PENGARUH ANTIOKSIDANTERHADAP IKATAN SILANG DALAM POLIETILEN1

Transkripsi

1 Prosidin Pertemuan IlmiahSains Materi 1997 ISSN PENGARUH ANTIOKSIDANTERHADAP IKATAN SILANG DALAM POLIETILEN1 PEMBENTUKAN A. Sunami2, G. Trimulyadi2 Marlijanti2 dad M.T. Razzak2 ABSTRAK. PENGARUH PENAMBAHAN ANTI OKSIDAN TERHADAP PEMBENTUKAN IKATAN SILANG DALAM POLIETILEN. Telah dilakukan penelitian pengaruh penambahan anti oksidan terhadap sifat fisik polimer polietilen berikatan silang. Tujuan dati penelitian ini adalah untuk mendapatkan komposisi polietilen dengan bahan anti oksidan yang tepat untuk proses pengikatan silang dengan teknik radiasi. Pada Polietilen densitas rendah (LDPE) ditarnbahkan masing masing aditif anti oksidan Sanlowhile Powder, Irganox 1010 dan Irganox 1076, sebanyak 0,2, 0,5, dan 1,0 %. Campuran tersebut dimpur dengan menggunakan alat penmpur Laho Plaslomil pada temperatur 1300 C selama 8 menit kemudian dibuat menjadi lembaran film dengan ketebalan 0,15 mm dengan mempergunakan alat cetak tekan pada temperatur C dan tekanan 150 kg/cm2.film tersebut selanjutnya diiradiasi dengan mesin berkas elektron energi 300 key,10 ma dengan dosis 100,200, dan 300 kgy. Setelah diiradiasi kadar fraksi padatan, sifat mekanik dan uji pengusangan dilakukan sera seksama untuk melihat unjuk kerja aditif anti oksidan. Hasil yang diperoleh menunjukan bahwa penambahan anti oksidan optimal adalah sebanyak 0,2 % dengan dosis radiasi 300 kgy dan anti oksidan yang baik untuk polietilen dengan urutan sebagai berikut ; Irganox 1076 lebih baik dibandingkan Irganox 1010 dan Santowhite Powder. ABSTRACT THE INFLUENCE OF THE THE ANTIOXIDANT ADDITION TO THE CROSSLINKING OF POLYETYLENE. The influence of addition of antioxidant have been observed. The aim of this experiment was to get the right compositions of polyetylene and antioxidant for the crosslinking process by radiation technique. The antioxidant Santowhite powder, Irganox 1010, and irganox 1076 each of 0.2, 0.5 and I % was added respectively to the LDPE. The compound were mixed by laboplastomill at 130 C for 8 minutes and than have made film by hot press machine at 130" C and the pressure of 150 kg! cm2.the film were irradiated by electron beam 300 key, 10 ma and 100,200 and 300 kgy irradiation doses The chemil and the physil properties were measured such as gel fraction, mechanil test and aging test. The result showed that the optimum of addition of antioxidant was 0,2 % at an irradiation dose 300 kgy and the utilization of the Irganox 1076 as antioxidant was better than the utilizations otlrganox 1010 and Santowhite powder. KEY WORD: Antioxidant, Cross/inking, Po/yety/ene PENDAHULUAN Polietilen merupakan polimer yang paling banyak digunakan sebagai bahan isolasi kabel (I). Ada beberapa kelebihan yang dimiliki polietilen sebagai bahan isolasi kabel diantaranya murah dad mudah didapat, ringan dad tleksibel, mempunyai sifat isolasi listrik yang baik dad yang paling penting adalah sifat sifatnya dapat dimodifikasikan untuk tujuan tertentu. Namun bahan isolasi ini masih memiliki kelemahan yaitu peka terhadap oksidasi.sedang PE mumi tahan terhadap oksidasi,adanya bahan tambahan atau monomer yang ditambahkan pacta PE,akan terperangkap sehingga teroksidasi. Akibatnya bahan isolasi tersebut akan mengalami pelapukan dalam kurun waktu tertentu. Untuk memcegah proses pelapukan biasanya digunakan zat anti oksidan yang mampu memperpanjang umur polietilen sebagai bahan isolasi kabel. Karena itu penambahan zat anti oksidan dalam formulasi kompon polietilen menjadi amat penting. Antioksidan didefinisikan sebagai zat yang mencegah oksidasi atau menghambat reaksi yang ditimbulkan oleh oksigen atau peroksida Antioksidan umumya molekul polar dan mempunyai kelarutan yang sangat rendah dalam polietilen pada suhu dibawah 800 C dan sebagian akan terdeaktifasi selama proses radiasi.(2) Pada pene]itian ini te]ah diamati pengaruh tiga mam antioksidan yaitu Santowhite, Irganox ]0]0 dan Irganox ]076 ketiganya merupakan nama dagang. Santowhite powder dengan nama IUPAC 4,4 buti//idenebis (3methyl6tertbuthyl phenol) banyak digunakan pada industri plastik, Irganox 10]0 dad Irganox ]076 dengan nama IUPAC Pentaerythrityl tetrakis { 3 ( 3.5ditert4 hydroxyphenyl)) propionat don IUPAC [octadecyl 3 {3 5' di(tertbutyl)4 'hydroxyphenyl} propionate, digunakan untuk indutri po]io]efin yang memerlukan kestabi]an panas yang lama, sedang Irganox ]076 digunakan sebagai bahan stabiliser untuk semuajenis polietilen. 1 Dipresentasikan pada pertemu; IImiah Sains Materi Pusat Api ikasi Isotop dan Radiasi BAT AN 240

2 Pros;d;nJ! Pertemuan /lm;ah Sa;ns Mater; 1997 ISSN Penelitian ini mempergunakan mesin berkas elektron yang menghasilkan elektron cepat sebagai sumber radiasi dengan dosis radiasi divariasikan yaitu sebesar 100, 200 dn 300 kgy. Sifat fisika clan mekanika diuji clan dianalisis menurut ASTM (3) Hasil yang diperoleh masing masing dibandingkan baik dengan menggunakan zat antioksidan maupun tidak menggunakan untuk mendapatkan yang terbaik. BAHAN DAN METODE. Bahan Polimer polietilen densitas rendah (LDPE) berbentuk pelet dengan nama dagang Malene PFS 4020 buatan Polandia. Antioksidan dengan nama dagang Santowhite powder buatan Monsanto Co, serta Irganox 1010 clan 1076 buatan Ciba Geigy. Metode. Polimer polietilen sebanyak 40 gram dilelehkan pada temperatur 130 C clan dimpur dengan bahan antioksidan mempergunakan peralatan labop.lastomill model 30R 150 buatan Toyoseiki & Co selama 8 men it pada temperatur 130 C. Konsentrasi antioksidan yang dimpur dibuat bervariasi dari 0 sampai 0,5 %. Setelah termpur homogen, mpuran tersebut dibuat menjadi lembaran film dengan ketebalan 0,15 mm mempergunakan alat cetak tekan dengan tekanan 150 kg/cm2 pada temperatur 130 C. Film tersebut selanjutnya diiradiasi dengan berkas elektron, energi 300 key, 10 ma dari mesin berkas elektron buatan Nisshin High Voltage Ltd, pada dosis bervariasi 100, 200 clan 300 kgy clan temperatur kamar. Setelah diiradiasi, pengujian kadar fraksi padatan clan sifat mekanik dilakukan sera seksama. Uji pengusangan juga dilakukan untuk melihat unjuk kerja aditif anti oksidan clan sifat mekanik diukur terutama harga tegangan putus clan perpanjangan putus dengan menggunakan alat Instron tester tipe Uji pengusangan dilakukan dengan menempatkan sampel pada oven temperatur 121 C selama 168 jam clan fraksi padatan ditentukan berdasarkan berat padatan yang tertinggal setelah diekstraksi dengan pelarut xylene selama 24 jam dengan mempergunakan soxhlet. HASIL DAN PEMBAHASAN Antioksidan Santowhite Fraksi padatan (gel). Pengukuran fraksi padatan atau fraksi gel diperlukan untuk mengetahui apakah basil iradiasi mengalami pengikatan silang. Bertambah banyak pengikatan silang yang terjadi berarti bertambah besar fraksi padatan yang tidak larut akibat ekstraksi. Pada gambar I. ditunjukkan hubungan fraksi padatan dengan kandungan antioksidan Santowhite dengan berbagai dosis radiasi. Fraksi padatan mulai menunjukkan nilai pada dosis 50 kgy baik pada bahan yang mengandung antioksidan atau tidak. Pada dosis 100 kgy, nilai fraksi padatan sekitar 35 % dad fraksi padatan ini menurun dengan bertambahnya kandungan antioksidan Santowhite, demikian pula halnya pada dosis 200 dad 300 kgy, fraksi padatan menurun dengan bertambahnya kadar Santowhite dalarn mpuran polietilen. Penurunan fraksi padatan tersebut dapat diterangkan sebagai efek interaksi radiasi dengan Santowhite. Seperti diketahui proses pengikatan silang polietilen berlangsung menurut mekanisme radikal bebas. Adanya kandungan Santowhite akan mengurangi kesempatan pembentukan radikal pada rantai polietilen atau sekurangnya terjadi kompetisi antara reaksi pembentukan ikatan silang antar polietilen dengan reaksi pengikatan silang Santowhite pada rantai polietilen. Hasil pengukuran tegangan putus (Tb) dati polietilen yang mengandung berbagai konsentrasi Santowhite ditunjukan pada garnbar 2. Sebagaimana dapat dilihat pada gambar, tanpa antioksidan atau dengan penarnbahan antioksidan tegangan putus meningkat dengan meningkatnya dosis radiasi. Hal ini sesuai dengan fenomena bahwa kenaikan dosis menyebabkan kenaikan ikatan silang, dengan demikian dapat disimpulkan bertarnbah tinggi fraksi padatan akan didapat tegangan putus yang semakin baik, akan tetapi dengan penarnbahan antioksidan akan menurunkan tegangan putus pada dosis yang sarna. Hasil pengujian tegangan putus dati penelitian ini masih berada diatas batas minimal dati standart ASTM yang besamya 127 kg/ cm2. Hasil uji pengusangan ( ageing) ditunjukkan pada Tabel I. dalam hal ini sampel dimasukan dalam Gear oven selama 168 jam pada C kemudian diukur tegangan dad perpanjangan putusnya. Selanjutnya dapat dilihat pada Tabel I, semua film LDPE tanpa antioksidan tidak dapat diukur tegangan putusnya pada semua dosis iradiasi. Bahkan juga tidak untuk film LDPE yang mengandung 0, I % antioksidan. Hanya film LDPE iradiasi yang mengandung antioksidan lebih besar 241

3 Prosid;nJ! Pertemuan Ilmiah Sa;ns Mater; SSN dari 0,2% dan dosis iradiasi lebih besar dari 200 kgy yang dapat memberi harga tegangan putus. Dengan demikian kandungan antioksidan yang tahan radiasi menjadi penting dan effisien untuk uji pengusangan. Antioksidan Irganox Fraksi padatan.pengaruh antioksidan Irganox pada pembentukan fraksi padatan ditunjukan pada gambar 3 clan 4. Fraksi padatan XLOPE menurun dengan dengan meningkatnya penambahan antioksidan pada setiap dosis iradiasi, dosis iradiasi yang memenuhi standar ASTM mengenai fraksi padatan ( > 70 %) adalah pada dosis 300 kgy. Hasil pengukuran tegangan putus (Tb) clan perpanjangan putus (Eb) dari XLOPE yang mengandung berbagai konsentrasi Irganox 1010 clan 1076 sebelum pengusangan clan sesudah pengusangan ditunjukkan pada Tabel 2 clan 3. Sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 2 clan Tabel 3 tegangan putus (Tb) meningkat dengan kenaikan dosis radiasi. Hal ini sesuai dengan fenomena bertambah tinggi kadar ikatan silang akan didapat tegangan putus semakin baik. Hasil uji pengusangan juga ditunjukkan pada Tabel 2 clan 3.Hanya film XLOPE yang mengandung Irganox 1010 clan 1076 sebesar lebih dari 0,2 % dengan dosis radiasi lebih besar dari 200 kgy yang masih memberikan nilai tegangan putus (Tb). Oosis dibawah 200 kgy semua sampel melebur, ini mungkin dikarenakan belum terbentuknya sera sempuma struktur jaringan tiga dimensi dari polietilen, sehingga berubah bentuk fisiknya akibat pemanasan yang lama. Pada uji pengusangan yang datanya dapat dilihat pada tabel 1,2 clan 3, menunjukkan bahwa hasil yang diperoleh pada penambahan zat antioksidan Irganox 1076 clan Irganox 1010 lebih baik dibandingkan dengan penambahan zat anti oksidan Santowhite powder. Hal ini memberikan kesimpulan bahwa penambahan zat antioksidan terbaik adalah sebesar 0,2 % dengan urutan Irganox 1076 lebih baik dari Irganox 1010 clan Santowhite. Pada tabel 4 clan 5. menunjukan nilai perpanjangan putus dari film XLOPE yang mengandung berbagai konsentrasi Irganox. Dapat dilihat bahwa harga perpanjangan putus (Eb) menu run dengan kenaikan dosis radiasi.hal ini disebabkan karena sifat kekakuan (st{ffness) meningkat akibat pengikatan silang. KESIMPULAN Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa penambahan antioksidan optimal adalah sebanyak 0,2 % dengan dosis iradiasi 300 kgy dan antioksidan yang baik untuk polietilen (LDPE) dengan urutan sebagai berikut : lrganox 1076 lebih baik dibandingkan Irganox 1010 dan Santowhite powder. UCAP AN TERIMA KASm Penulis menyarnpaikan upan terima kasih kepada Bilter Sinaga, Dewi S.P., dad rekanrekan yang telah membantu terlaksananya penelitian ini, dad penelitian ini telah dibiayai oleh RUT I sehingga terlaksana dengan baik. DAFT AR PUST AKA. [1]. MARK HERMAN F., Encylopedia of polymer Science and Technology, Vol 2, John Wiley, (1965). [2],, SCABEL W.,Polymer Degradation,Principles and Practil Applition,( 1981). [3] Annual Book of ASTM Stand art, Philedelphia Amerin Society Testing & Material,(1984). [4]. DOLE MALCOLM DAN PATEL VM., Rod Phys. Chern.. Vol 9, (1977), [5] WIEDENMANN, Radial. Phys. Chern (1977), Vol 9, [6] COOPER DANIEL T., Radiation Processing, International Science and Technology,( 1969). 242

4 Keterangan: Pros;d;nf! Pertemuan I/m;ahSa;ns Mater; 1997 ISSN LAMPIRAN Perkembangan antioksi clan dimulai pada akhir abad sembilan belas, dimana Semon clan Duffraise mengembangkan antioksidan untuk karet. Antioksidan umumnya molekul polar. Antioksidan mempunyai kelarutan yang sangat rendah dalam polietilen pada suhu dibawah 80 C clan sebagian akan teraktiflkasi selama proses radiasi. Banyak para ahli kimia memperkirakan mekanisme kerja antioksidan, diantaranya postulat Shelton seperti berikut.<) (6) (7) (8) (9) (10) RO2 A" Ao 2Ao 2RO2 Transfer +AH +RH Terminasi + RO2 rantai produk..produk...produk ROOH + A" AH +R stabil stabil stabil Inisiasi (1) (2) (3) (4) (5) RH + O2 R. + H02. AH + O2 A. + H2O ROOH RO.,R02, HO. c Co II) L. Propagasi a RO2" ROOH + R' RH = AH = A. = RO2. = ROOH = I I I I I I I Oasis radiasi (kgy) molekul polimer antioksidan radikal antioksidan radikal polimer peroksida polimer peroksida 0 santow hite 0.0 % santowhite 0.1 % 0 santow hite 0.2 % santow hite 0.3 % santow hite 0.4 % santow hite 0.5 % Gambar 1. Pengaruh penambahan antioksidan santowhite terhadap fraksi padatan dengan variasi dosis. 243

5 , Pros;d;nJ! Pertemuan Ilm;ah Sa;ns Mater; 1997 ISSN 141Q u 250 (:? 200 (/) j I 150 j no I I I I I I I DOSIS RADIASI ( kgy ) Gambar 2. Pengaruh penambahan antioksidan santowhite terhadap tegangan putus dengan variasi dosis 80 z«60 0 irganox 1010,0.0 % f «a. 40 b irganox 1010,0.2 % 0 irganox 1010,0.5 % 0 irganox 1010, 1,0 % Ci5 u DOSIS RADIASI (kgy) Gambar 3. Pengaruh penambahan antioksidan Irganox 1010 terhadap fraksi padatan dengan variasi dosis Irganox 1076, 0.0 % z I C a irganox 1076,0.2 % Irganox 1076,0.5 % irganox 1076,1.0 % U) a: 20 II. 0.,I I I I I I I DOSIS RADIASI (kgy) Gambar 4. Pengaruh penambahan antioksidan Irganox 1076 terhadap fraksi padatan dengan variasidosis 21111

6 Pros;d;nJ! Pertemuan J/m;ah Sa;ns Mater; 1997 ISSN Tabell. Pengaruh penambahan antioksidan dad Santowhite terhada tegangan putus dengan variasi dosis setelah pengusangan selama 168 jam. Tabel 2. Tegangan putus dari film polietilen (XLDPE) iradiasi yang mengandung berbagai Konsentrasi Irganox Tabel 3. Tegangan putus dari film polietilen (XLDPE) iradiasi yang mengandung berbagai konsentrasi Irganox Tabel4. Perpanjangan putus (Eb) dari film XLDPE iradiasi yang mengandung berbagai konsentrasi Irganox Tabel5. Perpanjangan putus (Eb) dari film XLDPE iradiasi yang mengandung berbagai konsentrasi Irganox