BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA. dengan hasil yang cukup tinggi di daerah-daerah dengan tanah yang kurang subur,

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Karet Alam Karet alam merupakan produk yang diperoleh dari pengolahan lateks pohon,melalui torehan atau pemotongan tanamannya. Tanaman karet tidak menuntut kesuburan tanah yang tinggi. Di Indonesia dan malaysia karet dapat diusahakan dengan hasil yang cukup tinggi di daerah-daerah dengan tanah yang kurang subur, asalkan disertai dengan pemupukan dan pengolahan tanaman yangcukup baik. Tanah yang paling cocok untuk tanaman karet terutama tanah-tanah yang mudah ditembus air dan tidak terdapat lapisan sampai kedalaman 2-3 meter. Tanaman karet dapat tahan di tanah dengan ph 4-8 dan yang paling cocok di tanah dengan ph antara 5-6 (Sembiring,T,K,.1985) Ada beberapa macam karet alam yang dikenal luas,yaitu : 1. Bahan oleh karet (lateks kebun, slat tipis,dan lump segar) 2. Karet konvensional (ribbed smoked sheet, white creepes dan pale crepe, estate brown crepe, thin bark crepe,pure smoke blanket crepe ambers dan off crepe) 3. Lateks pekat 4. Karet bongkah atau block rubber 5. Karet spesifikasi teknis atau crumb rubber 6. Karet siap olah atau tyre rubber 7. Karet reklim atau reclaimed rubber

2 Walaupun karet alam sekarang ini jumlah produksi dan konsumsinya jauh dibawah karet sintetis atau karet buatan pabrik, tetapi sesungguhnya karet alam belum dapat digantikan oleh karet sintetis. Bagaimanapun, keunggulan yang dimiliki karet alam sulit ditandingi oleh karet sintetis. Hal ini disebabkan karena karet alam memiliki kelebihan-kelebihan dibandingkan karet sintetis yaitu : 1. Memiliki daya elastisitas atau daya lenting yang sempurna 2. Memiliki plastisitas yang baik sehingga pengolahannya mudah 3. Mempunyai daya aus yang tinggi 4. Tidak mudah panas (low heat build up) 5. Memiliki daya tahan yang tinggi terhadap keretakan (groove cracking resistance) Namun,karet sintetis juga memiliki kelebihan seperti tahan terhadap berbagai zat kimia dan harganya yang cenderung bisa dipertahankan supaya tetap stabil. Walaupun memiliki beberapa kelemahan dipandang dari sudut kimia maupun bisnisnya, akan tetapi menurut ahli, karet alam tetap memiliki harga pasar yang baik. Beberapa industri tetap memiliki ketergantungan yang besar terhadap pasokan karet alam, misalnya industri ban yang merupakan pemakai terbesar karet alam (Omposunggu,M.,dan dalimunthe,r.1995). 2.2.Karet Sintetis Karet sintetis sebagai besar dibuat dengan mengandalkan bahan baku minyak bumi. Pengembangan karet sintetis secara besar-besaran dilakukan sejak zaman perang Dunia II. Ini berdasarkan anggapan yang terjadi selama dan sesudah perang

3 bahwa kenyataannya jumlah suplay karet alam tidak akan mampu memenuhi seluruh kebutuhan dunia karet. Negara-negara industri maju merupakan pelopor berkembangnya jenis-jenis karet sintetis. Sekarang banyak karet sintetis yang dikenal. Biasanya setiap jenis memiliki sifat tersendiri yang khas. Ada yang jenis yang tahan terhadap panas atau suhu tinggi, pengaruh udara, dan bahkan ada yang kedap gas. Berdasarakan tujuan pemanfaatannya, ada dua macam karetsintetis yang dikenal, yaitu karet sintetis yang digunakan secara umum serta karet sintetis yang digunakan secara khusus. A. Karet Sintetis yang digunakan secara umum 1. SBR (Styrene Butadiena Rubber) Jenis SBR merupakan jenis karret yang paling banyak diproduksi dan digunakan. Jenis ini memiliki ketahanan kikis yang baik dan kalor atau panas yang ditimbulkan juga rendah. Namun SBR yang tidak diberi tambahan bahan penguat memiliki kekuatan yang rendah dibanding dengan karet alam. 2. BR (Butadiena Rubber) Dibanding dengan SBR, karet jenis BR lebih lemah, daya lekat lebih rendah dan pengolahannya juga tergolong sulit. Karet ini jarang digunakan tersendiri. Untuk membuat suatu barang biasanya Brdicampur dengan karet alam. 3. IR (Isoprene Rubber) Jenis karet ini mirip dengan karet alam karena sama-sama merupakan polimer isoprene. Dapat dikatakan IR mirip sekali dengan karet alam, walaupun tidak secara

4 keseluruhan. Jenis IR ini memiliki kelebihan lain dibanding dengan karet alam, yaitu lebih murni dalam bahan dan viskositasnya lebih mantap. B. Karet sintetis untuk kegunaan khusus Jenis-jenis karet sintetis ini tidak terlalu banyak digunakan dibanding dengan karet sintetis untuk kegunaan umu. Jenis ini digunakan untuk keperluan khusus karena memiliki keperluan yang tidak dipunyai jenis karet sintetis, yang pertama sifat sekaligus menjadi kelebihannya ini dalah tahan terhadap gas. Beberapa jenis karet sintetis untuk kegunaan khusus yang banyak dibutuhkan diantara adalah sebagai berikut: 1. IIR (Isobutene Isoprene Rubber) IIR sering disebut butyl rubber dan hanya mempunyai sedikit ikatan rangkap sehingga membuatnya tahan terhadap pengaruh oksigen dan ozon. IIR juga terkenal karena kedap gas. Dalam proses vulkanisasinya, jenis IIR lambat matang sehingga memerlukan bahan pemercepat dan belerang. Akibat buruknya, IIR tidak baik dicampur dengan karet alam atau karet sintetis yang lainnya bila akan diolah menjadi suatu barang. 2. NBR (Nytrile Butediena Rubber) NBR adalah karet sintetis untuk kegunaan khusus yang paling banyak dibutuhkan. Sifatnya yang sangat menonjol adalah tahan terhadap minyak. Sekalipun di dalam minyak, karet ini tidak akan mengembang. Sifat ini disebabkan oleh adanya kandungan akrilonitril di dalamnya. Semakin tinggi kadar akrilonitril yang dimiliki, maka daya tahan terhadap minyak, lemak, dan bensin semakin tinggi, tetapi elastisitasnya berkurang. Kelemahan NBR adalah sulit

5 untuk diplastisasi, cara mengatasinyaadalah dengan memilih NBR yang memiliki viskositas awal yang sesuai dengan keinginan. NBR memerlukan pula penambahan bahan penguat serta bahan pelunak senyawa ester. 3. CR (Chloropene Rubber) CR memiliiki ketahanan terhadap minyak, tetapi dibandingkan dengan NBR ketahanannya masih kalah. CR juga memiliki daya tahan terhadap pengaruh okisigen dan ozon di udara, bahkan juga terhadap panas atau nyala api. Pembuatan karet sintetis CR tidak divulkanisasi dengan belerang melainkan magnesium pengoksida, seng oksida, dan bahan pemercepat tertentu. 4. EPR (Etylene Propylene Rubber) Etylene Propyne Rubber sering disebut dengan EPDM karena tidak hanya mengggunakan monomer etilen dan propilen pada proses polimerisasinya, melainkan juga monomer ketiga EPDM. Adapun bahan pengisi dan bahan pelunak yang ditambahkan tidak memberikan pengaruh terhadap daya tahan. Keunggulan yang dimiliki oleh EPRadlah ketahanannya terhadap sinarmatahari, ozon serta pengaruh unsur cuaca lainnya, Sedangkan kelemahannya adalah daya lekatnya yang rendah. Selain yang sudah disebutkan diatas, ada juga beberapa jenis karet sintetik untuk digunakan khusus (jarang digunakan). Jenis ini antara lain, karet akrilat, karet polisulfida, karet poliuretan, karet flour dan karet silicon. Hanya untuk barang tertentu dan kegunaan spesifik saja yang membutuhkan bahan baku karet sintetis ini. Harga jenis karet ini tergolong mahal. Contohnya karet flour, harganya bisa mencapai 45 kali harga karet SBR (Morton, M.1973)

6 2.3. Struktur Kimia Karet Partikel karet yangterdapat pada lateks dari senyawa kimia golongan hidrokarbon. Hidrokarbon tertentu tersusun oleh rantai panjang dari suatu isoprene dan disebut dengan polyisoprene. Monomer-monomer isoprene saling berikatan secara kepala ekor 1,4 membentuk polyisoprene yangmempunyai bobot molekul (Barlow,1978) CH 3 CH 2 C=C H 2 C H n gambar 1.Isoprene H 3 C H CH 2 CH 2 C=C CH 3 CH 2 C=C C=C CH 2 CH 2 H 3 C H H 2 C H n Gambar 2. : karet alam cis -1,4-poliisopren

7 2.4.Pemilihan Bahan Pengisi Ada 2 macam bahan pengisi dalam proses pengolahan karet. Pertama, bahan pengisi yang tidak aktif. Kedua, bahan pengisi yang aktif atau bahan pengisi yang menguatkan. Yang pertama hanya menambah kekerasan dan kekakuan pada karet yang dihasilkan, tetapi kekuatan dan sifat lainnya menurun. Biasanya bahan pengisi tidak aktif lebih banyak digunakan untuk menekan harga karet yang dibuat karena bahan ini berharga murah, contohnya kaolin, tanah liat, kalsium karbonat,magnesium karbonat, barium sulfat, dan barit. Bahan pengisi aktif atau penguat contohnya karbon hitam, silika, alumunium silikat, dan magnesium silikat. Bahan ini mampu menambah kekerasan, ketahanan sobek, ketahanan kikisan, serta tegangan putus yang tinggi pada karet yang dihasilkan. Kadan-kadang bahan pengisi aktif dan tidak aktif diberikan pada campurn sebagai alternatif penghematan biaya. (Tim Penulis PS,1992). 2.3.Klasifikasi carbon black Carbon black adalah suatu produk dengan skala besar. Pada dunia produksi dibutuhkan kira-kira 2,5 jutaton pertahun. Carbon black banyak digunakan pada industri ban dan industri karet sebagai bahan pengisi penguat, Menurut proses produksinya carbon black digolongkan sebagai berikut: Furnace Black Pada tahun 1943 minyak furnace diproses dari proses gas alam. Frunace black diproduksi dari zat cair aromatik, asalnya dari fraksionasi petroleum, hasil penyulingan aspal cair atau pembakaran etylene. Pada dasarnya, zat tersebut dipanaskan dulu dan dibakar dengan dengan pemasukan udara yang cukup. Temperatur dan kondisi lainnya diatur dengan pembakaran gas. Reaksi dilengkapi

8 dengan suatu air spray dean carbon blacknya terpisah dari campuran gasdan uap air pada Zyclones atau alat penyaring dan hasilnya didapatkan Thermal Black Thermal black secara umum diproduksi darigs alam yang dipanaskan dulu dalam ruangan hampa udara.thermal black termasuk zat non aktif, meningkatkan kekuatan tarik dari vulkanisasi menjadi lebih kecil, tetapi memberi kekerasan pada pada penguatan yang tinggi dan pengolahan yang baik serta sifat yang dinamis. Thermal black baru saja ditemukan dan memiliki kekurangan yaitu harganya yangmahal, tetapi baru-baruini telah meningkat kapasitasnya dengan cepat. Penggunan Thermal Black ditujukan untu suatu aplikasi yang khusus Channel Black Hingga akhir perang duia ke-2 channel black digunakan sebagai bahan penguat yang penting. Channel black telah menggantikan furnance black yang telah dikembangkan sejak beberapa tahun sebelum perang. Furnace black jenis SBR lebih tahan terhadap abrasi jika dibandingkan dengan Channel black. Channel lebih aditif (nilai ph nya sekitar 5 dibandingkan furnace black 6,5-10) dari padapengisi yang lain. Channel black dihasilkan olehpembakaran parsial dari gas hidrocarbon, kebanyakan gas alam, melalui proses pembakaran dengan menggunakan baja Jenis Carbon Black Lainnya Disamping jenis yang utama dari carbon black dapat ditemukan juga jenis lainnya, yaitu :

9 Acetylene Black, yang disiapkan oleh dekomposisi thermal dari acetylene, yang diketahui dari konduktivitasnya elektriknya. Acetylene Black mempunyai keuntungan pada banyak aplikasi dimana diperlukan daya konduktivitas yang tinggi, dan elektrostatik harus dihindari, sebagai contoh padapenggilingan, pipa karet kapal tangki, kontainer. Acetylene black sering digantikan oleh konduktivitas furnance black. Flame Black, dihasilkan dari pembakaran dari bahan bakar cair dengan prosespenggolongan sifat yang menggunakan bahan yang mempunyai sifat dinamik. Flame black sering digantikan oleh furnace black, terutama dengan struktur yang lebih tinggi. Electrik Arc Carbon Black, adalah hasil sampingan dari produk acetylene pada electric Arc. Tapi sekarang ini jenis ini tidak diproduksi lagi (Werner Hofmann, 1989) Struktur Carbon Black Penggolongan dari carbon black (lihat tabel 2.8.) diproses berdasarkan adsorpsi iodin (suatu indeks menyangkut ukuran dan aktivitas permukaan) dan struktur yang mengukur tingkat dari pengkelompokkan dan pengumpulan dari partikel-partikel untuk membentuk rantai dan strukturnya seperti buah anggur, kumpulan yang serupa membentuk unit yang aktif secara teknis setelah dicampur ke dalam karet. Struktur carbon black diperlihatkan pada vulkanisat dan karakteristiknya dikenal sebagai α F- value. Struktur carbon black yang rendah sudah ada sejak 2 tahun yang lalu. Struktur tersebut mungkin untuk menghasilkan struktur carbon black yang lebih tinggi. Perbedaannya terlihatpadapermukaan dan struktur yang diperkenalkan dalam teknologi sifat karet. Adsorpsi iodin yang tinggi selalu dengan penguatan yang tinggi. Struktur carbon black tinggi menyebabkan penghamburan yang baik dalam campuran, viskositas compound tinggi, die-swell rendah dengan memperlebar permukaan

10 dengan modulus tinggi, kekerasan tinggi dan ketahanan pakai dari vulkanisat. Struktur carbon black rendah memberikan panas yang rendah, regangan tinggi dan kekuatan sobek, ketahanan pembakaran yang bagus dan nilai ketegangan rendah (Werner Hofmann,1989) 2.4.Bahan Pengisi Penguat Carbon black dikenal sebagaibahan pengisi penguat untuk karet alam dan karet sintetik. Carbon black dihasilkan bernacam-macam type dari proses pembakaran yang tidak sempurna atau proses cracking dari gas alam atau hidrokarbon langsung. Sampai ditemukannya dari karet sintetik jenisnya adalah channel black, dikatakan demikian karena diperoleh dari nyala api pada saluran baja pendingin. Setelah beberapa tahun kemudian, furnace black ditemukan dan banyak digunakan karena butirannya lebih lebar dan lebih menguntungkan dari segi ekonomi dimana diperoleh hasil yang lebih baik dari hidrokarbon yang berkualitas. Thermal black juga salah satu jenis bahan pengisi yang digunakan untuk compound yang lunak dan diguanakn sebagai aplikasi, misalnya seperti untuk pipa bagian dalam dari karet alam yang memberikan ketahanan terhadap sobekan. (A.T.Mc Ptterson, 1956) 2.5. Pengaruh dari bahan pengisi Istilah pengisi mengacu pada zat aditif yang padat yang disatukan dalam matriks plastik. Pengisi secara umum adalah material anorganik dan dapat digolongkan menurut pengaruhnya pada sifat mekanis dari suatu campuran. Bahan pengisi ditambahkan terutama untuk mengurangi biaya dari compound, dimana ketahanan pengisi ditambahkan untuk mempengaruhi sifat mekanis seperti modulus attau kekuatan tarik. Bahan pengisi penguat akan meningkatkan regangan,

11 meningkatkan temperatur panas, mengurangi penyusutan, meningkatkan modulus. Bahan pengisi penguat memperbaiki beberapa sifat mekanis. Dalam beberapa hal, suatu ikatan kimia dibentuk antara pengisi dan polimer, didalam hal lain volume pengisi mempengaruhi sifat-sifat dari termoplastik. Sebagai hasilnya, sifat pada permukaan dan interaksi antara pengisi dan termoplastik mempunyai arti yang penting. Suatu bagian dari sifat pengisi meliputi perlakuan. Yang terdiri dari bentuk partikel, ukuran partikel, dan distribusi dari ukuran dan kimia permukaan dari suatu partikel. Secara umum, semakin kecil partikel, semakin besar peningkatan dari sifat mekanis, seperti kekuatan tarik. Partikel yang lebih besar dapat memberikan sifat reduksi yang dibandingkan ketermoplastik murni. Partikel bentuk dapat juga mempengaruhi sifat. Sebagai contoh seperti partikel yang berserat mungkin diorentasikan selama pengolahan. Ilmu kimia permukaan dari partikel adalah penting untuk di interaksikan dengan polimer dan untuk memungkinkan interfasila adhesi yang baik. Ilmu tersebut penting untuk permukaan partikel polimer basah dan mempunyai interfasial yangbaik yang mengikat untuk memperoleh hasil yang lebih baik. Carbon black digunakan sebagai suatu pengisi utama pada industri karet, tetapi carbon black dapat juga ditemukan pada aplikasi konduktivitas thermoplastik, perlindungan terhadap UV, dan sebagai pigmen. (Charles A.Harper,2002) Pengaruh Ukuran dan Struktur Bahan Pengisi Bahan pengisi diigunakan untuk meningkatkan sifat fisik, memperbaiki karakteristik pengolahan tertentu dan menghemat biaya. Bahan pengisi penguat dapat meningkatkan kekerasan, kuat tarik modulus, kuat sobek dan ketahanan kikis suatu compound, biasanya carbon black dan pigmen mineral yang berukuran partikel kecil.

12 Pemilihan bahan pengisi merupakan tahap ketiga yang peting dalam penyusunan kompon setelah karet dan sistem vulkanisasi. Bahan pengisi penguat sangat berpengaruh terhadap sifat fisik barang jadi karet dan pengolahannya. Ukuran partikel dan struktur carbon black sangat berpengaruh terhadap sifat-sifat fisik dan pengolahan compound. ISAF adalah kode untuk jenis carbon black N-220, HAF adalah kode untuk jenis carbon black N-330, FEF adalah kode untuk jenis carbon black N-550, SRF-LM adalah kode untuk jenis carbon black N-990. Derajat penguatan meningkat dengan makin mengecilnya ukuran. Makin halus ukuran bahan pengisi makin besar energi yang diperlukan untuk mendispersikannya ke dalam karet, maka makin sukar diolah. Ukuran partikel bahan pengisi memegang peranan yang penting pada kuat tarik compound. Carbon black dengan ukuran partikel kecil memberikan kuat tarik tertinggi pada penambahan optimum. Carbon black juga dapat mengaktifkan vulkanisasi. Modulus merupakan fungsi utama dari ukuran, struktur dan banyaknya penambahan carbon black. Makin meningkat struktur carbon black makin tinggi modulus dan akan meningkat lagi jika pemakaian carbon black bertambah. Perpanjangan putus mirip modulus, merupakan fugsi dari struktur carbon back, tetapi struktur yang makin tinggi memberikan perpanjangan putus yang rendah. Makin banyak carbon black struktur tinggi yang ditambahkan, perpanjangan putus semakin menurun. Compound yang mengandung carbon black berukuran partikel besar seperti thermal black (MT) mempunyai perpanjangan putusyang terbaik dan tidak dipengaruhi oleh meningkatnya penambahan. Viskositas mooney compound untuk semua jenis karet bergantung terutama pada struktur dan banyaknya penambahan carbon black, tetapi meningkatnya penambahan MT black tidak dipengaruhi

13 viskositas mooney. Ukuran partikel yang besar meningkatkan scorch, sedang struktur tinggi dan ukuran partikel yang kecil menurunkan ketahanan scorch (Dr.Suharto H.,1993) Pengaruh Bahan Pengisi Pada Sifat Mekanis Hal yang paling penting diteknologi karet untuk memodifikasi sifat mekanis dari suatu compound karet dengan penambahan dari bermacam-macam partikel pengisi carbon black dengan modifikasi yang berbeda. Suatu perbandingan dari pengaruh dari enam pengisi yang berbeda pada sifat tarikan dari karet alam dan data yang sama untuk GR-S. Channel Black memberikan kekauan dan kekuatan yang besar,pengaruh lebih banyak ditemukan pada compound GR-S dari pada karet alam. Perbedaan pada ketahanan terhadap abrasi lebih besar ditemukan pada sifat kekuatan. Bahan pengisi dibandingkan atas dasar volume yang sama per 100 volume dari karet. Dengan meningkatnya ukuran pemngisi yang diberikan, sifat yang selalu ditunjukkan menjadi maksimum atau berkurang. Misalnya, tanpa pengisi compound GR-S mempunyai kekuatan tarik hanya 275 psi. Pada volume 14 dari cahnnel balck per 100 volume dari karet, kenaikan kekuatan menjadi 1,90 psi. Pada volume 28 menjadi 3,010 psi, tetapi pada volume 56 turun menjadi 2,920 psi. Perpanjangan yang terakhir, pada sisi lain, menjangkau nilai maksimum pada volume 14. Pengisi yang berbeda mempengaruhi kekrasan darikaret dengan kekerasan yang sama telah dimodifikasi siofatregangannya. Seperti pada compound karet alam tanpa pengisi mempunyai kekrasan 39 pada skala Shore durometer. Ketika channel black ditambahkan menjadi 23 volume per 100 volume dari rubber, kekerasannya menjadi 56. Volume yang sama dari Zinc Oxide kenaikan kekerasan menjadi hanya

14 56, dengan tanah liat kekerasannya menjadi 54, dengan kapur halus kekerasannya 51, dan dengan thermal black kekrasannya 50. Nilai-nilai dari kekerasan diperoleh dari campuran getah yang murni dapat diperoleh dengan menambahkan pelunak atau plasticier seperti minyak petroleum atau lilin,atau suatu ester seperti butyl phthalate (A.T.Mc Ptterson.,1956). 2.9.Ketahanan Compound Terhadap Abrasi Abrasi pada umunya suatu hal yang dihubungkan dengan pergesekan dari dua permukaan, seperti pada ban, tumbukan atau pemotongan jenis dari abrasi adalah hal yang penting di dalam banyak aplikasi dari karet. Carbon black adalah pengisi yang efektif untuk ditambahkan pertama kali untuk ketahanan terhadap abrasi. Dengan menggunakan carbon black, melalui jarak yang bermil-mil telah meningkat dari kira-kira sampai mil pada tahun 1912 menjadi sampai mil pada saat sekarang, walaupun ada pengurangan di dalam lingkar di dalam ban roda dan peningkatan yang besar pada kecepatan. Ketahanan terhadap abrasi dihubungkan dengan ketahanan terhadap sobekan, Ketika carbon black ditambahkan pada karet, ketahanan sobek menjadi meningkat, dan karakter dari permukaan koyak menjadi karakteristik yang tidak beraturan dan banyak teknologi karet lebih baik daripada mengira compound dengan cara manual atau tes mengoyak dengan tangan daripada mesin. Pada partiekl compound GR-S, volume 28 dari channel black per 100 dari karet naik terhadap ketahanan sobek dari 27 lb per inci ketebalan menjadi 265 lb per inci (A.T.Mc Ptterson.,1956).