Karakterisasi Sifat Mekanik dun Termal Komposit LDPE -lrganok (Sugik So) KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK DAN TERMAL KOMPOSIT LDPE -IRGANOK Sugik S, Aloma K. K., SudirmaD dad Evy H Puslitbang Iptek Bahan(P3IB) -BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong. Tangerang 15314 ABSTRAK KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK DAN TERMAL KOMPOSIT LDPE -IRGANOK. Modifikasi sifatlow Density Poliethylene (LDPE) sebagai bahan kemasan, dengan menambahkan bahan aditif antioksidan telah dilakukan Proses pencampuran LDPE dengan antioksidan irganok 245 atau irganok 1076 dilakukan dengan metode blending dengan variasi persen berat di dalam laboplastomill pacta titik leleh LDPE 130 "C dengan kecepatan putaran 30 rpm selama 10 menit. Analisis sif'at mekanik seperti kekuatan tarik, kekuatan luluh dan perjlanjangan putus Berta analisis sif'at termal dilakukan terhadap komposit LDPE -irganok sebelum dan setelah penjemuran pacta udara terbuka selama 12 minggu. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa semakin banyak penambahan aditif irganok 245 maupun irganok 1076 dapat menurunkan sifat mekanik komposit tersebut jika dibandingkan dengan LDPE mumi, namun mampu menunjukkan sifat antioksidan dengan ditunjukkan kenaikan perpanjangan putus hingga penjemuran selama 12 minggu. Sedangkan sifat termalnya menunjukkan bahwa dengan penambahan aditifirganok 1076 ataupun irganok 245 memiliki karakteristik yang hampir sarna yaitu adanya kenaikan ketahanan termal terhadap komposit LDPE tersebut.penambahan irganok 1076 maupun irganok 245 sampai dengan 10 % akan menurunkan suhu degradasinya kurang lebih pacta suhu 400.C, jika dibandingkan dengan bahan muminya maka pacta penambahan irganok 1076-6%, menunjukkan suhu degradasi yang sarna dengan bahan muminya. Kala kunci : LDPE, irganok 245, irganok 1076, sifat mekanik ABSTRACT MECHANICAL AND THERMAL CHARACTERIZATION OF LDPE -IRGANOX COMPOSITE. Modification of Low Desity Polyetilene ( LDPE ) by added antioxidant aditif for packing materials has been done.mirfuse of LDPE with antioxsidant irganox 245 or irganox 1076 were doing by blending method into laboplastomill in varioue composition on melting point ofldpe at 130 C and rotate speed 30 rpm for 10 minutes. The mechanical properties like a tensile strength, yield strength, elongation to break and thermal analysis were measured before and after exposured by sunlight ( sunrise) until 12 weeks. The results showed the increasing of anti oxidant aditif added both irganox 245 or irganox 1076, were decresed mechanical properties of composite if it compared a pure of LOPE but able to show anti oxidant properties by increasing elongation at break compared to LOPE without additive after 12 weeks exposure in sunlight. The thermal properties showed that adding a additiflrganox 1076-6% or a additif irganox 245 their have same a characteristic and their can decrease of degradasi temperature to 400 C. If compared with a pure of LOPE, the effect of adding a additif irganox 1076-6% have same a degradation temperature to LOPE. Key words: LDPE, irganox 245, irganox 1076, mechanical properties PENDABULUAN Pada era perkembangan industri saat ini kemasan merupakan suatu kebutuhan bagi industri, untuk mengemas basil dati suatu industri baik itu industri pangan, tekstil, dad pertanian. Sifat yang hams dimiliki oleh suatu bahan pengemas diantaranya adalah tahan terhadap cuaca, benturan, dad bahan kimia.. Banyak jenis bahan pengemas yang digunakan oleh berbagai industri, diantaranya bahan plastikjenis polietilen, seperti HDPE, LDPE dad LLDPE. LDPE merupakan jenis polietilen dengan masa jenis rendah, yang memiliki sifat seperti termoplastik, tleksibel terhadap impact dad pada suhu rendah, tahan terhadap bahan kimia, praktis dad ringan. Adapun kekurangannya, seperti tidak tahan terhadap cuaca (sinar ultraviolet). Sinal ultraviolet dapat mengakibatkan degradasi yaitu suatu pemutusan ikatan dati rantai polimer tersebut dan kurang tahan terhadap pelarut organik. Untuk mengurangi permasalahan kelernahan sifat bahan LDPE tersebut maka diperlukan suatu bahan pendukung atau aditif agar dapat mengatasi kelernahan LDPE tersebut. Bahan pendukung banyak jenisnya antara lain Tinuvin, Chimasorb, dan irganok. sedangkan pada penelitian ini akan digunakan adalah irganok 1076 dan irganok 245. Pemilihan irganok sebagai aditifkarena memiliki sifat anti oksidan dan mampu meningkatkan 241
Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002 Serpong, 22-23 Oktober 2002 ISSN1411-2213 kualitas LDPE terhadap oksidasi dan ketahanan terhadap cuaca. Dalam proses pembuatannya dilakukan dengan mencampur LDPE dan irganok dengan persen berat bervariasi. LDPE dengan berat tertentu sesuai dikehendaki dimasukkan ke dalam labo plastomill pada suhu 130 C selama 3 menit, kemudian ditambahkan irganok. Selanjutnya pencampuran dilanjutkan selama 10 menit. Hasil dari pencampuran dilakukan hot pres.\' dan cold press sehingga diperoleh film berukuran 15 x 15 cmyang siap untuk dikarakterisasi. Untuk mengetahui ketahanan terhadap cuaca, maka bahan polimer LDPE dengan variasi aditif irganok 1076 maupun irganok 245 dilakukan penjemuran pada udara terbuka selama 12 minggu, kemudian dilakukan karakterisasi. Adapun karakterisasi sifat mekanik meliputi uji kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan luluh (yield strengh) dan perpanjangan putus (elongation at break) hat ini dilakukan berkaitan dengan kegunaan komposit tersebut sebagai bahan kemasan sehingga sifat mekanik tersebut berkaitan di dalam proses pengangkutan ataupun penyimpanan bahan nantinya.untuk uji mekanik tersebut dilakukan dengan alat Toyoseiki ASTM 412, sedangkan untuk uji termalnya menggunakan DTA (Differential Thermal.4nalyzer) ditujukan untuk mengetahui karakteristik terrna1 dari pengaruh penambahan aditif terhadap LD PE dan interaksi komposit tersebut terhadap sinar ultra violet. BAHAN Bahan bahan yang digunakan diantaranya LDPE, irganok 1076, irganok 245. Sedangkan peralatan yang digunakan diantaranya labo plastomill, alat Toyoseiki ASTM 412 dan Alat DTA (Differiential Thermal Analyzer) -SETARAM serta alat bantu yang lain CARA KERJA Pembuatan komposit dilakukan dengan cara menimbang berat carnpuran LDPE dan irganok berkisar 40-50 gram berat keseluruhan, disesuaikan dengan % berat variasi yang diinginkan. Kemudian dimasukkan ke dalam tabu plastomill dengan kecepatan pengadukan 30 rpm, suhu 130 C selarna 10 menit. Hasil pencampuran dibuat bentuk lembaran dengan alat tekan hidrolik pacta tekanan 150 kgicm2 kemudian di"buat dalarn bentuk dumbell untuk dilakukan uji mekanik (ten.\'ile strength, yield strength, elongation alat Toyoseiki at break) dengan Pengujian termal dilakukan dengan alat DT A, sam~l yang digunakan kira -kira berat 10 fig, kemudian dipanaskan sampai suhu 500 C dengan kecepatan kenaikan suhu 20 C per menit. BASIL DAN PEMBABASAN Penambahan aditif terhadap suatu polimer bertujuan untuk memperbaiki sifat polimer, dalam hal ini LDPE memiliki suatu kelemahan kurang tahan terhadap pengaruh cuaca khususnya panas, hujan, ataupun ultra violet. Oleh sebab itu dengan penambahan irganok 245 dan irganok 1076 dalam kadar tertentu diharapkan dapat memperbaiki sifat LDPE khususnya ketahanannya terhadap sinar ultra violet. Tabel I dan Tabel 2 memperlihatkan basil pengujian sifat mekanik berupa kekuatan tarik, kekuatan luluh dan perpanjangan putus. Dari kedua label tersebut menunjukkan bahwa dengan penambahan aditif irganok 1076 maupun irganok 245 (lihat Tabel1 dan TabeI2), dapat menurunkan kekuatan tarik rnaupun kekuatan luluh. Hal ini disebabkan oleh adanya substitusi bahan aditif ke dalam rantai molekul polimer tersebut, yang terjadi pacta saat proses pencampuran dirnana molekul polimer mengalarni penggembungan. Dari Tabel I menunjukan bahwa penambahan irganok 1076 sebanyak 4 % berat dapat memberikan kekuatan tarik yang lebih besar dibandingkan penambahan irganok 6%, 8% dan 10 %berat. Artinya penambahan irganok 1076 dengan kandungan 4 % berat ke dalam polimer LDPE sudah dapat diaplikasikan sebagai bahan kemasan sesuai dengan kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang dimiliki. Sedangkan untuk penambahan aditifirganok 245, hasilnya menunjukkan bahwa dengan penambahan sebanyak 10 % berat dapat menurunkan kekuatan tarik polimer. Tabell. Sifat Mekanik LDPE dengan Irganok 1076 berbagai prosen berat sebekum penjemuran 242
Karakterisasi Sifat Mekanik dan Termal Komposit LDPE -lrganok (Sugik S.) Tabel 2. Sifat Mekanik penjemuran. LDPE dengan Irganok 245 berbagai prosen berat sebelum I I ~ ~-~~ -~~- Jenis Sa~el I I. LDPE murni - - i 2. LDPE + 4% Irganok 245 3. LDPE ~ + 6% Irganok 245 4. LDPE + 8% Irganok 245 I S. LD~E +.I~ Irgano~.l-- Sifat Mekanik Kekuatan tarik Kekuatan 1111 lib (kg/cm2) (kgicm1 106,4 167,8 Perpanjangan PUtlB (%) 746 97,8 125,9! --- 420 98,7 108,2 266,7 97,2 86,4 116,9 270 --- 290 Jika dibandingkan penambahan irganok 1076 dengan irganok 245 maka komposit po1imer dati hasi1 penarnbahan irganok 1076 merniliki kekuatan tarik yang 1ebih besar dibandingkan komposit po1imer dengan penambahan aditif irganok 245. Hal ini disebabkari oleh adanya perbedaan densitas antara irganok 245 1ebih besar dibandingkan dengan irganok 1076. Jika di1ihat kekuatan 1u1uh dati pengaruh penambahan irganok 245 dan irganok 1076 terhadap bahan po1imer terlihat bahwa penambahan aditif irganok 245 mempunyai kekuatan luluh yang lebih besar jika dibandingkan dengan penambahan irganok 1076. Hal ini disebabkan irganok 245 memiliki densitas yang lebih besar dibandingkan irganok 1076 sehingga memperbesar juga luas permukaannya. Jika di1ihat basil analisis termal pada Gambar I, Gambar 2 dan Gambar 3 ternyata bahwa dengan penambahan aditifterhadap polimer dapat meningkatkan kekuatan terhadap termal. Untuk penambahan irganok 245 atau irganok 1076 memi1iki karakter yang hampir sarna yaitu meningkatkan kekuatan terma1 sarnpai suhu 100 C.Hal ini dapat dilihat dati hasi1 ana1isis terma1 pada Gambar 1 atau Gambar 2, yang mana diantara suhu 100 C -150 C polimer (LDPE) mumi maupun komposit LDPE + irganok akan mengalami perubahan karena pengamh tennal yaitu mulai terjadinya pelelehan, dengan ditunjukkannya suatu puncak endotermik. Disisi lain terlihat bahwa pada suhu antara 200 C -300 C ditunjukkan adanya puncak ebotermis yang dimungkinkan mulai terjadi peiepasan panas akibat pemutusan ikatan ataupun reaksi lainya. Disamping itu pengaruh penjemuran selama 12 minggu ditunjukkan pada suhu 200 C -300 C dengan puncak yang lebih menonjol yaitu 5-10 mikrovolt jika dibandingkan dengan komposit sebelum penjemuran. Hal tersebut menunjukkan adanya sifat antioksidannya yaitu ketahanannya terhadap pengaruh dati sinal ultra violet. Untuk komposit LDPE + Irganok 1076 6% memiliki puncak ek.~o!ermis pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang lain yaitu kurang lebih pada suhu 300 or. Disamping itu dengan penambahan irganok 245 atau irganok 1076 dapat menurunkan suhu degradasi bahan polimer (LDPE) tersebut seperti yang terlihat dari Gambar I atau Gambar 2, dimana LDPE murni mulai terdegradasi suhu 450 C sedangkan komposit tersebut suhu degradasinya berkisar suhu 400 C untuk penambahan bahan aditif sampai 10 %. Tabel 3 dan Tabel4 memperlihatkan sifat mekanik dari plastik LDPE dengan berbagai persen berat irganok, Gambar 1. Karakteristik 12 minggu termal LDPE + irganok 245 setelah penjemuran 243
Prosiding Pertemuan llmiah lbnu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002 Serpong, 22-23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213 Gambar 2. Karakteristik terrnal LOPE + Irganok 1076 setelah penjemuran 12 minggu Gambar 3. Karakteristik termal LDPE + Irganok 1076/245 sebelum penjemuran yang telah rnengalami penjernuran selama 12 minggu di udara terbuka. Dari data uji rnekanik dan data uji terrnal tersebut ternyata penarnbahan aditif yang paling baik adalah dengan penarnbahan aditif irganok 1076 sebanyak 6 %berat. Dikarenakan basil uji tariknya rnerniliki kekuatan lu1uh 131,2 kg/crn2 dibandingkan dengan penarnbahan irganok 245 serta dibandingkan dengan uji rnekanik yang 1ainnya. Sedangkan karakterisasi termalnya penambahan aditif 1076 sebanyak 6 % suhu degradasinya harnpir sarna dengan LDPE rnurninya. KESIMPULAN Penambahan irganok 1076 maupun irganok 245 dapat menurunkan sifat mekaniknya yaitu terhadap ketahanan tarik dan ketahanan luluh. Penambahan aditif irganok 1076 sebanyak 6 % berat terhadap LDPE memiliki kualitas bahan yang lebih baik jika dibandingkan dengan penambahan aditif irganok 245 yaitu dengan ditunjukkannya kenaikan suat mekanik dan termalnya setelah penjemuran 12 minggu. Sifat mekanik yang ditunjukkan yaitu dengan basil uji tariknya mencapai 106,3 kgtcm2dankekuatanluluh 131,2kgtcm2 dibandingkan dengan penambahan irganok 245. Sifat termalnya yaitu ketahanannya terhadap pengamh sinar ultra violet ditunjukkan adanya puncak eksotermis pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan yang lain yaitu kurang lebih pada suhu 300 C DAFTARPUSTAKA [1]. YOESOEF SANTO, Perkembangan Tekn%gi Indu.\'tri P/astik Perma.\'a/ahannya, Assosiasi Industri Plastik Indonesia ( APINDO), (2000) 244
Karakterisasi Sifat Mekanik dan Termal Komposit LDPE -lrganok (Sugik S.) Tabel 3. SiCat Mekanik LDPE dengan irganok 1076 berbagai persen berat setelah penjemuran 12 minggu Tabel 4. Sifat Mekanik LDPE dengan irganok 245 berbagai persen beratsete1ah penjemuran 12 minggu [2]. HAMBALI BAKAR, IWAN SUGIARTO, [7]. ERNEST W FLICK, Plastic additives and [3]. Penambahan Additif untuk Plastik Pertanian, Laporan Penelitian, Jurusan Teknik Kimia, Fakulta.~ Teknologi lndustri, ITI -Serpong, (2002). Petrochemical Industries Series, Studies in Pla.\1ic Fabrication and,4pplication, Monograph no. 3 United Nation, New York, (1969) industrial Guide, Noyes Publication, Park ride, New Jersey, USA, (1986). [8). Radian Corporation Mclean, Chemicals additives for the Plastics Industry Properties. Application, Toxicologies, Noyes Data Corporation (NDC), Park Ride, New Jersey, USA, (1987). [9). CAMPBELLI, PETER, Permanent magnetic [4]. JOSEPH C SALOMONE, Polymetric Materials Material and their Application, Cambrige Encyclopedia, Editor In Chief, 8. Univercity Press, (1994). [5]. SAITO, SHINROKU DAN SURDIA, TATA, Pengetahuan Bahan Teknik. [6] FRANTA I, Elastomer and Rubber Compounding Material, Studies in polymer Sciences, Elseiver F. 245