20 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Polietilena (PE) Berbagai jenis termoplastik telah banyak digunakan untuk mempersiapkan termpolastik elastomer kompatibilitas tinggi. Ini termasuk polipropilen, low-density polyethylene, uv-low-density polyethylene, liniear low density polyethylene, dikloronasi polietilen, polistiren, poliamida, etilena-vinil asetat, kopolimer, dan poli metil metakrilat. (Charoen Nakason, 2006) Polietilena adalah bahan termoplastik yang transparan, berwarna putih yang mempunyai titik leleh bervariasi antara 110-137 o C. Umumnya polietilen bersifat resisten terhadap zat kimia. Pada suhu kamar, polietilena tidak larut dalam pelarut organik dan anorganik. (Billmeyer, 1994) Beberapa jenis polietilena antara lain : Low Density Polyethylene (LDPE), High Density Polyethylene (HDPE) dan Liniear Low Density Polyethylene (LLDPE). Low Density Polyethylene (LDPE) memliki struktur rantai bercabang yang tinggi dengan cabang-cabang yang panjang dan pendek. Sedangkan High Density Polyethylene (HDPE) mempunyai struktur rantai lurus, Liniear Low Density Polyethylene (LLDPE) memiliki rantai polimer yang lurus dengan rantai-rantai cabang yang pendek. a.
21 b. c. Gambar 2.1 Struktur rantai polietilena a. HDPE, b. LDPE, c. LLDPE Polietilena adalah polimer yang termasuk golongan polyolefin, dengan berat molekul rata-rata (Mw) = 50.000-30.000. (Curlee, 1991) Sifat-sifat dari polietilena sangat dipengaruhi oleh struktur rantai dan kerapatannya. LLDPE (Liniear Low Density Polietilene) merupakan suatu jenis polietilena yang paling prospektif karena kemudahan proses pembuatan dapat diproduksi dalam berbagai pembuatan yaitu proses polimerisasi menggunakan berbagai jenis katalis Zigler Natta. (Mark, 1970). Polietilena dengan densitas rendah biasanya digunakan untuk lembaran tipis pembungkus makanan, kantung-kantung plastik, jas hujan. Sedangkan untuk polietilena yang memiliki densitas tinggi, polimernya lebih keras, namun mudah dibentuk sehingga banyak dipakai sebagai alat dapur misalnya ember, panci, juga untuk pelapis kawat dan kabel. http://www.prn2.usm.my/mainsite/bulletin/kosmik/1999/kosmik12.html Campuran polimer yang mempunyai kompatibilitas pencampuaran antara komponen konstituen dari poliblend dapat dibuat dengan menggunakan kompatibilitas reaktif atau aditif yang berbeda, kompatibilitas pencampuran mempengaruhi
22 morfologi dan sifat dari poliblend. Strategi kompatibilitas pencampuran memfokuskan pada aplikasi seperti plastik daur ulang pasca-konsumen tanpa penyortiran, produksi film multi-layer, kemasan produk, serta perkembangan bahan baru berdasarkan plastik/ plastic elastomer/ campuran elastomer. (Magdy dkk, 2008) 2.2 Ban Bekas Ban merupakan bagian dari suatu kenderaan yang merupakan produk karet yang paling penting dan produksi dalam volume tinggi. Ban juga merupakan suatu bagian dan eleman terpenting pada suatu kendaraan. Lebih dari setengah karet alam dan karet sintetik didunia digunakan dalam industri ban. Perkembangan industri ban berawal dari perubahan struktur kendaraan yang terjadi secara konstan, dengan meningkatnya tenaga mesin, akselerasi yang tinggi, serta kecepatan kenderaan. Oleh karena itu, suatu perbedaan sangat terlihat antara penemuan ban pertama kali oleh Thomasen pada tahun 1845 dengan perkembangan praktikal pada tahun 1888 oleh seorang ilmuan Inggris John Dunlop, penemuan ban sintetik pertama kali pada tahun 1912 hingga produksi ban yang sangat tinggi pada saat ini (Hofmann, W., 1989). Ban saat ini secara esensial merupakan suatu komposit karet. Ban diproduksi dari beberapa komponen yang terpisah seperti tread, inelainer, beads, belds, dan lainlain serta komponen-komponen yang berbeda yang memiliki kandungan bahan pengisi yang tinggi, seperti campuran elastomer dan bermacam-macam aditif. Zat aditif ini (yang terkandung didalamnya dapat diklasifikasikan sebagai zat pemvulkanisasi, aktifator vulkanisasi dan zat pemercepat atau akselerator serta bahan pengisi (penguat,
23 semi penguat, atau bukan penguat), anti degradasi, bahan pelunak dan plastisizer, pigmen, dan bahan pewarna organik, serta zat aditif khusus. Komponen karet merupakan suatu bahan teknik yang banyak digunakan dalam industri ban, karena memiliki sifat yang fleksibel geseran serta permukaan yang baik, yang tahan abrasi yang tinggi, impermeabilitas yang baik terhadap udara. Sifat-sifat ini dapat menjamin kinerja ban dengan fungsi dan kondisi yang berbeda-beda. Teknologi kompon dan material karet cenderung mengalami proses dekomposisi katalitik secara thermal pada kompon karet ban dan karekterisasi produk (Liang, L., 2004). Ban dalam biasanya digunakan pada ban sepeda, ban sepeda motor, dan kenderaan seperti bus, atau truk berat dan traktor yang dirancang mempunyai ban dalam. Ban dalam merupakan suatu bahan yang dibentuk dari suatu material yang tak dapat tembus seperti karet sintetis yang bersifat lembut dan elastis untuk mencegah bocornya udara. Ban dalam berada didalam bagian ban luar untuk menjaga tekanan udara. Dalam hal ini, peneliti menggunakan ban luar mobil bekas. Ban bekas bersifat sangat stabil dan merupakan suatu polimer berantai panjang. Beberapa karekteristik dari ban bekas yaitu stabilitasnya dan sifatnya yang tahan lama, yang sangat menarik dan kelayakannya selama pemakaian, yang memberikan suatu perlawanan selama pemakaiannya. Faktanya adalah bahwa ban bekas merupakan suatu polimer thermoset yang berarti sulit untuk meleleh atau sulit untuk diuraikan menjadi komponen-komponen penyusunnya. Ban bekas bersifat tahan terhadap degradasi biologi (Liang, L., 2004).
24 2.3 Dikumil Peroksida C O O C Gambar 2.2 Struktur dikumil peroksida Senyawa peroksida ini dapat digunakan sebagai pembentuk radikal bebas dengan andanya energi panas yang temperaturnya sesuai dengan jenis peroksidanya. Seperti yang ditunjukkan dibawah ini dekomposisi dikumil peroksida pada suhu 160 o C. C O O C pemanasan 175 o C C O 2 + 2 C O radikal kumiloksi (2-phenylpropanoxy) Asetophenon 2 RH (substrat) 2 RH (substrat) 2 C OH + 2R 2 CH 4 + 2R phenyl 2-propanol Gambar 2.3 Reaksi dekomposisi dikumil peroksida (Thitithammawong, 2007)
25 Dari dekomposisi dikumil peroksida pada 175 o C menghasilkan sejumlah kecil produk metana, asepthon, 2 phenylpropanol, radikal metal. Kedua radikal ini sangat reaktif untuk mengabstraksi atom-atom hydrogen dari rantai polimer. (Naskar, 2004) 2.4 Divinil benzena CH=CH 2 CH=CH 2 Gambar 2.4 Struktur divinil benzena Rumus molekul divinil benzena C 10 H 10, titik didihnya 195 o C, tidak larut dalam air dan larut dalam etanol dan eter, dan memiliki titik nyala 76 o C. Ketika bereaksi bersama-sama dengan stirene, divinil benzena dapat digunakan sebagai monomer reaktif dalam resin polyester. Stiren dan divinil benzena bereaksi secara bersama-sama menghasilkan kopolimer stirene divinil benzena. Pada pabrik plastik, divinil benzena digunakan dalam industri plastik untuk mengikat silang dan memodifikasi materialmaterial dan untuk membantu proses kopolimerisasi. Dapat juga meningkatkan resistansi terhadap tekanan retak, bahan kimia, panas distorsi, kekerasan dan kekuatan. (James,W., 2005)
26 2.5 Xilena p-xylene digunakan sebagai bahan baku dalam produksi asam tereftalat dan dimetil tereftalat, baik monomer yang digunakan dalam produksi polyethylene terepthalate (PET) botol plastic dan polyester pakaian. Xilena sering digunakan sebagai pelarut karet, digunakan sebagai thinner untuk cat. No. Parameter Tabel 2.1 Sifat-sifat xilena 1. Rumus molekul C 8 H 10, C 6 H 4 ( ) 2 2. Titik Lebur -47,4 o C 3. Titik didih 138,5 o C 4. Titik Nyala 30 o C (http://www.f:/xilena.htm). 2.6 Karakterisasi Campuran Polimer Karakterisasi dilakukan untuk mengetahui dan menganalisa campuran polimer. Karakterisasi yang dilakukan menggunakan faurier transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM), uji tarik dan kandungan gel.
27 2.6.1 Analisis FT IR ( Fourier Transform Infrared Spectroscopy ) Spektroskopi infra merah merupakan metode yang sangat luas digunakan untuk karakterisasi struktur molekul polimer, karena memberikan banyak informasi. Perbandingan posisi adsorpsi dalam spectrum infra merah suatu sampel polimer dengan daerah absorpsi dalam spectrum infra merah suatu sampel polimer dengan daerah absorpsi karekteristik, menunjukkan identifikasi pada keberadaan ikatan dan gugus fungsi dalam polimer (Rabek, J.F, 1975). Sampel yang digunakan untuk analisa dapat berupa padat, cair dan gas. Metode penyiapan untuk polimer antara lain melarutkan polimer ke dalam suatu pelarut seperti karbon bisulfida, karbon tetra klorida atau kloform, pembuatan film transparan dan metode pellet Kbr. Kelebihan-kelebihan dari FT-IR mencakup persyaratan ukuran sampel yang kecil, perkembangan spektrum yang cepat, dan karena instrumen ini memiliki computer yang terdedikasi, kemampuan untuk menyimpan dan memanipulasi spektrum (Stevens, M.P., 2001). Pada saat ini spektrofotometer infra merah sering digunakan untuk keperluan analisa kuantitatif, akan tetapi sering digunakan untuk analisa kualitatif dengan spektrofotometer ultra-lembayung dan sinar tampak. Penggunaan spektrofotometer infra merah dimaksudkan untuk analisa yang lebih banyak ditujukan untuk identifikasi senyawa organik. Pada tahun 1935 beberapa perusahaan kimia telah menggunakan spektrofotometer infra merah untuk analisa kuantitatif senyawa organik. Hal ini mungkin disebabkan spektrum infra merah senyawa organik yang bersifat khas karena
28 mempunyai gugus fungsi yang berbeda-beda. Sehingga senyawa yang berbeda akan mempunyai struktur yang berbeda pula. Sistem analisa spektroskopi infra merah telah memberikan keunggulan dalam mengkarakterisasi senyawa organik dan formulasi bahan-bahan polimer. Analisa infra merah menyangkut penentuan gugus fungsi dari molekul yang memberikan regangan pada daerah serapan infra merah. Dimana daerah serapan infra merah terletak antara spectrum elektromagnetik sinar tampak dan spektrum radio yaitu 4000-400 cm -1. Ahli kimia organik pada tahun 1930 secara serius mulai memikirkan spektra infra merah sebagai salah satu yang memungkinkan untuk mengidentifikasi senyawa melalui gugus fungsinya (Silverstain, R.M., 1986). Hubungan kuantitatif antara konsentrasi (C) dan adsobsi (A) pada spektroskopi infra merah diberikan oleh persamaan Lambert Beer :.....(2.1) ε = Absorbsifitas molar L = Tebal sampel (jarak yang ditempuh sinar IR yang menembus sampel) Hubungan intensitas radiasi, absorbansi (A) didefenisikan sebagai :.(2.2) lo = Intensitas radiasi sebelum melewati sampel l = Intensitas radiasi setelah melewati sampel
29 Untuk mengukur serapan gugus dari serapan spektrum infra merah digunakan cara dasar tangen. Seperti terlihat pada gambar 2.3 dengan menggunakan metode garis AC, maka harga lo adalah panjang BE dan I = De, sehingga harga absorbansi adalah : (2.3) Hal ini dilakukan mengingat transmisi 100% tidak pernah dicapai karena adanya serapan dari medium (serapan latar belakang). Analisis infra merah memberikan informasi tentang kandungan aditif, panjang rantai, struktur polimer. Di samping itu analisis mengenai bahan polimer yang terdegradasi oksidatif dengan munculnya gugus karbonil dan pembentukan ikatan rangkap rantai polimer. Gugus lain yang menunjukkan terjadinya degradasi oksidatif adalah gugus karbonil dan karboksilat. Umumnya pita serapan polimer pada spektrum infra merah adalah adanya ikatan C/H/regangan pada daerah 2880 cm -1 s/d 2900cm -1 dan regangan dari gugus lain yang mendukung suatu analisa mineral (Hummel, D.O., 1985). 2.6.2 Skanning Elektron Mikroskopi (SEM) Skanning Elektron Mikroskopi (SEM) merupakan alat yang dapat membentuk bayangan permukaan. Struktur permukaan suatu benda uji dapat dipelajari dengan mikroskop electron pancaran karena jauh lebih mudah untuk mempelajari struktur permukaan itu secara langsung.
30 Pada dasarnya SEM menggunakan sinyal yang dihasilkan elektron dan dipantulkan atau berkas sinar elekton sekunder. SEM meggunakan prinsip skanning dengan prinsip utamanya adalah berkas elektron diarahkan pada titik-titik permukaan spesimen. Gerakan elektron diarahkan dari satu titik ke titik lain pada permukaan spesimen. Jika seberkas sinar elektron ditembakkan pada permukaaan spesimen maka sebagian dari elektron itu akan dipantulkan kembali dan sebagian lagi di teruskan. Jika permukaan spesimen tidak rata, banyak lekukan, lipatan atau lubang-lubang maka tiap bagian permukaan itu akan memantulkan elektron dengan jumlaah dan arah yang berbeda dan jika ditangkap detektor akan diteruskan ke sistem layer dan akan diperoleh gambaran yang jelas dari permukaan spesimen dalam bentuk tiga dimensi (Nur, 1997). 2.6.3 Kandungan Gel (derajat sambung silang) Penentuan derajat sambung silang dilakukan dengan menentukan kandungan gel bahan. Pelarut yang digunakan adalah xilena yang dapat melarutkan karet sintesis. Kandungan gel dalam sampel diukur dengan teknik ekstraksi. Sampel ditimbang dan selanjutnya dimasukkan dalam tabung soklet yang dibawahnya terdapat pelarut xilena yang dipanaskan pada titik didihnya selama 8 jam. Setelah proses ekstraksi selesai, sampel dikeringkan dan ditimbang kembali. Persentase kandungan gel (derajat sambung silang) dalam sampel diperoleh dengan perhitungan :
31..(2.4) Dimana, Wg = berat sampel setelah diekstraksi Wo = berat sampel sebelum ekstraksi (Halimatuddaliana, Ismail.,2008) 2.6.4 Kekuatan Tarik Sifat-sifat mekanik pada polimer dapat dinyatakan dalam beberapa parameter yaitu modulus elastisitas (modulus young), kuat tarik (tensile strengh), kuat tekan (inpact strength) dan kuat leleh (fattyque strength) untuk bahan polimer, parameter-parameter mekanik tersebut dapat diperoleh dari kurva tegangan regangan. Sifat tegangan regangan polimer sangat dipengaruhi oleh laju deformasi (laju regangan) suhu dan lingkungan adanya air, oksigen dan pelarut organik. Pada umumnya penurunan laju deformasi sama dengan laju peningkatan temperatur terhadap sifat tegangan regangan yaitu bahan menjadi lebih lunak dan lebih rapuh. Tegangan dan regangan memiliki perbedaan arti, dalam hal mekanika tegangan normal merupakan gaya tegak lurus persatuan luas sedangkan regangan merupakan hasil perpanjangan. Kekuatan tarik adalah salah satu sifat dasar dari bahan polimer. Kekuatan tarik suatu bahan didefenisikan sebagai besarnya beban maksimum (F maks ) yang digunakan untuk memutuskan spesimen bahan dibagi dengan luas penampangnya pada keadaan semula..(2.5)
32 Keterangan : σ t = kekuatan tarik bahan (Kg f /mm 2 ) F maks = Tegangan maksimum (Kg f ) A o = Luas penampang mula-mula (mm 2 ) Disamping bersama kekuatan tarik (σ t ) sifat mekanik bahan juga diamati dari sifat kemulurannya (ε) yang didefenisikan sebagai : (2.6) Keterangan : ε = Kemuluran (%) I o = Panjang spesimen mula-mula (mm) I f = Panjang spesimen setelah diberi beban (mm) (wirjosentono, 1993)