BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Polimer
Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari unit-unit berulang sederhana. Polimer mempunyai berat molekul di atas 10.000. Bahan dengan berat molekul yang besar ini, mempunyai struktur dan sifat yang rumit disebabkan oleh jumlah atom pembentuk yang lebih besar dibandingkan senyawa yang berat atomnya rendah. Umumnya polimer dibangun oleh satuan struktur tersusun secara berulang diikat oleh gaya tarik-menarik yang disebut ikatan kovalen, dimana ikatan setiap atom dari pasangan menyumbangkan satu electron untuk membentuk sepasang electron (Surdia, 1995)
Sifat-sifat khas bahan polimer pada umumnya adalah sebagai berikut : a. Mampu cetak adalah baik.
Pada temperatur relatif rendah bahan dapat dicetak dengan penyuntikan, penekanan, ekstrusi dan seterusnya sehingga ongkos pembuatan relatif rendah dibandingkan dengan material logam dan keramik.
b. Produk ringan dan kuat.
Berat jenis polimer rendah dibandingkan dengan logam dan keramik, yaitu sekitar 1,0 – 1,7 gr/cm3
c. Sebagai isolator listrik yang baik.
yang memungkinkan membuat barang kuat dan ringan.
Banyak diantara polimer bersifat isolasi listrik yang baik. Polimer mungkin juga dibuat konduktor dengan jalan mencampurnya dengan serbuk logam, butiran karbon dan sebagainya.
d. Tahan terhadap air dan zat kimia.
e. Produk dapat dibuat sesuai dengan kebutuhan. Produk-produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung pada cara pembuatannya.
f. Umumnya bahan polimer lebih murah harganya.
g. Kurang tahan terhadap panas sehingga perlu cukup diperhatikan pada
penggunaannya.
h. Kekerasan permukaan yang sangat kurang kekerasan bahan polimer masih
jauh dibawah bahan logam dan keramik
i. Kurang tahan terhadap pelarut. Bahan polimer mudah larut dalam zat pelarut tertentu
j. Mudah termuati listrik secara elektrostatis. Kecuali beberapa bahan yang khusus dibuat agar menjadi hantaran listrik, kurang higroskopik dan dapat dimuati listrik.
k. Beberapa bahan tahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang kecil
(Surdia, 1995).
Secara garis besar, plastik dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu : plastik thermoplast dan plastik thermoset. Plastik thermoplast adalah plastik yang dapat dicetak berulang-ulang dengan adanya panas. Yang termasuk plastik thermoplast antara lain : PE, PP, PS, ABS, SAN, nylon, PET, BPT,
Polyacetal (POM), PC dll. Sedangkan plastik thermoset adalah plastik yang apabila telah mengalami kondisi tertentu tidak dapat dicetak kembali karena bangun polimernya berbentuk jaringan tiga dimensi. Yang termasuk plastik thermoset adalah : PU (Poly Urethene), UF (Urea Formaldehyde), MF (Melamine Formaldehyde), poliester, epoksi dll (Mujiarto, 2005).
2.3.1 Polimer thermoplast
Polimer thermoplast adalah polimer yang mempunyai sifat tidak tahan terhadap panas. Jika polimer jenis ini dipanaskan, maka akan menjadi lunak dan jika didinginkan akan kembali mengeras. Proses tersebut dapat terjadi berulang kali, sehingga dapat dibentuk ulang dalam berbagai bentuk melalui cetakan yang berbeda untuk mendapatkan produk polimer yang baru. Tidak seperti polimer jenis termosetting, polimer jenis ini tidak memiliki ikatan silang antara rantai polimernya, melainkan dengan struktur molekul linear atau bercabang
Polimer thermoplast memiliki sifat – sifat khusus sebagai berikut: a. Berat molekul kecil
b. Tidak tahan terhadap panas c. Jika dipanaskan akan melunak d. Jika didinginkan akan mengeras e. Mudah untuk diregangkan. f. Fleksibel.
g. Titik leleh rendah
h. Dapat dibentuk ulang (daur ulang) i. Mudah larut dalam pelarut yang sesuai j. Memiliki struktur molekul linear/bercabang.
2.3.2 Polimer thermoset
Polimer thermoset adalah polimer yang mempunyai sifat tahan terhadap panas. Jika polimer ini dipanaskan, maka tidak dapat meleleh. Sehingga tidak dapat dibentuk ulang kembali. Susunan polimer ini bersifat permanen pada bentuk cetak
pertama kali (pada saat pembuatan). Bila polimer ini rusak/pecah, maka tidak dapat disambung atau diperbaiki lagi.
Polimer thermoset memiliki ikatan – ikatan silang yang mudah dibentuk pada waktu dipanaskan. Hal ini membuat polimer menjadi kaku dan keras. Semakin banyak ikatan silang pada polimer, maka semakin kaku dan mudah patah. Bila polimer ini dipanaskan untuk kedua kalinya, maka akan menyebabkan rusak atau lepasnya ikatan silang antar rantai polimer.
Bentuk struktur ikatan silang diilustrasikan pada Gambar 2.8 berikut.
Gambar 2.8 Struktur ikatan silang polimer thermoset Sifat polimer thermoset sebagai berikut.
a. Keras dan kaku (tidak fleksibel) b. Jika dipanaskan akan mengeras
c. Tidak dapat dibentuk ulang (sukar didaur ulang) d. Tidak dapat larut dalam pelarut apapun
e. Jika dipanaskan akan meleleh f. Tahan terhadap asam basa
g. Mempunyai ikatan silang antar rantai molekul. (Haryono, 2010).
2.4 MATRIK
Material komposit terdiri dari matrik dan filler (pengisi). Matrik diartikan sebagai material pengikat antara serat atau partikel namun tidak terjadi reaksi kimia dengan bahan pengisi. Secara umum matrik berfungsi sebagai pengikat bahan pengisi, sebagai penahan dan pelindung serat dari efek lingkungan dari kerusakan
baik kerusakan secara mekanik maupun kerusakan akibat reaksi kimia, serta untuk mentransfer beban dari luar ke bahan pengisi.
Dalam penelitian ini, matrik yang digunakan adalah poliester, aspal iran dengan penetrasi 60/70 dan Styrofoam bekas.
2.4.1 Poliester
Poliester adalah resin thermoset yang berbentuk cair dengan viskositas yang relatif rendah, dengan penambahan katalis, poliester mengeras pada suhu kamar. Resin poliester banyak mengandung monomer stiren sehingga suhu deformasi termal lebih rendah dari pada resin thermoset lainnya dan ketahanan panas jangka panjang adalah kira-kira 110 – 140o
Tabel 2.1 Spesifikasi Unssaturated Polyester Resin seri Yucalac 157
C. Ketahanan dingin resin ini relatif baik. ®
Item
BQTN-EX
Satuan Nilai Tipikal Catatan
Berat jenis - 1,215 25oC
Kekerasan - 40 Barcol/GYZJ 934-1
Suhu distorsi panas oC 70
Penyerapan air % 0,188 24 jam
Suhu ruang % 0,466 7 hari
Kekuatan Fleksural Kg/mm2 9,4 -
Modulus Fleksural Kg/mm2 300 -
Daya rentang Kg/mm2 5,5 -
Modulus rentang Kg/mm2 300 -
Elongasi % 2,1 -
(Sumber : Justus, 2001 dalam nurmalita, 2010)
Pada umumnya poliester tahan terhadap asam kecuali asam pengoksida, tetapi lemah terhadap alkali. Bila dimasukkan ke dalam air mendidih dalam waktu yang lama (300 jam), bahan akan pecah dan retak-retak. Bahan ini mudah mengembang dalam pelarut, yang melarutkan polimer stiren. Kemampuan terhadap cuaca sangat baik. Tahan terhadap kelembaban dan sinar UV bila
dibiarkan di luar, tetapi sifat tembus cahaya rusak dalam beberapa tahun. Bahan ini dapat diguakan secara luas sebagai bahan komposit (Surdia, 1995).
Poliester yang digunakan dalam penelitian ini adalah poliester tak jenuh seri Yucalac 157®
2.4.2 Aspal
BQTN-EX dengan spesifikasi seperti ditampilkan dalam Tabel 2.1.
Aspal adalah material thermoplast yang secara bertahap mencair, sesuai dengan pertambahan suhu dan berlaku sebaliknya pada pengurangan suhu. Namun demikian, perilaku/respon material aspal tersebut terhadap suhu dan prinsipnya membentuk suatu spektrum/beragam, tergantung dari komposisi unsur-unsur penyusunnya.
Aspal dikenal sebagai bahan/material yang bersifat viskos atau padat, berwarna hitam atau coklat, yang mempunyai daya lekat (adhesif), mengandung bagian-bagian utama yaitu hidokarbon yang dihasilkan dari minyak bumi atau kejadian alami (aspal alam) dan terlarut dalam karbondisulfida. Aspal sendiri dihasilkan dari minyak mentah yang dipilih melalui proses destilasi minyak bumi. Proses penyulingan ini dilakukan dengan pemanasan hingga suhu 350o
Sumber aspal dari kilang minyak (refinery bitumen). Aspal yang
dihasilkan dari industri kilang minyak mentah (crude oil) dikenal sebagai residual bitumen, straight bitumen atau steam refined bitumen. Isitilah refinery bitumen
merupakan nama yang tepat dan umum digunakan. Aspal yang dihasilkan dari minyak mentah yang diperoleh melalui proses destilasi minyak bumi. (Wignall, 2003).
C dibawah tekanan atmosfir untuk memisahkan fraksi-fraksi ringan, seperti gasoline (bensin), kerosene (minyak tanah), dan gas oil.
Kandungan aspal terdiri dari senyawa asphaltenes dan maltene.
Asphaltenes merupakan campuran kompleks dari hidrokarbon, yang terdiri dari cincin aromatik kental dan senyawa heteroaromatik yang mengandung belerang, serta amina, amida, senyawa oksigen (keton, fenol atau asam karboksilat), nikel dan vanadium.
Di dalam maltene terdapat tiga komponen penyusun yaitu saturates, aromatis, dan resin. Dimana masing-masing komponen memiliki struktur dan komposisi kimia yang berbeda, dan sangat menentukan dalam sifat rheologi bitumen. Aspal merupakan senyawa yang kompleks, bahan utamanya disusun oleh hidrokarbon dan atom-atom N, S, dan O dalam jumlah yang kecil, juga beberapa logam seperti Vanadium, Ni, fe, Ca dalam bentuk garam organik dan oksidanya. Dimana unsur-unsur yang terkandung dalam bitumen adalah Karbon (82-88%), Hidrogen (8-11%), Sulfur (0-6%), Oksigen (0-1,5%), dan Nitrogen (0- 1%).
Dengan demikian maka aspal atau bitumen adalah suatu campuran cairan kental senyawa organik, berwarna hitam, lengket, larut dalam karbon disulfida, dan struktur utamanya oleh ”polisiklik aromatis hidrokarbon” yang sangat kompak (Nuryanto, A. 2008).
Secara umum jenis aspal dapat diklasifikasikan berdasarkan sumbernya, yaitu sebagai berikut :
a. Aspal alamiah merupakan aspal yang berasal dari berbagai sumber alam,
seperti pulau Trinidad dan Bermuda. Aspal dari Trinidad mengandung kira-kira 40% organik dan zat-zat anorganik yang tidak dapat larut, sedangkan yang berasal dari Bermuda mengandung kira-kira 6% zat-zat yang tidak dapat larut. Dengan pengembangan aspal minyak bumi, aspal alamiah relatif menjadi tidak penting.
b. Aspal batuan adalah endapan alamiah batu kapur atau batu pasir yang
diperpadat dengan bahan-bahan berbitumen. Aspal ini terjadi di berbagai bagian di Amerika Serikat. Aspal ini umumnya membuat permukaan jalan yang sangat tahan lama dan stabil.
c. Aspal minyak bumi pertama kali digunakan di Amerika Serikat untuk
perlakuan jalan pada tahun 1894. Bahan-bahan pengeras jalan aspal sekarang berasal dari minyak mentah domestik bermula dari ladang-ladang di Kentucky, Ohio, Meksiko, Venezuela, Colombia, dan Timur Tengah (Oglesby, 1996).
direkomendasikan untuk negara beriklim tropis seperti Indonesia, karena sifatnya yang mampu menyesuaikan terhadap fluktuasi suhu. Aspal dapat bersifat sebagai perekat, sebagai filter karna sifat yang cair pada suhu tertentu dapat mengisi rongga yang kosong dan bersifat kedap air (waterproof).
Tabel 2.2 Data Jenis Pengujian dan Persyaratan Aspal Tipe Grade 60/70
Sifat Ukuran Speesifikasi/
Penggolongan
Standart Pengujian
Densitas pada T 25oC Kg/m2 1010-1060 ASTM-D71/3289
Pentrasi pada T 25oC 0,1 mm 60/70 ASTM-D5
Titik leleh oC 49/56 ASTM-D36
Daktilitas pada T 25oC Cm Min. 100 ASTM-D113
Kerugian pmanasan % wt Max. 0,2 ASTM-D6
Penurunan pada penetrasi setelah pemanasan
% Max. 20 ASTM-D5&D6
Titik nyala oC Min. 250 ASTM-D92
Kelarutan dalam Cs2 % wt Min. 99,5 ASTM-D4
Spot Test Negatif AASHO T102
Aspal polimer adalah suatu material yang dihasilkan dari modifikasi antara polimer alam atau polimer sintetis dengan aspal. Modifikasi aspal polimer (atau biasa disingkat dengan PMA) telah dikembangkan selama beberapa dekade terakhir. Dengan sedikit penambahan bahan polimer (biasanya sekitar 2-6%) sudah dapat meningkatkan hasil ketahanan yang lebih baik terhadap deformasi, mengatasi keretakan-keretakan dan meningkatkan ketahanan usang dari kerusakan akibat umur sehingga dihasilkan pembangunan jalan lebih tahan lama serta juga dapat mengurangi biaya perawatan atau perbaikan (Hafizullah, 2011).
Penambahan bahan polimer pada aspal yang bersifat plastomer dapat meningkatkan kekuatan tinggi dalam campuran aspal polimer. Pada sisi lain, bahan yang bersifat elastomer seperti karet alam, maupun karet sintetis, dapat memberikan aspal dengan fleksibilitas dan keelastisan yang lebih baik, termasuk juga perbaikan terhadap resistensi dan ketahanan terhadap temperatur rendah. Bahan aditif aspal yang biasanya dipakai adalah material dari jenis karet, baik
karet sintetis, karet buatan, karet yang sudah diolah (dari ban bekas), atau bahan plastik.
Aspal telah digunakan selama ribuan tahun sebagai bahan waterproofing. Di Amerika Utara, aspal telah digunakan selama sekitar 150 tahun sebagai bahan atap. Lebih khusus lagi, Buil-up Roofing (BUR) telah digunakan selama lebih dari 100 tahun. Bahan baru yang diperkenalkan sebagai alternatif BUR adalah produk formulasi kimia yang berbeda. Produk ini menyediakan berbagai macam pilihan yang memenuhi karakteristik kinerja yang diperlukan (Paroli, 1997)
2.4.3 Polistirena foam (Styrofoam)
Salah satu jenis Polistirena Foam/PS yang cukup populer di kalangan masyarakat produsen maupun konsumen adalah styrofoam. Styrofoam dihasilkan dari benzen dan etilen (Surdia, 1995). Styrofoam dibuat dari monomer stirena melalui polimerisasi suspensi pada tekanan dan suhu tertentu, selanjutnya dilakukan pemanasan untuk melunakkan resin dan menguapkan sisa blowing agent. Styrofoam merupakan bahan plastik yang memiliki sifat khusus dengan struktur yang tersusun dari butiran dengan kerapatan rendah, mempunyai bobot ringan, dan terdapat ruang antar butiran yang berisi udara yang tidak dapat menghantar panas sehingga hal ini membuatnya menjadi insulator panas yang sangat baik. Karakteristik styrofoam secara umum dapat dilihat dalam Tabel 2.3 berikut ini
Tabel 2.3 Karakteristik Styrofoam
Sifat Fisis Ukuran
Densitas 1050 kg/m3 Densitas EPS 25 – 200 kg/m Spesifikasi Gravitasi 3 1,05 Konduktivitas Listrik (s) 10-16 Konduktivitas Panas (k) S/m 0,08 W
Modulus Young (E) 3000-3600 Mpa
Styrofoam padat murni adalah sebuah plastik tak berwarna, keras dengan fleksibilitas yang terbatas yang dapat dibentuk menjadi berbagai macam produk dengan detil yang bagus. Penambahan karet pada saat polimerisasi dapat meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan kejut. Bentuk polistiren dengan sifat impak tinggi dan tangguh disebut High Impact Polystyrene (HIPS) (Smallman, 2000). Styrofoam murni yang transparan bisa dibuat menjadi beraneka warna melalui proses compounding. Styrofoam banyak dipakai dalam produk-produk elektronik sebagai casing, kabinet dan komponen-komponen lainya. Styrofoam tidak larut dalam air, alkohol, alkali, asam nonoksidising, fenol, aseton. Tetapi larut dalam etil benzen, metil isobutil keton, tetrahidrofuran, benzen, toluen, dikhlorometan, piridin (Surdia, 1995).
Dalam penelitian ini styrofoam yang digunakan adalah styrofoam bekas (limbah) dari kemasan.
Pemanfaatan limbah dapat dilakukan dengan cara mendaur ulang. Secara umum ada empat syarat agar limbah pastik dapat didaur ulang, antara lain limbah harus berbentuk tertentu sesuai kebutuhan (biji, pellet, serbuk atau pcahan), limbah harus homogen, tidak terkontaminasi serta diupayakan tidak teroksidasi (Macklin, 2009).
