2.2. Interpenetrasi Jaringan Polimer
2.2.1. Klasifikasi IPN
2.2.1.1. Berdasarkan Ikatan Kimia
Berdasarkan ikatan kimia interpenetrasi jaringan polimer (IPN) terbagi atas dua yaitu ikatan kovalen berupa Semi IPN dan ikatan non kovalen terdiri dari Semi IPN dan Full IPN.
- Kovalen Semi IPN : kovalen Semi IPN mengandung dua sistem polimer terpisah yang terikat silang untuk membentuk jaringan polimer tunggal. - Non-kovalen Semi IPN : non-kovalen Semi IPN hanya mengandung satu
sistem polimer yang terikat silang.
- Non-kovalen Full IPN : non-kovalen full IPN terdiri dari dua polimer yang terpisah dan terikat silang secara mandiri.
Gambar Klasifikasi IPN berdasarkan ikatan kimia dapat dilihat pada Gambar 2.2. berikut ini :
(a) (b) (c)
Gambar 2.2. (a) non-kovalen semi IPN, (b) kovalen semi IPN, (c) non-kovalen full IPN (Kumar et al. 2013).
2.2.1.2. Berdasarkan Pola
- Novel IPN yaitu polimer yang terdiri dari dua atau lebih jaringan polimer yang sebagian molekulnya bertautan tetapi salah satunya tidak terikat secara kovalen dan tidak dapat dipisahkan kecuali jika ikatan kimianya patah.
- Sequential IPN ( IPN berurutan) pada IPN jenis ini komponen polimer jaringan kedua dipolimerisasi terlebih dahulu kemudian dilanjutkan dengan polimerisasi komponen polimer jaringan pertama.
- Simultaneous IPN ( IPN Serentak ) dipreparasi melalui proses dimana kedua komponen polimer jaringan dipolimerisasi secara bersamaan.
- Semi IPN terjadi apabila hanya salah satu komponen saja yang terikat silang dan meninggalkan yang lain dalam bentuk linear (Kumar et al. 2013)
2.3. Komposit
Komposit adalah material yang dibentuk oleh kombinasi dari dua atau lebih komponen yang berbeda (Bhatnagar, 2004).
Pada umumnya komposit tersusun atas dua komponen material yaitu material matrik dan subastrat (reinforcment) ataupun penguat, kedua bagian material ini saling berhubungan antara satu dengan yang lainnya berdasarkan atas fungsi masing-masing bagian tersebut. Substrat ataupun bahan pengisi berfungsi memperkuat matrik karena pada umumnya substrat jauh lebih kuat dari pada matrik dan nantinya akan memperkuat pembentukan bahan dengan mempengaruhi sifat fisik dan mekanik bahan yang terbentuk. Sedangkan matrik polimer berfungsi sebagai pelindung substrat dari pada efek lingkungan dan kerusakan akibat adanya benturan (Arif, 2008).
2.4. Karet Sintetis
Karet sintetis sebagian besar dibuat dengan mengandalkan bahan baku minyak bumi. Berdasarkan pemanfaatannya, ada dua macam karet sintetis yaitu karet sintetis yang digunakan secara umum dan karet sintetis yang digunakan secara khusus. Jenis karet sintetis untuk keperluan khusus karena memiliki sifat yang khusus yang tidak dimiliki karet sintetis jenis umum, seperti ketahanan terhadap minyak, oksidasi, panas atau suhu tinggi, serta kedap terhadap gas.
Ada beberapa alasan yang melatar belakangi diproduksinya karet sintetis:
1. Untuk mencapai kemandirian dalam membentuk produk yang sampai sekarang hanya didapat dari produk alam
2. Untuk memenuhi permintaan yang semakin besar
3. Untuk memperoleh sifat karet yang tidak dimiliki oleh produk alam, seperti ketahanan menggembung dalam minyak, ketahanan terhadap temperatur ekstrim dan ketahanan terhadap pengaruh buruk ozon (Blackley, 1983).
Mengenai alasan yang pertama berkaitan dengan kenyataan bahwa karet sintetik merupakan produk yang patut diciptakan, dimana keberadaan karet sintetis ini dapat meningkatkan keuntungan baik di bidang politik maupun ekonomi. Mengenai alasan yang kedua berkaitan dengan pengembangan industri karet yang sangat dekat dengan industri transportasi dimana diperkuat oleh mesin pembakaran internal yang kemungkinan membutuhkan bantuan karet sintetis. Mengenai alasan ketiga kekurangan dari karet alam dalam aplikasinya dalam keperluan alat-alat yang bersifat elastis yang berasal dari karet alam, mampu ditutupi dengan adanya karet sintetis. Meskipun permintaan karet alam memiliki sifat lebih baik untuk ban, karet sintetis ini menjadi meningkat kepentingannya misalnya untuk industri pesawat terbang (Blackley, 1983).
2.5. Karet EPDM
Karet etilen propilen monomer EPM diperkenalkan di United State dalam jumlah yang terbatas pada tahun 1962. Ada dua jenis karet etilen propilen, EPM dan EPDM. Desain dari EPM meliputi kopolimer sederhana dari etilen dan propilen (“E” untuk etilena, “P” untuk propilena, dan “P” untuk polimetilena (- (CH2)x -) jenis tulang belakang. Pada kasus EPDM, “D” adalah komonomer ketiga, suatu diena, yaitu molekul tak jenuh dalam molekul EPDM. EPDM adalah struktur tak jenuh EPM. Ketidakjenuhan ini ditandai dengan kopolimerisasi etilena dan propilena dengan komonomer ketiga, yaitu suatu diena nonkonjugasi. Diena terstruktur hanya pada satu ikatan rangkap yang akan terpolimerisasi dan ikatan rangkap tak bereaksi berperan sebagai sisi untuk ikat-silang sulfur (Morton, 1987).
Struktur karet sintetis EPDM dapat dilihat pada Gambar 2.3. di bawah ini : C C H H C C H H H H H CH3 C C H H HC CH2 CH H2C C C CH3 x y z n Gambar 2.3. Struktur Karet Sintetis EPDM (Batiuk, 1976).
Polimer EPDM memiliki berat molekul yang tinggi dan merupakan elastromer padat. EPDM memiliki nilai viskositas larutan encer (Dilute Solution Viscosity/DSV) 1,6 – 2,5, yang diukur dengan 0,2 g EPDM per desiliter toluena pada temperatur 25ºC. Karet EPDM memiliki nilai kekuatan tarik kira-kira 800- 1800 psi (sekitar 5,51-12,40 MPa) dan kemuluran sebesar 600% (Batiuk, 1976).
2.6. Poliuretan
Gugus isosianat,-NCO merupakan gugus yang sangat reaktif dan dapat membentuk uretan dengan alkohol. Reaksi gugus isosianat dengan alkohol dapat dilihat pada Gambar 2.4. berikut ini :
R.NCO + R'OH R.NH.COO.R'
Jika diisosianat atau poliisosianat bereaksi dengan diol atau polidiol (senyawa polihidrat), akan terjadi poliuretan. Reaksi diisosianat dengan polidiol dapat dilihat pada Gambar 2.5. di bawah ini :
OCN
R
NCO
+ OH
R'
OH
OCN R NH CO O R' OHBereaksi dengan monomer-
monomer berikutnya
CO NH CO O R' O
Gambar 2.5. Reaksi Diisosianat dengan Polidiol Membentuk Poliuretan (Cowd,1991)
Seperti poliamida, poliuretan dapat mengalami ikatan hidrogen. Upaya pertama untuk membuat poliuretan niaga dialkukan oleh Bayer di Jerman yang membuat polimer dari heksana-1,6- diisosianat ( heksametila diiosianat) dari buatana -1,4- diol (-1,4-butandiol). Kesatuan berulangnya mempunyai struktur seperti gambar 2.6 berikut ini :
O
C N (CH2)6 N C (CH2)4 O
H H O
Gambar reaksi antara gugus isosianat dengan alkohol dapat dilihat pada Gambar 2.7. di bawah ini :
N C O + OH R1 R2 R1 N H C O O R2
Gambar 2.7. Reaksi isosianat dengan alkohol membentuk Uretan (Cheremisinoff et al. 1989)
Jika gugus isosianat bereaksi dengan air akan membentuk asam karbanat seperti terlihat pada gambar 2.8. berikut ini :
N R1 C O + O H H N R1 H C O O H
Gambar 2.8. Reaksi Isosianat dengan air akan membentuk asam karbanat (Cheremisinoff et al. 1989)
Ketika isosianat bereaksi dengan air akan membentuk asam karbanat akan membentuk asam karbanat yang tidak stabil yang kemudian akan terdekomposisi amin dan karbon dioksida sesuai dengan Gambar 2.9. berikut ini :
R1 N H C O O H R1 N H H + O C O
Gambar 2.9. adalah asam karbanat yang terdekomposisi membentuk amin dan karbon dioksida (Cheremisinoff et al. 1989).
Kemudian, ketika suatu isosianat bereaksi dengan suatu amin akan membentuk urea seperti terlihat pada Gambar 2.10. berikut ini :
N C O R1 + N R2 H H N R1 H C O N H R2 Gambar 2.10. Reaksi isosianat dengan amin akan membentuk urea (Cheremisinoff et al. 1989).
Pada umumnya semua pelarut yang dibeli dipasaran mengandung sedikit oksigen dan air yang diabsorbsi dari udara selama penyimpanan. Keberadaan oksigen dan air ini tidak diiginkan dalam reaksi-reaksi yang melibatkan zat-zat yang peka udara dan air, oleh karena itu pelarut yang digunakan harus bebas udara dan air. Maka pelarut tersebut dapat dihilangkan dengan mengalirkan gas nitrogen (bubbling) kedalam pelarutnya, selama beberapa waktu ( misalnya 5 - 10) menit (Sembiring, 2007)
2.7. Serat
Serat merupakan bahan yang kuat, kaku, getas. Karena serat yang terutama menahan gaya luar, ada dua hal yang membuat serat menahan gaya yaitu : perekatan (bonding) antara serat dan matriks (intervarsial bonding) sangat baik dan kuat sehingga tidak mudah lepas dari matriks (debonding), kelangsingan (aspec ratio) yaitu perbandingan antara panjang serat dengan diameter serat cukup besar. Serat dicirikan oleh modulus dan kekuatannya yang sangat tinggi, elongasi (daya rentang yang baik ), stabilitas panas yang baik, kemampuan untuk diubah menjadi filamen – filamen dan sejumlah sifat – sifat lain yang bergantung pada pemakaian (Stevens, 2001)
2.7.1. Serat Sebagai Penguat
Secara umum dapat dikatakan bahwa fungsi serat adalah sebagai penguat bahan untuk memperkuat komposit sehingga sifat mekaniknya lebih kaku, tangguh dan lebih kokoh dibandingkan dengan tanpa serat penguat, selain itu serat juga menghemat penggunaan resin. Dalam penggabungan antara serat dan resin, serat akan berfungsi sebagai penguat (reinforcement) yang biasanya mempunyai kekuatan dan kekakuan tinggi, sedangkan resin berfungsi sebagai perekat atau matrik untuk menjaga posisi serat, mentransmisikan gaya geser dan juga berfungsi sebagai pelapis serat. Matriks biasanya mempunyai kekuatan relatif rendah tetapi ulet, karena itu serat secara dominan akan menentukan kekuatan dan kekakuan komposit. Sifat mekanik komposit sangat dipengaruhi oleh orientasi seratnya, komposit bisa bersifat quasi-isotropic ketika digunakan serat pendek yang diorientasikan secara acak, anisotropic ketika digunakan serat panjang yang diorientasikan pada beberapa arah, atau orthotropic ketika digunakan serat panjang yang diorientasikan terutama pada arah yang saling tegak lurus. Kekuatan komposit sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti jenis, geometri, arah, distribusi, dan kandungan serat (Jamasri, 2008).