PENGARUH PENAMBAHAN BAHAN LENTUR ( FLEKSIBILITAS ) TERHADAP PEMBENTUKAN IKATAN SILANG POLIETILENA DENGAN TEKNIK RADIASI

Transkripsi

1 +- Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi III,\'erpong, 2-21 Oktoher 1998 ISSN PENGARUH PENAMBAHAN BAHAN LENTUR ( FLEKSIBILITAS ) TERHADAP PEMBENTUKAN IKATAN SILANG POLIETILENA 53G DENGAN TEKNIK RADIASI Anik Sunarni, Isni Marlijanti, Gatot TR dad Mirzan TR. Pusat Aplikasi Isotop Radiasi, BATAN ABSTRAK. PENGARUH PENAMBAHAN BAHAN LENTUR (FLEKSIBILITAS) TERHADAP PEMBENTUKAN IKATAN SILANG POLIETILEN DENGAN TEKNIK RADIASI. Telah dilakukan penelitian pengaruh penambahan bahan lentur ( fleksibilitas ) terhadap sifat fisik polimer Polieti.lena (PE) berikatan silang. Tujuan dan penelitian ini adalah untuk mendapatkan komposisi PE dengan bahan lentur yang tepat untuk proses pengikatan silang dengan teknik radiasi. Polietilen densitas rendah (LDPE) berbentuk relet dicampur dengan berbagai aditif sehingga berbentuk kompon, masing-masing ditambahkan bahan lentur Etilen Villil Asetat (EVA) clan Butil Karet sebanyak,.1,2 clan 3%, dicampur dengan menggunakan alat pencampur Labo Plastomill pada temperatur 13 C selama 8 menit. kemudian dibuat menjadi lembaran film dengan ketebalan,.15 mm dengan menggunakan alat cetak tekan pada temperatur.13 C clan tekanan 1 kg/cm2. Film tersebut selanjutnya diiradiasi Sinar y laju dosis 15 kgy/jam dengan dosis radiasi, 1, 15,2 clan 36 kgy. Setelah diiradiasi kadar fraksi padatan, sifat mekanik,uji pengusangan clan uji ketahanan terhadap bahan pelarut kimia,1 % NaOH clan 3 % SO4 dilakukan seksama untuk melihat pengaruh bahan lentur. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa proses pengikatan silang optimal terjadi pada kandungan 3 % EVA dengan dosis irradiasi 15 kgy. ABSTRACT THE INFLUENCEOFTHE FLEXIBILITY ADDITION TO THE CROSSLIN KING OF POLYETYLENE BY RADIATION TECHNIQUE. The influence of addition of the flexibility have been observed. The aim of this experiment was to get the right compositions of flexible resin tope compounds. and for the crosslinkingprocess by Radiation. The flexibelities resin were EVA (ethylene vinyl acetate) and BR (Butyl Ruber) to concentration,1,2 and 3 % were added respectively to LDPE compounds. The compounds were mixed by Labo Plastomill at 13 C for 8 minutes, and than have made film of.15 mm used hot pressed machine at 13 C. and pressured of 1 kgicm2. The filmwere irradiated by g ray which dose rate [15 kgih and the doses were, 1. 15,2 and 3 kgy. The physical properties were measured such as gel fraction, mechanical test, aging test and resistant to chemical solutions. such as 1 % NaOH and 3 % HzSO 4' The result showed that optimum the crosslinking process of addition the flexibility resin was 3 % EVA and at an irradiated dose 15 kgy. PENDAHULUAN Selama hampir lebih 35 tahun terakhir teknologi plastik yang menciut karena panas (Heatshrink plastic) sudah dilakukan di negara-negara maju. Perintis pertama adalah Rechem dati USA, kemudian diikuti negara-negara Eropa dan Asia yaitu Jepang,China, Korea danballkan India sudah mem-produksinya. Adapun dasar dari teknologi heatshrink adalah kimia radiasi [1] terhadap berbagai bahan polimer. Salah satu bahan polimer plastik yang baik digunakan sebagai bahan dasar isolasi dan jaket kabel adalah Polietilen E). Molekul PE mempunyai daerah kristalin (berdekatan) dan daerah amorphos (renggang). Daerah kristalin pacta satu molekul PE yang berdekatan dengan molekul-molekul PE disebabkan oleh adanya daya tarik antar molekul. Daerah kristalin merupakan sumber keknatan pacta bahan plastik FE, tanpa adanya kristalin bahan plastik PE akan meleleh ( cair ). Daya tarik antar molekul-molekul di daerah kristalin mengakibatkan gugus molekul tersebut menjadi kuat dan berbentuk padat [2].Apabila PE diradiasi dengan elektron maupun sinar y pada dosis yang tinggi, akan membentuk PE berikatan silang.pe ikatan silang membentuk jaringan molekul PE terikat kljat dalam tiga dimensi, yang disebut XLPE (Crosslinked Polyethelene). Bahan XLPE apabila dipanasi pada suhu cair kristalin sebesar 121 C bentuknya tidak bembah, kemudian dipanaskan kembali di alas subu 121 C sampai kristaiin hilang, maka XLPE tersebut menjadi lunak, sehingga dengan mudah dapat dibentuk menjadi bahan plastik yang berguna. XLPE yang dapat bembah-ubah bentuk sampai kembali ke bentuk semula gejala ini disebut effect memory menumt CHARLESBY [3). lni adalah salah satu dasar dalam pembuatan heatshrink cable. Dengan berkembangnya 11mu Polimer, sebagai contoh FE. Apabila PE dipakai sebagai bahan dasar tunggal atau tidak ditambahkan bahan lain hasilnya akan lebih kaku. Apabila ditambahkan dengan bahan elastomir atau bahan plastik yang derajat kristalinnya

2 Pro.\'iding Pertemuan Ilmiah Sains Materi III,\'erpong, 2-21 Oktober 1998 ISSN rendah maka XLPE campuran akan bersifat lentur [4]. Dalam makalah berikut ini telah diamati dua macam bahan polimer yang ditambahkan dad mempunyai sifat lentur yaitu EVA ( Etilen Jiinil Asetat ), polimer ini dapat membentuk ikatan silang melalui radiasi. yang polimer ikatan silangnya bersifat lentur dan tahan terhadap pengusangan. EVA banyak digunakan di industri plastik. sedangkan butil karet (Butyl Ruber) tennasuk bahan elastomer yang mempunyai sifat tahan terhadap kimia organik asam dan deterjen. Butil karet banyak digunakan campuran kompon dalam industri suku cadang kendaraan. Penelitian ini menggunakan radiasi sinar y dengan variasi dosis, dan 3 kgy. Sifat fisika dad mekanik di uji menurut AS1M D [5]. Hasil yang diperoleh masing-masing di-bandingkan baik menggunakan bahan yang lentur maupun yang tidak untuk mendapatkan yang terbaik diantaranya untuk industri Heat...hrink ('able PERCOBAAN Bahan: Kompon LOPE ( Low den.\"iv Pol.vethelene ) yang mcngandung aditif antioksidan Irganox 176 buatan Ciba Geigy. Carbon black buatan Ciba Geigy, I'lame Reterdant buatan China Taiwan. EVA ( Ethylene linyl A.\"etat ) buatan DUPONT dan Butil karet buatan China. selama 72 jam dad fraksi padatan dilenlukan berdasarkan beral padalan yang lertinggal setelah diekstraksi dengan pelamt Xilena selama 24 jam menggunakan Soxhlet. BASIL DAN PEMBABASAN Fraksi Padatan Persen fraksi padatan basil iradiasi merupakan ukuran indikasi terbentuknya ikatan silang dalam molekul polimer. Umumnya apabila ikatan silang dalam polimer bertambah besar, berarti bertambah besar pada % fraksi padatan yang tidak larot akibat ekstraksi. Pada Gambar I, ditunjukkan pengaruh dosis iradiasi terhadap % fraksi padatan dengan berbagai variasi konsentrasi EVA. Adanya bahan lentur EVA dalam campuran kompon LOPE iradiasi ternyata dapat meningkatkan pembentukan jaringan ikatan silang. Ikatan silang teljadi pada dosis iradiasi 1 dan 15 kgy. Untuk konsentrasi 1,2 dad 3 % EVA, menghasilkan % fraksi padatan yang meningkat yaitu: 46,58 ( 1 %) ; 5,44 ( 2 %) ; 55,96 ( 3 %) untuk dosis iradiasi 1 kgy dad 53 ( 1 %) ; 55 ( 2 %) ; 66,82 ( 3 %) untuk dosis iradiasi 15 kgy ill. Hal ini menunjukkan dengan penambahan bahan lentur EVA dapat meningkatkan pembentukan ikatan silang. Pada dosis iradiasi 2 dan 3 kgy % fraksi padatan mulai menurun hal ini disebabkan pengaruh dosis iradiasi yang tinggi mengakibatkan teljadinya pemutusan ikatan silang. Tata Kerja Kompon LOPE berbentuk pelet dicampur dengan berbagai aditif sehingga terbentuk kompon sebanyak 4 gram dicampur dengan EVA atau butil karet ( BK ) dengan Inempergunakan alat pencampur Labo Plastomill 3 R 15 buatan Toyoseiki & Co selama kurang lebih 8 menit pada temperatur 13 C. Konsentrasi bahan lentur dicampur dibuat bervariasi dati, 1, 2 dan 3%. Setelah dicampllr homogen, campuran tersebut dibuat menjadi lembaran film dengan ketebalan,15 mm mempergtlnakan alai cetak tekan panas dan dingin dengan tekanan 15 kg / crn2 pada temperatur 13 C. Filln tersebut selanjutnya diiradiasi dengan sinar-y yang mempunyai laju dosis 15 kay/jam (fasilitas iradiasi Irpasena). Oosis iradiasi bervariasi yaitu, 1, d-m 3 kgy. Setelal1 diiradiasi pengujian kadar fraksi padatan dan sifat Inekanik dilakukan dengan seksama, uji pengusangan juga dilakukan untuk melihat unjuk kerja antioksidan. Sifat mekanik diukur terutama harga tegangan putus dan mulur pulls dengan tensile tester buatan Toyoseiki. Sementara pengujian ketahanan tcrhadap pelarut dilakukan untuk asam (3 % SO 4) dan basa (,1 % NaOH) Uji pengusangan dilakukan dengan menempatkan sampel pada oven temperatur 121 C ='Co ';; Gambar 1. Pengaruh dosis irradiasi terhadap % fraksi padatan dengan berbagai variasi konsentrasi EVA Gambar 2, menunjukkari pengaruh dosis iradiasi terhadap % fraksi padatan dengan berbagai vatiasi konsentrasi BK ( butil karet ). Tanpa penambahan bahan lentur BK dalam campuran LDPE kompon diiradiasi dosis 1 dan 15 kgy, % fraksi padatan meningkat. Makin banyak konsentrasi bahan lentur BK, nilai % fraksi padatan makin turun. Hal ini menunjukkan bahwa Anik Sunarni dkk. 37

3 Prosiding Pertemuan Ilmiah Sain.\' Materi III..erpong, 2-21 Oktoher1998 ISSN i -- Co W) Joo I& ;' UK j -(o 1% OK -- 1; ;' UK, -"""',... II. J '!.. OK Dosis iradiasi (kgy) Gambar 2 Pengaruh dosis irradiasi terhadap % [raksi padatan dengan berbagai variasi konsentrasi BK pembentukan ikatan silang karena iradiasi teljadi oleh polimerisasi radiasi dati LDPE itu sendiri, sedangkan campuran dati kedua kompon tidak kompatebel yang disebabkan karena perbedaan titik leleh terlalu jauh. Titik leleh LDPE adalah 118 C dad butil karct adalah 85 C. Tegangan putus (.T -s) dad Mulur Putus (.E- b). Pacta pembentukan cabang polimer menjadi struktur jaringan ikatan silang, mobilitas atau gerakan polimer semakin rendah. Jika film ditarik atau diregangkan rantai polimer yang tid.:1k berikatan silang relatif mudah bergerak sehingga regangan tinggi sebelum putus ( mulur putus ). Dengan kenaikanjumlah ikatan silang sebagai kenaikan dosis rantai polimer menjadi tidak mudah bergerak sehingga diperlukan gaya tarik yang lebih tinggi untuk memutuskannya sehingga meningkatnya tegangan putus (.T-s). Dosis yang terlalu tinggi menyebabkan densitas ikatansilang menjadi lebih tinggi sehingga terdegradasi (6), akibatnya polimer menjadi rapuh. Pacta Gambar 3 dan 4, ditunjukkan pengaruh dosis iradiasi terhadap tegang putus (.T -s)dan % mulur putus (. E-b) dengan berbagai variasi konsentrasi EVA. Nilai tegangan putus meningkat dengan meningkatnya dosis iradiasi.1 dan 15 kgy, dengan penambahan bahan lentur EVA konsentrasi, 1, 2 dan 3 % EVA. Konsentrasi EVA makin tinggi, tegangan putus semakin meningkat dibandingkan tanpa bahan lentur EVA. Hal ini menunjukkan bahwa kenaikan dosis iradiasi meningkatkan tegangan putus sehingga akan meningkatkan pembenulkan struktur jaringan ikatan silang. Kemudian dosis semakin tinggi yaiul 2 dan 3 kgy diikuti penurunan nilai tegangan putus (. T-s). Dosis yang terlalu tinggi menyebabkan densitas ikatan silang menjadi lebih tinggi sehingga ter-degradasi atau teljadi pemutusan ikatan silang. Hal ini dapat dihubungkan dengan penurunan % fraksi padatan pada dosis iradiasi 38 i t.i "ir,. '-' = 8. c.. all iq# O, - too ::::-..o-q % EVA /"""=:]:"""""""" > EVA 4 -n- 1% EVA 2...3% '-VA ; Dosis trad1asi (kg)') Gambar 3. Pengaruh dosis irradiasi terhadap tegangan putus dengan berbagai variasi konsentrasi EVA sebelum pengusangan 2 dan 3 kgy pada gambar I. Gambar 4, nilai % mulur putus (E-b) menurun dengan meningkatnya dosis iradiasi dengan penambahan bahan lentur konsentrasi,1,2 dad 3 % EVA. Hal ini karena teljadi ikatan silang, rantai polimer relatif susah bergerak sehingga regangan makin rendah sebelum putus atau % mulur putus makin menurun karena iradiasi. '" = = - =-= EA I -- ')/. F;V A -- 2t/. E\A I...3% EVA I..I, I 'I, -I Dosi,jradjasi (kgy) Gambar 4. Pengaruh dosis irradiasi terhadap % mulur putus dengan berbagai variasi konsentrasi sebelum pengusangan. Gambar 5 dad 6 menununjukkan pengaruh dosis iradiasi terhadap tegang putus dan perpanjangan putus dengan berbagai variasi konsentrasi EVA, sesudah pengusangan. Pengusangan Polimer yang tidak berikatan silang (dosis iradiasi kgy) meleleh semua dapat dihubungkan dengan gambar I yaitu % fraksi padatan dosis kgy yaitu % EVA (meleleh semua), sedang polimer yang berikatan Anik Sunarni dkk.

4 Pro.\'iding Pertemuan Ilmiah,\'ains Materi III,\'erpong, 2-21 Oktoher 1998 ISSN '5 'a ii!: A'" e c.; Q. C =! Co.. "; % EVA...1% EVA -- 2% EVA j J I. I 34>(" tv A Dosis iradiasi (kgy) Gambar 5. Pengaruh dosis irradiasi terhadap tegangan putus sesudah pengusangan dengan berbagai variasi konsentrasi EVA ;"'P,... ;' EVA..18/ EVA.- 2*/ F-YA,.. 3% EVA o.i.i.i Oosis iradm51 (kgy) Gambar 6 Pengarub dosis iradia."i terbadap mulur putus sesudah pengusangan dengan berbagai variasi konsentrasi BK silang mengalami penurunan tegangan putus. Hal ini dapat ditunjukkan tegangan putus optimum sebelum ngusangan adalah kg/cm2 (3% EV), dosis iradiasi 15 kgy sedangkan sesudah pengusangan tegangan putus adalah 139,3 kg/cm2 jadi % rubahan adalah %. lni membuktikan unjuk kerja antioksidan Irganox 176 masih efektif akibat radiasi. Begitu pula dengan % mulur putus, % perubahan mulur pulis sebelum dad sesudah peng-usangan tidak lebih dari 75 % (memenuhi standar ASTM D ) untuk heatshrink cable maupun untuk bahan isolasi kabel % nambahan dirlihatkan pada Tabel I. Pada Gambar 7. menunjukkan pengaruh dosis iradiasi terhadap tegangan putus dengan berbagai variasi konsentrasi BK (butil karet ) sebelum pengusangan. Sebelum pengusangan tegangan pulis naik pada dosis iradiasi 1 dad 15 kgy, meskipun tanpa BK kenaikan tegangan putus tidak tajam. Tetapi kenaikan tegangan porus ini tidak dipengaruhi oleh penambahan konsentrasi BK sebab Makin banyak konsentrasi BK yang ditambahkan dosis irndiasi 1 dan 15 kgy tegangan putusnya menurun. Hal ini menunjukksn bahwa pembentukan ikatatan silang oleh LDPE itu ndiri. Sedangkan dis iradiasi rnakin tinggi 2 dad 3 kgy tegangan porus menufud, disebabkan densitas ikatan silang naik mengakibatkan polimer terdegradasi. -N a r.i.pj,..., :s ) 4 ; 2 -;-Q- O%BI<,.. 1% OK -- 2% UK 3% BK :::::;-"'--+-_.:::: I I.I.1, DosisiradiOi (kgy) Gambar 7. Pengaruh dosis irradiasi terhadap tegangan putus dengan berbagai variasi konsentrasi BK sebelum pengusangan Gambar 8 menunjukkan pengamh dosis iradiasi terhadap tegangan putus dengan berbagai variasi konsentrasi BK sesudah pengusangan. tegangan putus menurun dan persen mulur porus (Tabel 2) tidak dapat diukur, hal ini disebabkan sifat film bembah menjadi kaku rapuh, unjuk kerja antioksidan tidak efektif karena penambahan butil karet. Makin besar konsentrasi BK, sifat polimer rnakin kaku dan rapuh karena degredasi. -. N S..- eo ' I Q """'... % Bk...1% UK -- 2% UI<..3% BK 8' I. I.I., Dolis iradiasi (kgy) Gambar 8. Pengaruh dosis irradiasi terhadap tegangan putus dengan berbagai variasi konsentrasi BK sesudah pengusangan Anik Sunarni dkk. 39

5 Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi III Serpong, 2-21 Oktoher 1998 ISSN Tabel I. Persen mulur putus campuran LDPE dengan berbagai variasi konsentrasi EVA terhadap dosis iradiasi Konsentrasi EVA Campuran LOPE dan EVA % Mulur putus pada berbagai dosis iradiasi ( kgy) / Sebelum pengusangan % perubahan ISO ,85 41,6 25 '. Sebelum pengusangan % perubahan 1 16,66 18,75 4, ' Sebelum pengusangan "/ perubahan , ,42 3 o Sebelum pengusangan ,5 "/ perubahan Tabel 2. % mulur putus (E-b) Konsentrasi EVA Campuran LOPE dan EVA % Mulur putus pada berbagai dosis iradiasi ( kgy) 1 15 O"" Sebelum pengusangan "/" perubahan o Sebelum pengusangan I ',;, perubahan 2 /" Sebelum pengusangan % o perubahan Sebelnm pengusangan ;, perubahan Keterangan : = Sampel film meleleh, *= tidak temkur film rapuh ,85 41, ,66 18,75 4, ,66 17, ,42 32, %pembahan=( (sebelum pengusangan -seudah pengusangan)/sebelum pengusangan) 1 % Ketahanan terhadap bahan 1)Clarut ba.a dan asam. Pengujian ketahanan terhadap pelamt asam (3 % H2SO4) dan basa (,] % NaOH), film irradiasi direndaju dalaju pelamt asam dan basa pada subu kamar ( 25 C) selama 24 jam. Kemudian diukur tegangan putus dad mulnr putus dan basil pengujiannya dapatdilihat pada Tabel 3. Hasil pengujian dati data tersebut secara umum dapat disimpulkan bahwa film irradiasi dengan pe- nambahan EVA maupun BK dibandingkan tanpa bahan lentur dengan dosis 15 kgy relatif tahan terhadap bahan pelarut asam ( 3 % SO 4 ) dad basa (,1 % NaOH ). KESIMPULAN Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa penambahan bahan lentur EVA optimal adalah sebanyak 3 % dengan radiasi sinar g dosis irradiasi 15 kgy

6 Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi III Serpong, 2-21 Oktober 1998 dengan laju dosis 15kGy / jam dapat menaikan XLDPE -EVA dibandingkan dengan LDPE tunggal maupun campuran BK dengan kompon LDPE. XLDPE -EVA bersifat lentur atau fleksibel dad elastik dengan % fraksi padatan (66,82), tegangan putus 171,94 kgicln2 dan % mulur puttls (475) lebih tinggi dati pada XLDPE tunggal % fraksi padatan (5), tegangan putus 115 kgicm2 dan % mulur putusnya (35). UCAPAN TERIMA KASm. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada Bapak Radi Harsono dan Dian lramani yang telah membantu terlaksananya penelitian ini. DAFTARPUSTAKA (1). BRADLEY, RICHARD " adiation Chemistry Industrial Application", (1984» (2). SUN JIA ZHEN, " New Trend of Polimer Shape Memory Materials", Represented at Reg. Train. Rad Cross Tech, Chinese Academy (3). HARLESBY,A.," Atomic Radiation and Polimers \t>l I ", Pergamon press, London -Oxford -New ork - Paris (1961). [4]. FLICK, EW. " Plastic Addives. An Industrial Guide ", Mill Road, Park Rigdge, New Yersey. [5]. ANONYMO; Annual Book of ASTM Standard, ASTM Studying D , American Society of Testing and Materials, Philadelphia, [6]. WALDRON.RW.McRAE.HF.,and MADISON, Jb., " The effect ofvdrious monomers on Crosslinking efficiency, Radiation curing, November (1985) 9 [7]. ZHANG, H.K., " Fprmulation of radiation Crosslinking " at Reg. Rad. Cross. Tech, Chinese Academy. [8]. CHANG HE KANG," Degradation and Stabilization of Polimer" Representrd at Reg. Train. Rad Cross. Tech, Chinese Academy. [9]. SUNARNI, G. TRIMULYADI, I. MARLIJANTIdan MT. RAZZAK, " Pengaruh Antioksidan Terhadap Pembentukan Ikatan Silang PE ", Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi II, Serpong, 24-3 Oktober 1997 [1]. MlRZANTR WIWIK S. SUBOWO, SUMlHUDIaNa, GATOT TR ANIK.S, DAN ISNI MARLIlANTl," Radiasi Pengikatan Silang Polietilen untuk Bahan Isolasi Kabel Tahan Panas ", Prosiding Pertemuan Sains Ilmiah I, Serpong Anik,\'unarni dkk. 311