Teknologi Pengendalian Kebisingan Menggunakan Desain Opened-Cell Polyurethane Foam (Ocpf)

Transkripsi

1 Menggunakan Desain Opened-Cell Polyurethane Foam (Ocpf) M. Masykuri 2, Harjana, Iwan Yahya 2, Budi Legowo 2, Ika Maryani, Chitra Ayu Respati Putri, Tri Cahyono 2, dan Linda Ikka Zain Program Studi Kimia PMIPA FKIP Universitas Sebelas Maret 2Jurusan Fisika FMIPA Universitas Sebelas Maret Abstrak Kebisingan merupakan salah satu permasalahan utama pada beragam jenis industri. Manusia dapat mengalami kehilangan/penurunan sensitivitas pendengaran akibat dari kebisingan dalam bentuk kerusakan yang permanen (acoustic trauma) atau sementara (Noise Induced Temporary Threshold Shift (NITTS). Beberapa desain dan bahan dapat digunakan sebagai penyerap bising, antara lain serat (kapas, serat gelas dan serat termoplastik), membran, ataupun busa (foam). Penelitian ini mengembangkan panel poroelastik penyerap bising dengan desain Opened-cell Polyurethane Foam (OCPF). Pembuatan bahan dilakukan menggunakan metode satu tahap (one step method). Untuk mengetahui sifat dan perilaku bahan dilakukan karakterisasi struktur dan morfologi mengunakan FTIR dan SEM serta karakterisasi termal menggunakan TG/DTA. Efektivitas bahan dalam menyerap kebisingan diuji menggunakan prosedur ASTM E-050 dengan teknik dua mikrofon dan sistem kontrol frekuensi digital. Hasil penelitian menunjukkan bahwa desain Opened-cell Polyurethane Foam (OCPF) sangat efektif dalam pengendalian kebisingan karena memiliki koefisien serapan yang tinggi pada rentang frekuensi lebar. Dari analisis struktur dan morfologi permukaan memperlihatkan pori kontinyu dengan massa molekul polyurethane berkisar antara 2, , Kata kunci: kebisingan, Opened-cell Polyurethane Foam (OCPF), sifat termal, struktur kimia PENDAHULUAN Kebisingan dari peralatan kerja maupun lingkungan tempat kerja merupakan salah satu faktor fisik yang berpengaruh terhadap keselamatan dan kesehatan kerja. Manusia dapat mengalami kehilangan/penurunan sensitivitas pendengaran akibat dari kebisingan dalam bentuk kerusakan yang per- Jl. Ir. Sutami 36A Surakarta 42 manen (acoustic trauma) atau sementara (Noise Induced Temporary Threshold Shift (NITTS). Kebisingan pada intensitas tinggi dan pemaparan yang lama dapat menimbulkan gangguan pada fungsi pendengaran dan juga pada fungsi non pendengaran yang bersifat subyektif seperti gangguan pada komunikasi, gangguan tidur, gangguan pelaksanaan tugas dan perasaan tidak senang/mudah marah. Kebisingan diartikan sebagai pencemaran suara karena merupa- Jurnal EKOSAINS Vol. II No. 2 Juli 200

2 kan suara yang tidak diinginkan yang berpengaruh terhadap fisiologi dan psikologi manusia (Lord, et al., 980; Magrab, 982). Wardhana (200) membagi kebisingan atas tiga macam berdasarkan asal sumbernya yaitu, a) kebisingan impulsif, yaitu kebisingan yang datangnya tidak secara terusmenerus akan tetapi sepotong-sepotong, b) kebisingan kontinyu, yaitu kebisingan yang datang secara terus-menerus dalam waktu cukup lama, serta c) kebisingan semi kontinyu (intermittent), yaitu kebisingan kontinyu yang hanya sekejap, kemudian hilang dan mungkin akan datang lagi. Menteri Negara Lingkungan Hidup melalui Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor: Kep-48/ MENLH//996 telah menetapkan baku tingkat kebisingan termasuk untuk lingkungan perumahan dan pemukiman yaitu sebesar 55 dba (Menteri Negara Lingkungan Hidup, 996). Dari sisi medis, batas paparan kebisingan yang dianggap aman dari aspek kesehatan dan kesejahteraan masyarakat (pada paparan yang diukur selama 24 jam) ialah sebagai berikut: untuk mencegah ketulian < 70 dba, untuk mencegah gangguan kegiatan di luar rumah sebesar < 55 dba, untuk mencegah gangguan kegiatan di dalam rumah sebesar < 45 dba (US-EPA, 974). Batas paparan kebisingan memang tergantung pada lamanya periode pemaparan tersebut, makin lama paparan batas paparan akan makin rendah. Batas paparan pada daerah lingkungan kerja batas paparan tersebut antara lain, paparan 8 jam/hari (batasnya 90 dba), 6 jam (92 dba), 2 jam (00 dba), dan jam (05 dba) (Canter, 986). Secara garis besar strategi pengendalian kebisingan dibagi menjadi tiga macam yaitu pengendalian terhadap sumber bising, pengendalian terhadap jalur bising dan pengendalian terhadap penerima bising (Papacostas, 993). Pada keadaan ketika sumber suara tidak dapat dikurangi dan lahan terlalu sempit untuk menciptakan jarak tertentu, maka prinsip perlindungan objek dari perambatan getaran dianggap sebagai suatu cara yang paling efektif untuk diterapkan. Untuk mengatasi masalah itu, diperlukan suatu panel akustik penyerap bising (sound absorber). Beberapa bahan dapat digunakan sebagai penyerap bising, antara lain serat (kapas, serat gelas dan serat termoplastik), membran, serta busa (foam). Pada aspek teknik pengembangan busa, beberapa riset sebelumnya telah menyelidiki dan mengembangkan teknik sintesis busa kopolimer blok dengan fleksibilitas yang dikehendaki, diantaranya mempelajari pengaturan blok dan pengaruh segmen lunak (Kim et al., 2000; Sanchez-Adsuar et al., 2000, Tanaka dan Kunimura, 2002, Gunatillake et al., 992), pengaruh segmen keras dan pemanjang rantai (Rightor et al., 2002; Kricheldorf dan Awe, 988), degradasi dan stabilitas (Endres et al., 2003; Santerre dan Labow, 997; Steilein et al., 996) serta sifat-sifat lainnya (Chian, 997; Lu et al., 2003). Penelitian ini mengembangkan panel poroelastik penyerap bising dengan desain opened-cell polyurethane foam (selanjutnya disingkat OCPF) dari bahan MDI/PEG (methylene diphenylisocyanate/ polyethylene glycol) dengan aditif expancel microsphere sebagai physical blowing agent. Pemilihan aditif tersebut didasarkan beberapa kelebihan, yakni mampu mengurangi densitas dan biaya bahan, meningkatkan isolasi termal dan stabilitas busa, serta sangat baik sebagai penyerap kebisingan dan getaran. Secara simultan, hasil penelitian dapat menjadi dasar dalam pengembangan struktur adsorber untuk sistem konversi energi yang ramah lingkungan dan berbiaya rendah. METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari 4,4-methylene Jurnal EKOSAINS Vol. II No. 2 Juli

3 diphenylisocyanate (MDI) (Aldrich), polyethylene glycol 400 (PEG 400) (Aldrich), expancel microsphere 095 DU 20 (Akzo Nobel), dimethyleformamide (Aldrich), etanol 95% (Aldrich), indium, pieces, 99,9% (Aldrich), silika gel (Aldrich), aluminium foil (lokal), dan akuades Sedangkan rangkaian peralatan digunakan meliputi spektrometer FTIR (Shimadzu 8400), TG/DTA (Seiko), SEM (Jeol seri JSM-6360), XRD (X-Ray Apparatus), viskometer Ostwald, labu leher 3, neraca analitik, hot press tipe SA-302--S merk Toyoseiki, sendok logam, termometer, waskom, cawan petri, labu ukur, gelas beker, dan erlenmeyer. Prosedur Penelitian Sintesis komposit busa polyurethane MDI/PEG expancel microsphere dilakukan menggunakan metode satu tahap (one step method). Komposisi NCO/ OH dibandingkan pada dua komposisi yaitu, PU- (NCO/OH: /,0 mol/mol) dan PU-2 (NCO/OH: /,4 mol/mol). Desain opened-cell polyurethane foam (OCPF) dilakukan dengan teknik adisi expancel microsphere 5% w/w. Untuk mengetahui sifat dan perilaku bahan dilakukan karakterisasi struktur dan morfologi mengunakan FTIR dan SEM, karakterisasi termal menggunakan TG/DTA. Efektivitas bahan dalam menyerap kebisingan diuji menggunakan prosedur ASTM E-050 dengan teknik dua mikrofon dan sistem kontrol frekuensi digital. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Sintesis dan Pengamatan Visual Penyerap Bising OCPF Dari penelitian yang telah dilakukan telah berhasil disintesis penyerap bising OCPF dengan berbagai variasi segmen keras/segmen lunak dengan menggunakan monomer diisosianat dari 4,4-methylene diphenylisocyanate (MDI), monomer polyethylene glycol 400 (PEG-400) sebagai sumber poliol. Teknik adisi zat pembuih (physical blowing agent) menggunakan expancel microsphere dilakukan dengan cara masterbatch sehingga didapatkan desain opened-cell polyurethane foam (OCPF). Hasil sintesis menunjukkan, pada komposisi monomer isosianat yang merupakan segmen keras (hard segment) yang makin banyak, maka akan terbentuk penyerap bising OCPF yang kaku (rigid), demikian pula sebaliknya pada komposisi monomer PEG-400 yang merupakan segmen lunak (soft segment) yang makin kurang maka yang terbentuk adalah penyerap bising OCPF yang lunak (flexible). Sedangkan hasil pengamatan visual terhadap fleksibilitas penyerap bising OCPF yang terbentuk menunjukkan sifat yang bervariasi dari busa lunak (PU-) dan busa yang kaku/agak keras (PU-2). Dari pengamatan yang telah dilakukan menunjukkan fleksibilitas busa OCPF yang menurun sebanding dengan nisbah segmen keras/segmen lunak (HS/SS). Struktur dan Morfologi Penyerap Bising OCPF Dari segi struktur kimia, untuk mengetahui polimer yang disintesis telah terbentuk atau belum dapat dilihat dengan cara mengamati analisis struktur kimia melalui spektra FTIR. Untuk membuktikan terbentuknya polyurethane secara kimia dan membandingkan pengaruh nisbah segmen keras/segmen lunak (HS/SS) terhadap profil spektra FTIR, dilakukan overlay kurva FTIR penyerap bising OCPF tipe PU- dan PU-2 sebagaimana ditunjukkan dalam Gambar. 44 Jurnal EKOSAINS Vol. II No. 2 Juli 200

4 Gambar. Perbandingan spektra FTIR penyerap bising OCPF tipe PU- (MDI/PEG: /,0-Expancel microsphere 5%) dan PU-2 (MDI/PEG: /,4-Expancel microsphere 5%) Dari gambar tersebut terlihat pita serapan pada daerah sekitar 3300 cm- (regang N-H uretan) dan 740 cm- (regang C=O uretan bebas) membuktikan adanya gugus uretan. Pita serapan pada 020 cm- yang merupakan serapan vibrasi regang C- O-C memperlihatkan terbentuknya ikatan uretan antara diol dengan isosianat. Berdasarkan identifikasi pita serapan FTIR tersebut membuktikan bahwa reaksi antara 4,4-methylene diphenylisocyanate (MDI) dengan polyethylene glycol 400 (PEG- 400) telah berhasil menghasilkan produk polyurethane. Sedangkan expancel microsphere yang terintrusi dalam matriks busa OCPF tidak terikat dalam bentuk ikatan kovalen dengan rantai polyurethane, melainkan terikat secara fisik. Selanjutnya berdasarkan perbandingan spektra PU- dan PU-2 sebagaimana ditunjukkan Gambar, dapat dianalisis pengaruh nisbah segmen keras/segmen lunak (HS/SS) terhadap profil spektra FTIR masing-masing. Salah satu fakta yang tam- pak adalah adanya fenomena pelebaran puncak pada daerah pita serapan sekitar 3000 cm- yang merupakan regang N-H (H terikat). Semakin besar nisbah HS/SS memperlihatkan puncak pada daerah tersebut semakin lebar. Fakta ini dapat diterangkan dari terbentuknya ikatan hidrogen pada gugus N-H. Pada konsentrasi PEG-400 yang semakin besar ikatan urethane akan semakin banyak terjadi, akibatnya terbentuk pula ikatan hidrogen yang semakin besar antara gugus N-H dengan atom H pada monomer lain di sekitarnya. Hal ini sekaligus memberi kejelasan mengenai bertambah panjangnya rantai polimer yang sebanding dengan semakin besarnya konsentrasi PEG-400. Untuk mengetahui morfologi penyerap bising OCPF, dilakukan karakterisasi dengan Scanning Electron Microscopy (SEM). Instrumen yang digunakan adalah SEM merk Jeol seri JSM Metode standard yang digunakan adalah metode Secondary Electron Image (SEI) dengan Jurnal EKOSAINS Vol. II No. 2 Juli

5 preparasi coating emas. Kondisi operasi dilakukan pada tegangan 0 kv dan perbesaran 00X dan 000X. Citra SEM dengan perbesaran 00x dan 000x pada penyerap bising OCPF tipe PU-2 ditunjukkan dalam Gambar 2. Gambar 2. Citra SEM penyerap bising OCPF pada perbesaran 00X (kiri) dan 000X (kanan) Dari citra SEM dengan perbesaran 00X tampak penyerap bising yang dikembangkan dalam penelitian ini memperlihatkan pori kontinyu dengan matrik polyurethane padat di antara strukturnya. Adanya pori kontinyu ini membuktikan terbentuknya struktur sel terbuka (openedcell structure) dengan ukuran diameter pori yang seragam, berkisar antara mikro meter. Citra SEM dengan perbesaran 000X menegaskan kembali terjadinya polyurethane dengan struktur terbuka. Matrik polyurethane bertindak sebagai fase diskontinyu disela-sela fase kontinyu udara. Struktur sel terbuka yang dimiliki penyerap bising OCPF ini sangat ideal berfungsi sebagai penyerap bising. Gelombang suara yang mengenai panel poroelastik OCPF ini akan terjebak dalam rongga sel (cavity) dan terjadi pelemahan yang terus menerus, akibatnya gelombang suara menjadi teredamkan. Ukuran pori relatif seragam yang dimiliki penyerap bising OCPF dihasilkan dari aditif expancel microsphere yang bertindak sebagai physical blowing agent. Zat aditif ini memiliki keunggulan komparatif dibanding zat sejenis lainnya karena mampu terekspansi akibat pemanasan menghasilkan perbesaran volume dengan diameter yang relatif sama. Ukuran pori dalam penyerap bising OCPF yang spesifik ini terbukti mampu meningkatkan koefisien absorpsi terhadap gelombang suara yang datang pada ranah frekuensi yang lebar. Viskositas Instrinsik dan Massa Molekul Rata-rata Viskositas Polyurethane Untuk mengetahui hubungan antara viskositas intrinsik, massa molekul rata-rata viskositas polyurethane dari produk penyerap bising OCPF, maka dilakukan pengukuran viskositas intrinsik dengan teknik viskometri. Pengukuran dilakukan menggunakan viskometer Ostwald dengan pelarut THF pada suhu kamar (23 3 C). Larutan polyurethane divariasikan dengan komposisi rasio segmen keras/ segmen lunak (hard segment/soft segment, HS/SS) sebesar,0;,;,2;,3;,4; dan,5. Hubungan viskositas intrinsik dan massa molekul rata-rata viskositas dengan rasio segmen keras/segmen lunak (HS/SS) tersebut ditunjukkan dalam Gambar Jurnal EKOSAINS Vol. II No. 2 Juli 200