dan dijaga bentuk dan ukurannya. Pendinginan dengan udara atau air dapat membantu. Bentuk ekstruder tersederhana mengubah formuasi polimer dan aditif menjadi suatu bentuk (misal butiran) yang dapat untuk umpan proses lain, seperti cetak injeksi. Dalam ekstruder, bahan dilelehkan, diseragamkan dan didorong keluar seperti kalung kontinyu dan didinginkan dalam bak air, lalu dipotong-potong. (Hartomo, 1993).

9 2.8 Paduan Polimer ( Polymer Blend ) Suatu campuran fisik dari dua atau lebih polimer atau kopolimer berbeda yang tidak terikat melalui ikatan-ikatan kovalen merupakan suatu paduan polimer (polymer blend) atau polipaduan (polyblend). Konsep perpaduan polimer telah digunakan industri karet selama beberapa dekade. Dalam tahun-tahun terakhir, muncul kembali perhatian yang terutama lahir dari kebutuhan plastik-plastik teknik dan elastomer serta serat khusus. Pengembangan suatu polimer baru untuk memenuhi kebutuhan khusus merupakan usaha yang membutuhkan biaya tinggi. Jika sifat-sifat yang diinginkan dapat direalisasikan dengan mudah melalui pencampuran dua atau lebih polimer-polimer jadi, maka ada suatu keuntungan ekonomi yang jelas. Sifat dapat campur atau kecampuran sama sekali bukan merupakan prasyarat untuk pemakaian komersil. Paduan-paduan polimer yang homogen lebih baik jika dilihat dari sifat-sifat atau karakteristik pemrosesnya. Pengendalian morfologi fasa juga penting terhadap paduan-paduan yang tak dapat campur (Stevens, 2001). 2.9 Termoplastik Elastomer Termoplastik Elastomer (TPE) adalah bahan yang diproses dari plastik dan karet dengan metode seperti internal mixer, ekstrusi, dan lain-lain dan memiliki sifat termoplastik dan elastis seperti karet. Oleh karena itu, banyak digunakan diberbagai bidang seperti pembuatan suku cadang otomotif, peralatan rumah tangga, peralatan listrik, dan alat kesehatan (Holden, 1996). Keuntungan dari TPE dibandingkan dengan vulkanisasi karet adalah (1) proses pengerjaan lebih sederhana dalam proses pencampuran, (2) pengolahan lebih mudah dan lebih efisien, (3) dapat didaur ulang, dan (4) metode pencetakan termoplastik mudah diperoleh (Schoch, 2004).

10 Termoplastik elastomer berbasis campuran karet-plastik dapat dibagi menjadi dua kelas utama, yaitu Termoplastik Olefin dan Termoplastik Vulkanisasi. Termoplastik Olefin dapat dibuat secara mudah dan biaya yang relatif murah karena disperse fase karet tidak terjadi secara ikat silang, sebaliknya termoplastik vulkanisasi memerlukan proses lebih komplek karena disperse fase karet harus terjadi secara ikat silang selama proses pencampuran yang sebagian besar melalui vulkanisasi dinamik atau proses ikat silang in-situ. Termoplastik elastomer dapat diproses seperti termoplastik konvensional tanpa proses vulkanisasi. Sifat elastik disebabkan sifat ikatan silang fisik yang dihasilkan dari daya antara molekul seperti ikatan hidrogen. Ikatan-ikatan ini akan terputus apabila termoplastik elastomer dipanaskan melebihi suhu tertentu dan terbentuk kembali apabila didinginkan Karakterisasi Campuran Polimer Mengkarakterisasi polimer jauh lebih rumit daripada mengkarakterisasi senyawasenyawa dengan berat molekul rendah. Metode yang paling sering dilakukan kimiawan untuk mengkarakterisasi senyawa polimer yaitu dengan metode-metode spektroskopik dan termal. Disini juga akan menyinggung analisis permukaan maupun pengujian mekanik. Karakterisasi yang dilakukan untuk mengetahui dan menganalisa campuran polimer pada penelitian ini adalah menggunakan pengujian kekuatan tarik, persentase ikat silang, dan analisa morfologi permukaan dengan SEM Persentase Ikat Silang Mekanisme yang paling tepat dalam menurunkan kebebasan molekul adalah ikat silang (chemical crosslingking) yang mengikatkan bersama rantai-rantai polimer untuk membentuk suatu jaringan. Istilah curing dipakai untuk menunjukkan proses ikat silang, tetapi pada dasarnya diringkas menjadi dua kategori:

11 (1) Pengikat silangan selama polimerisasi melalui pemakaian monomer-monomer polifungsi sebagai ganti dari monomer difungsi, (2) Ikat silang dalam suatu tahap proses yang terpisah setelah terbentuk polimer linier atau bercabang (Stevens, 2001). Persentase ikat silang dalam karet dapat ditentukan dengan metode sokletasi. Sokletasi adalah suatu metode pemisahan suatu komponen yang terdapat dalam zat padat dengan cara penyaringan berulang-ulang dengan menggunakan pelarut tertentu. Pelarut dimasukkan ke dalam labu alas, kemudian sampel dibungkus dengan kertas saring dimasukkan ke dalam tabung sokletasi. Kemudian labu dipanaskan dan pelarut akan menguap pada suhu mencapai titik didih, sehingga uap pelarut melewati pipa soklet dan akibat adanya pendinginan yang dilakukan kondensor maka uap pelarut berubah wujud menjadi cair dan merendam sampel yang ada didalam tabung soklet, setelah sampel terndam, pelarut akan turun ke labu alas kembali melalui pipa kapiler alat soklet. Siklus ini dilakukan selama 8 jam. Kemudian sampel dikeringkan pada sampai pelarut menguap pada temperatur ruangan, dan hasilnya ditimbang. Persentase ikat silang dalam campuran kemudian dihitung dengan rumus sebagai berikut : Persentase ikat silang = W (g) 100% (%) (2.1) W 0 (g) Dimana W (g) dan W 0 (g) adalah berat sampel setelah dan sebelum sokletasi. Persentase Ikat silang yang dihasilkan menandakan adanya interaksi yang kuat antara komponen campuran (Surdia, 2005) Analisa Permukaan dengan SEM Pengertian SEM (Scanning Electron Microscopy) adalah salah satu jenis mikroskop elektron yang menggunakan berkas elektron untuk menggambarkan bentuk permukaan dari material yang dianalisis. Prinsip kerja dari SEM adalah

12 dengan menggambarkan permukaan benda atau material dengan berkas elektron yang dipantulkan dengan energi tinggi. Permukaan material yang disinari atau terkena berkas elektron akan memantulkan kembali berkas elektron atau dinamakan berkas elektron sekunder ke segala arah. Tetapi dari semua berkas elektron yang dipantulkan terdapat satu berkas elektron yang dipantulkan dengan intensitas tertinggi. Detektor yang terdapat di dalam SEM akan mendeteksi berkas elektron berintensitas tertinggi yang dipantulkan oleh benda atau material yang dianalisis (Micheler, 2008). Pada alat Scan Electron Microscopy (SEM) suatu berkas insiden elektron yang sangat halus di-scan menyilangi permukaan sampel dalam sinkronisasi dengan berkas tersebut dalam tabung sinar katoda. Elektron-elektron yang terhambur digunakan untuk memproduksi sinyal yang memodulasi berkas dalam tabung sinar katoda, yang memproduksi suatu citra dengan kedalaman medan yang besar dan penampakan yang hampir tiga dimensi (Stevens, 2001). Polimer yang terkena sinar elektron akan menyimpan energi dalam spesimen kemudian hasil perubahan sifat kimia dan fisika menunjukkan efek dari bahan itu sendiri dan dihasilkan suatu informasi yang diperlukan. Variasi komposisi campuran dapat menyebabkan gambar spesimen yang berbeda. Hal ini bergantung atas penggabungan elektron ke dalam struktur, baik melalui reaksi kimia tertentu atau hanya penyerapan fisika. Akibatnya, perbedaan gambar dapat mencerminkan variasi kimia dalam spesimen atau hanya struktur fisika lokal (amorf atau kristal). SEM dapat memeriksa permukaan yang tergores, terlalu lembut atau terlalu kasar dari gambaran yang ada. Teknik SEM juga dapat menghasilkan gambar yang sangat baik dari fase struktur campuran bernoda dan kopolimer blok (Davis, 2004).