BAB IV HASIL DAN ANALISA Penelitian ini dilakukan dengan beberapa pengujian untuk mengetahui pengaruh variasi jenis pelindung terhadap waktu cuaca pada plastik PP-karet. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian pemaparan cuaca (weathering test), pengamatan spesimen dengan foto makro pengujian bending, dan pengamatan dengan SEM. A. Pengujian Pemaparan Cuaca Komposit PP-karet dipaparkan pada ruangan terbuka selama 12 minggu di Stasiun Klimatologi Fakultas Pertanian UNS, Jumantono, Karanganyar. Berikut data klimatologi selama proses pemaparan cuaca berlangsung: Tabel 4. 1 Rata-rata cuaca bulanan Stasiun PUSLITBANG FP UNS Bulan Suhu Udara ( 0 C) Kelembaban Udara (%) Penyinaran (%) Rata-rata Rata-rata Rata-rata Desember 2013 26,8 82,9 76,2 Januari 2014 26,6 83,1 66,7 Februari 2014 27,5 80,4 85,4 Sumber: Stasiun PUSLITBANG FP.UNS, Jumantono, Karanganyar Tabel 4. 2 Rata-rata penguapan panci terbuka dan piche Bulan Beda Suhu Air Angin Tinggi Hujan Tinggi Penguapan ( 0 C) 0,5 m Air P Air (H) E=P+H (mm) (mm) Max Min Force (mm) Desember 2013 47,0 52,9 3,6 9,5 36,3 25,5 7587,9 Januari 2014 60,4 64,4 3,3 7,3 36,4 31,1 8434,5 Februari 2014 61,4 64,6 3,7 6,9 36,0 25,3 9105,0 Sumber: Stasiun PUSLITBANG FP.UNS, Jumantono, Karanganyar Tabel 4.1 memperlihatkan bahwa selama proses pemaparan cuaca suhu udara rata-rata tiap bulan tidak mengalami perubahan yang signifikan sehingga spesimen yang diuji menerima suhu yang hampir sama. commit 26to user
27 (c) (d) Gambar 4.1 Komposit PP-karet tanpa pe (a) minggu ke-0 (b) minggu ke-4, (c) minggu ke-8, (d) minggu ke-12 Suhu udara dipengaruhi oleh faktor kelembaban udara dan penyinaran matahari. Rata-rataa kelembaban udara tertinggi terjadi pada bulan Januari sebesar 83,1%, sedangkan penyinaran matahari tertinggi pada bulan Februari sebesar 85,4%. Semakin tinggi penyinaran matahari maka kelembaban udara akan semakin rendah. Tabel 4.2 memperlihatkan bahwa penguapan yang terjadi pada bulan Januari paling kecil sebesar 3,3 mm. Hal ini disebabkan pada bulan Januari penyinaran matahari paling rendah 66,7%. B. Pengamatan Foto Makro Popa dkk (2013) menyatakan bahwa PP mengalami penurunan parameter kekasaran setelah terjadi degradasi ultraviolet dan kekakuan akan meningkat dengan bertambahnya waktu pemaparan. Gambar 4.1 menunjukkan kondisi PP-karet tanpa pe sebelum menerima pemaparan cuaca (minggu ke-0) berwarna hitam dengan permukaan bidang rata dan halus. Pemudaran warna mulai terjadi pada minggu ke-4 dan terbentuk t celah/retakan. Retakan akan membesar hingga minggu ke-12 dan warna pada permukaan yang terkena pemaparan secara langsung akan semakin memudar. (a) (b)
28 (a) (b) (c) (d) Gambar 4.2 Komposit PP-karet pe cat minyak (a) minggu ke-0 (b) minggu ke-4, (c) minggu ke-8, (d) minggu ke-12 Cat minyak terbuat dari bahan dasar polyurethane. Penambahan acrylic pada campuran polyurethane membuat polimer tahan akan korosi (Howarth, 2000). Gambar 4.2 menunjukkan kondisi PP-karet pe cat minyak sebelum menerima pemaparan cuaca (minggu ke-0) berwarna putih mengkilap dengan permukaan halus dan rata. Perubahan warna terjadi mulai minggu ke-8 dengan warna sedikit lebih kusam. Perubahan warna pada cat minyak tidak terlalu terlihat hal ini karena polyurethane memberikan ketahanan abrasi dan stabilitas cahaya. Waterproof berbasis elastomeric (polimer) mempunyai sifat elastis yang tinggi, tahan terhadap UV, tetapi kurang kuat untuk bagian yang terkena air terus menerus. Gambar 4.3 menunjukkan kondisi PP-karet pe cat waterproof sebelum menerima pemaparan cuaca (minggu ke-0) berwarna putih. Perubahan warna terjadi mulai minggu ke-4 dengan warna sedikit lebih kusam dan timbul flek pada permukaannya. W arna semakin memudar pada minggu ke-12 dan flek sedikit lebih luas.
29 µm (a) (b) µm (c) (d) Gambar 4.3 Komposit PP-karet pe cat waterproof (a) minggu ke-0, (b) minggu ke-4, (c) minggu ke-8, (d) mingguu ke-12 Unsaturated polyester merupakan salah satu jenis polimer thermoset. Radiasi ultra violet dapat memutuskan ikatan kimia dalam polimer.. Proses ini disebut fotodegradasi yang pada akhirnya menyebabkan keretakan, pengapuran, perubahan warna, dan menurunnya sifat-sifat fisik tertentu (Aloma dkk, 2005). Gambar 4.4 menunjukkan kondisi PP-karet pe resin unsaturated polyester sebelum menerima pemaparan cuaca (minggu ke-0) berwarna putih. Perubahan warna terjadi mulai minggu ke-4 dengan warna dan timbul t flek dan void. Howarth (2000), menyatakan resin epoxy memiliki sifat adhesi, tahan bahan kimia, tahan korosi, dan fleksibilitas tetapi mempunyai kecenderungan akan menguning jika mengalami paparan ultraviolet. Gambar 4.5 menunjukkan kondisi PP-karet pe resin repoxy sebelum menerima pemaparan cuaca (minggu ke-0) berwarna putih dan permukaan licin. Perubahan warna terjadi mulai minggu ke-4 dengan warna menguning. Warna semakin mengkuning pada minggu ke-12.
30 (a) (b) (c) (d) Gambar 4.4 Komposit PP-karet pe resin unsaturated polyester (a) minggu ke-0, (b) minggu ke-4, (c) minggu ke-8, (d) minggu ke-12 (a) (b) (c) (d) Gambar 4.5 Komposit PP-karet pe resin repoxy (a) minggu ke-0, (b) minggu ke-4, (c) minggu ke-8, (d) minggu ke-12
31 C. Pengujian Bending Hasil pengujian bending pada Gambar 4.6 menunjukkan pada proses pemaparan cuaca kekuatan bending mengalami penurunan. Kekuatan bending PP-karet tanpa pemaparan (minggu ke-0) tertinggi adalah dengan unsaturated polyester sebesar 16,283 MPa dan terendah tanpa sebesar 13,504 MPa. Pada proses pemaparan selama 12 minggu kekuatan bending tertinggi adalah PP-karet dengan unsaturated polyester sebesar 11,292 MPa dan kekuatan bending terkecil adalah PP-karet tanpa pe sebesar 9,015 MPa. 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 TANPAA LAPISAN CAT MINYAK WATERPROOF UNSATURATED POLYESTER REPOXY 2.000 0.000 0 4 8 12 WAKTU PEMAPARAN (MINGGU) Gambar 4.6 Pengaruh waktu pemaparan cuaca terhadap kekuatan bending PP-karet Penurunan kekuatan bending disebabkan karena terja dinya fotodegradasi yang disebabkan paparan sinar UV selama proses pemaparan. Daya ikat antara bahan pelapis dengan PP-karet juga mempengaruhi penurunan kekuatan bending. Wang dkk (2012) menyatakan deformasi pada atas saat proses pengujian bending akan mempengaruhi dibawahnya. Kekuatan bending di bawah atas dipengaruhi oleh ketebalan, modulus elastisitas, dan tegangan sisa (Zhang dkk, 2013). Ding dkk (2010) menyatakan kekuatan bending spesimen yang diberi
32 lebih besar daripada spesimen satu lapis karena adanya tegangan sisa pada permukaan. 45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 REPOXY 0.00 4 8 12 WAKTU PEMAPARAN (MINGGU) Gambar 4.7 Pengaruh waktu pemaparan terhadap penurunan kekuatan Dalam proses pemaparan selama 12 minggu material yang stabil kekuatannya adalah material PP-karet dengan waterproof. Waterproof berbahan dasar polyurethane mempunyai sifat tahan terhadap UV. Penambahan acrylic pada campuran polyurethane membuat polimer tahan akan korosi (Howarth, 2000). Waterproof berbasis elastomeric (polimer) mempunyai sifat elastis yang tinggi, tahan terhadap UV, tetapi kurang kuat untuk bagian yang terkena air terus menerus. Komposit PP-karet dengan waterproof tanpa pemaparan mempunyai kekuatan bending sebesar 13,873 MPa dan pada minggu ke-12 kekuatan bending menjadi 10,254 MPa seperti Gambar 4.6. Hasil pengamatan SEM pada minggu ke-4, Gambar 4.8 (a) menunjukkan ikatan antara dan mulai terlepas karena waterproof tidak tahan terhadap curah hujan yang tinggi (curah hujan bulan Desember 2013 adalah 9,5 mm), hal ini yang mengakibatkan dengan waterproof pada minggu ke-4 mengalami penurunan kekuatan bending paling tinggi sekitar 19,06 % seperti pada Gambar 4.7. Bulan Januari 2014 curah hujan 7,3 mm dan bulan Februari 2014 adalah 6,9 mm, kondisi kekuatan bending PP-karet dengan waterproof stabil dengan penurunan kekuatan 27-33% seperti pada Gambar 4.7. TANPA LAPISAN CAT MINYAK WATERPROOF UNSATURATED POLYESTER
33 (a) (b) (c) Gambar 4.8 Foto SEM patahan bending PP-karet waterproof (a) minggu ke-4, (b) minggu ke-8, dan (c) minggu ke-12
34 Komposit PP akan mengalami penurunan setelah mengalami pemaparan cuaca. Popa dkk (2013) melakukan penelitian tentang pengaruh waktu pemaparan terhadap PP. Proses pemaparan cuaca buatan dengan radiasi ultraviolet menunjukkan perubahan struktur dan bentuk sehingga mempengaruhi kekuatan mekanik. Kekuatan mekanik akan menurun jika waktu pemaparan meningkat. PP sangat dipengaruhi oleh radiasi ultraviolet. Pemaparan sinar matahari secara langsung menyebabkan penurunan sifat kekuatan pada material PP. Komposit PP-karet tanpa selama proses pemaparan berlangsung mempunyai kekuatan bending terendah karena mengalami pemutusan ikatan kimia dalam polimer plastik PP. Hal ini karena adanya efek fotodegradasi pada plastik PP. Efek fotodegradasi dapat dilihat dari hasil foto SEM pada Gambar 4.9. Keretakan PP-karet semakin luas yang menyebabkan kekuatan mekanik menurun. Gambar 4.9 (a) menunjukkan sebelum proses pemaparan kondisi permukaan PP-karet terlihat rata tanpa adanya celah atau lubang. Keretakan mulai terlihat pada minggu ke-4 seperti Gambar 4.9 (b). Kekuatan mekanik semakin berkurang seiring bertambahnya waktu proses pemaparan seperti Gambar 4.9 (c) tidak hanya terjadi keretakan pada permukaan tetapi muncul sebuah lubang. Penurunan kekuatan bending mencapai 38,73% dari kondisi awal seperti Gambar 4.7. Komposit PP-karet tanpa pemaparan mempunyai kekuatan bending sebesar 13,504 MPa dan pada pemaparan minggu ke-12 kekuatan bending menurun menjadi 9,015 MPa seperti Gambar 4.6.
35 (a) (b) (c) (d) Gambar 4.9 Foto SEM permukaan PP-karet (a) minggu ke-0, (b) minggu ke-4, (c) minggu ke-8, dan (d) minggu ke-12 Cat minyak terbuat dari bahan dasar acrylyc polyurethane. Penambahan acrylic pada campuran polyurethane membuat polimer tahan akan korosi (Howarth, 2000). Gambar 4.6 menunjukkan PP-karet dengan cat minyak pada minggu ke-0 mempunyai kekuatan bending sebesar 15,815 MPa dan pada pemaparan minggu ke-12 kekuatan bending turun menjadi 10,880 MPa. Komposit PP-karet dengan cat minyak mengalami penurunan kekuatan bending sekitar 9,75% pada minggu ke-4 dan minggu ke-12 mengalami penurunan kekuatan sekitar mencapai 37,98% seperti Gambar 4.7. Hal ini terjadi karena cat minyak yang berbahan dasar polyurethane tidak tahan terhadap penyinaran yang cukup tinggi. Pada Gambar 4.10 (a) ikatan antara PP dan karet masih kuat dan cat masih melekat. Ikatan antara cat mulai terlepas pada minggu ke-8 seperti Gambar 4.10 (b) yang menyebabkan kekuatan bending menurun lebih tinggi dari minggu ke-4. Gambar 4.10 (c) memperlihatkan celah lebih lebar
36 dari minggu ke-8 karena penyinaran pada minggu ke-12 cukup tinggi sehingga menyebabkan ikatan antara dan semakin lemah. Unsaturated polyester merupakan salah satu jenis polimer thermoset yang banyak dimanfaatkan karena memiliki keseimbangan sifat mekanis, elektrik, ketahanan kimia, dan stabilitas dimensional. Kekurangan resin ini adalah menjadi getas jika diberi pembebanan suhu panas, kekuatan impak rendah, dan kekuatan puntir rendah. Komposit PP-karet dengan resin unsaturated polyester memiliki kekuatan bending tertinggi selama proses pemaparan. Komposit PP-karet dengan unsaturated polyester memiliki kekuatan bending 16,283 MPa pada minggu ke-0 dan 11,292 MPa pada minggu ke-12 seperti Gambar 4.6. Kekuatan bending dengan unsaturated polyester menurun 10,44% pada minggu ke-4 dan minggu ke-12 kekuatan bending menurun sampai 36,63 % seperti Gambar 4.7 karena pada minggu ke-12 terjadi penyinaran paling tinggi sehingga suhu permukaan akan panas. Hal ini dapat dilihat dari pengamatan SEM pada minggu ke-12 seperti Gambar 4.11 (c) unsaturated polyester terdapat banyak void dan mengalami retak di bagian dalam sedangkan ikatan antara dan mulai terlepas sehingga menyebabkan kekuatan menurun.
37 (a) celah (b) celah (c) Gambar 4.10 Foto SEM patahan bending PP-karet cat minyak (a) minggu ke-4, (b) minggu ke-8, dan (c) minggu ke-12
38 (a) (b) (c) Gambar 4..11 Foto SEM patahan bending PP-karet unsaturated polyester (a) minggu ke-4, (b) minggu ke-8, dan (c) minggu ke-12
39 Repoxy adalah hasil modifikasi bis-phenol resin epoxy. Howarth (2000), menyatakan resin epoxy memiliki sifat adhesi, tahan bahan kimia, tahan korosi, dan fleksibilitas tetapi mempunyai kecenderungan akan menguning jika mengalami paparan ultraviolet. Roylance (1978), menyatakan terjadi peningkatan degradasi khususnya bagian permukaan yang terkena langsung matahari selama 6 bulan. Kekuatan bending dan tarik mengalami penurunan. Komposit PP-karet dengan resin repoxy pada minggu ke-0 mempunyai kekuatan bending sebesar 16,107 MPa dan pada minggu ke-12 mengalami penurunan menjadi 10,780 MPa. Penurunan kekuatan sekitar 5,61% pada minggu ke-4 dan minggu ke-12 kekutan bending turun sampai 41,05% seperti Gambar 4.7. Hal ini terjadi karena pada minggu ke-12 terjadi penyinaran paling tinggi. Dari pengamatan SEM pada minggu ke-12 seperti Gambar 4.12 (c) repoxy mengalami retak pada bagian dalam sedangkan ikatan antara dan mulai lepas sehingga menyebabkan kekuatan menurun.
40 (a) (b) celah (c) Gambar 4.12 Fotoo SEM patahan bending PP-karet repoxy (a) minggu ke-4, (b) minggu ke-8, dan (c) minggu ke-12