BAB 2 STUDI PUSTAKA
2.1 Termoplastik Elastomer ( TPE).
2.1.1. Sifat-Sifat Polipropilena.
Polipropilena adalah satu polimer hidrokarbon linier atau tidak jenuh. PP dan PE memilki banyak persamaan dalam sifat- sifat nya, terutama sekali dalam penggelembungan, sifat elektrik dan sifat-sifat kelarutanya . Kendati banyak persamaan antara PP dan PE kehadiran dari satu kelompok metil dihubungkan ke atom karbon sebagai alternatif terhadap rantai backbone yang bisa mengubah sifat dari polimer dalam beberapa cara (Brydson, 1989). PP adalah semikristal di alam, morfologinya tergantung terhadap crystallinity rantai. Pengaruh kelompok metil signifikan,hal ini bisa mendorong ke arah produk. Berbeda tacticity, mulai dari seluruhnya struktur isotactic dan syndiotactic pada molekul atactic. Isotactic membentuk paling umum karena kelompok metil semua ditempatkan terhadap satu sisi dari molekul. Polimer isotactic adalah kaku, titik-lebur adalah 165ºC, pada polimer isotactic semakin besar crystallinity maka semakin besar pengurangan titik, kekakuan, kekuatan-tarik, modulus dan kekerasan, semua fitur struktur lain tetap sama. Di syndiotactic yang dibentuk, mengubah sisi rantai utama, sementara rantai atactic tidak mempunyai penempatan konsisten yang apapun kelompok metil. Monomer-monomer yang menyusun rantai polipropilena adalah propilena yang diperoleh dari pemurnian minyak bumi. Propilena, merupakan senyawa vinil yang memiliki struktur : CH2 = CH – CH3
Gambar 2.5. Struktur Kimia Polipropilena
Secara industri polimerisasi polipropilena dilakukan dengan menggunakan katalisasi koordinasi. Proses polimerisasi ini akan menghasilkan suatu rantai linear yang terbentuk -A-A-A-A- dengan A merupakan propilena. Struktur tiga dimensi dari propilena dapat terjadi dalam tiga bentuk yang berbeda berdasarkan posisi relatif dari gugus metil satu sama lain di dalam rantai polimernya. Pada prinsipnya ketiga struktur polipropilena tersebut berbeda satu dengan yang lain secara kimiawi, Gambar 2.6 memperlihatkan struktur dari PP bagan isotactic,
syndiotactic dan atactic PP , berturut-turut. Ketiga struktur tersebut disebut polipropilena isotaktis, ataktis dan sindiotaktis. Versi struktur yang umum digunakan adalah polipropilena isotaktis, (Sperling,LH, 2006),
Gambar 2.6 Rantai polipropilena , a) atactic ,b) isotactic , b) Syndiotactic . a.Polipropilena Isotaktis.
Beberapa rantai polipropilena isotaktis terlihat seperti gambar berikut:
Gambar 2.7. Rantai polipropilena Isotaktis.
Pada struktur ini, gugus CH3 tertata dengan tatanan yang sangat beraturan sehingga memungkinkan rantai-rantai untuk saling berdekatan satu sama lain sehingga memaksimalkan jumlah ikatan Van der Waals diantara rantai-rantai tersebut. Ini berarti bahwa polipropilena isotaktis cukup kuat baik sebagai benda padat maupun jika dibuat dalam bentuk serat. Struktur ini merupakan bentuk polipropilena yang paling umum, yang biasa digunakan untuk membuat wadah dan , membuat alat-alat rumah sakit, komponen mesin cuci, komponen mobil, pembungkus tekstil, botol, permadani, tali plastik, serta bahan pembuat karung. Pada umumnya kode polipropilena terdapat huruf-huruf PP di dekat simbol daur- ulang pada produk-produk tersebut seperti diperlihatkan pada Gambar 2.8.
.
Gambar. 2.8 . Contoh simbol dan aplikasi berbahan plastik jenis PP. b.Polipropilena Ataktis.
Pada polipropilena ataktis, gugus CH3
Polipropilena ataktis terbentuk sebagai sebuah produk limbah selama pembuatan polipropilena isotaktis dan kegunaannya terbatas. Sebagai contoh, polipropilena ataktis digunakan pada cat jalan, digunakan dalam material atap seperti "lembar atap", dan pada beberapa penutup atau perekat. (Sperling,LH,2006). Gambar 2.9 memperlihatkan bentuk rantai polipropilena ataktis .
diorientasikan secara acak di sepanjang rantai.Kurangnya keteraturan membuat rantai-rantai saling berdekatan satu sama lain sehingga gaya-tarik Van der Waals diantara rantai-rantai tersebut lebih lemah. Polipropilena ataktis jauh lebih halus dengan titik lebur yang lebih rendah.
Gambar 2.9. Rantai Polipropilena Ataktis.
c. Polipropilena Sindiotaktis.
Polipropilena sindiotaktis merupakan sebuah material yang relatif baru dan merupakan polipropilena lain yang rantai-rantainya tertata beraturan. Dalam strukturnya, setiap gugus CH3 diorientasikan dengan cara yang sama, hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.10 . Adanya keteraturan ini berarti bahwa rantai- rantai bisa saling berdekatan, dan gaya tarik Van der Waals akan cukup kuat.
Gambar 2.10. Rantai Polipropilena Sindiotaktis.
Akan tetapi, gaya tarik tidak sama kuatnya dengan yang terdapat pada polipropilena isotaktis. Ini menjadikan polipropilena sindiotaktis lebih halus dan memiliki titik lebur yang lebih rendah. Karena polipropilena sindiotaktis relatif baru, kegunaannya masih terus berkembang - sebagai contoh, digunakan dalam lapisan plastik tipis untuk membungkus makanan. Ada juga yang digunakan dalam bidang kedokteran - misalnya, dalam tabung-tabung kedokteran dan untuk tas-tas dan kantong obat. Masih banyak kegunaan potensial lainnya - baik secara sendiri, maupun dalam bentuk campuran dengan polipropilena isotaktis. Tabel 2.2 memperlihatkan hasil karakterisasi polipropilena , sedangkan Tabel 2.3 menunjukkan sifat sifat homopolimer polipropilena .
Tabel 2.2. Karakterisasi Polipropilena.
Deskripsi Polipropilena
Densitas pada suhu 200C (gr/cm3) 0,90
Suhu melunak (0C) 149
Titik lebur (0C) 170
Kristalitas (%) 60-70
Indeks fluiditas 0,2-2,5
Modulus elasitas (kg/cm2) 11000-13000 Tahanan volumetrik (Ohm/cm2) 10 Konstanta dielektrik (60-10 17 8 2,3 cycles) Permeabilitas gas - Nitrogen 4,4 Oksigen 23 Gas Karbon 92 Uap air 600
Tabel 2.3. Metoda Pengujian dan Sifat-sifat Homopolymer PP.
Property ASTM Extrusion, Sheet Profiles General Purpose, Injection Molding Injection Molding, Thin Complex Parts Melt flow g/10 min 1238 L 0.4 0.8 4 12 35
Density g/cm3 D792-2 0.902 0.903 0.903 0.903 0.902 Tensil Strength MPa D638 37 35 35 34.8 33.2 Elongation % D638 13.5 13 12 11 12 Notched Izod Impact At 230 D256A C,J/m 161 133 1724 1793 1470 Flexure modulus 1% secant,MPa D790B 1655 1666 42.7 37.3 32
Polipropilena mempunyai masa jenis rendah (0.90g/cm³) , memiliki titik leleh tinggi 1700 C, sifat sangat kaku; berat jenis rendah; tahan terhadap bahan kimia, asam, basa, tahan terhadap panas, dan tidak mudah retak.
2.3. KARET.
Karet alam berasal dari tanaman Hevea Brasilliensis. Karet alam merupakan senyawa hidrokarbon yang mengandung atom karbon (C) dan atom hidrogen (H) dan merupakan senyawa polimer dengan isoprena sebagai monomernya. Rumus empiris karet alam adalah (C5 H 8)n , diperlihatkan pada Gambar 2.11. Dengan perbandingan atom-atom karbon dan hidrogen adalah 5 : 8 dan n menunjukkan banyaknya monomer dalam rantai polimer.
Gambar 2.11 . Struktur Kimia dari Cis-1,4 Poliisoprena.
Karet atau elastomer adalah salah satu jenis polimer yang memiliki perilaku khas yaitu memiliki daerah elastis non-linear yag sangat besar. Perilaku tersebut ada kaitannya dengan struktur molekul karet yang memiliki ikatan silang (cross link) antar rantai molekul. Ikatan silang ini berfungsi sebagai ‘pengingat bentuk’ (shape memory) sehingga karet dapat kembali ke bentuk dan dimensi asalnya pada saat mengalami deformasi dalam jumlah yang sangat besar.
Sifat fisika hidrokarbon karet dipengaruhi oleh panjang dan ukuran dari rantai molekul polimer. Berat molekul (BM), panjang rantai molekul dan penampang dari suatu molekul menetukan sifat teknis seperti viskositas dan sifat fisika vulkanisat seperti tegangan putus dan perpanjangan putus. Pada umumnya semakin tinggi BM hidrokarbon karet, semakin panjang rantai molekul dan semakin tinggi tahanan terhadap aliran, dengan kata lain karetnya lebih viskous dan keras. Ikatan C-C di dalam rantai polimer karet dapat berubah sudut ikatannya karena pengaruh fisik dari luar. Molekul-molekul yang panjang di alam pada umumnya tidak lurus tetapi melingkar seperti spiral. Hal ini memberikan sifat fleksibel, dapat ditarik (pada batas-batas tertentu) atau ditekan dan sifat lentur, adapun data rata-rata berat molekul polimer diperlihatkan pada tabel 2.4 .
Tabel 2.4. Rata rata berat molekul polimer diperoleh dari mengukur viskositas, (James E. Mark, BurakErman, 2005)
Keunggulan yang dimiliki oleh karet alam antara lain adalah memiliki daya elastisitas yang tinggi (high elasticity), plastisitas yang baik sehingga
pengolahannya mudah, memiliki daya aus yang tinggi, ketahanan tusuk yang tinggi (high cut growth), ketahanan koyak (tear resistance) yang tinggi dan tidak mudah panas (low heat build up) serta mempunyai cengkeraman yang tinggi sehingga cocok untuk ban radial dan ban pesawat terbang.
Karet alam adalah salah satu bahan penting yang digunakan secara luas dalam aplikasi teknik, penggunaannya terutama disebabkan oleh kelembutan alaminya dan kemudahan pembentukannya. Bagaimanapun, bahan pengisi perlu ditambahkan dengan maksud untuk menyiasati sifat-sifat alami yang tidak dikehendaki sehingga didapat suatu produk seperti yang diinginkan. Jenis dan jumlah bahan pengisi ditentukan terutama oleh karakteristik produk yang diinginkan dan kelenturannya. Bahan pengisi adalah campuran dari berbagai material termasuk di dalamnya arang hitam (carbon black), bahan mineral seperti
montmorillonite (tanah liat), dan kalsium karbonat .
Bahan pengisi pada industri karet. Tanah liat adalah mineral murah dan telah menjadi bagian penting dalam industri karet dimana penggunaannya sebagai bahan pengisi ekonomis untuk memodifikasi penciptaan dan performa karet alami maupun karet sintetis. Ada banyak jenis tanah liat, tapi montmorillonite mempunyai catatan panjang sebagai bahan anorganik paling penting yang ditambahkan sebagai pengisi ke dalam latex (getah pohon karet) alami (Frounchi dkk., 2006; Dong dkk., 2006).
Dewasa ini, penelitian yang melibatkan senyawa organik-anorganik nanometer komposit menarik perhatian banyak peneliti. Penelitian terkait tentang hal ini dilakukan pertama sekali oleh tim riset dari Toyota (Usuki dkk., 1993) yang melakukan analisis tentang nano komposit dari polyamide 6 dengan
organophilic clay. Hasil penelitian mereka menunjukan peningkatan dalam hal
sifat mekanik dan sifat fisik produk jika dibandingkan dengan polyamide 6 dalam bentuk murninya. Penelitian-penelitian fundamental terkait polimer tanah liat nanokomposit telah dilakukan oleh beberapa peneliti. Secara umum, tiap penelitian menghasilkan suatu metode baru dalam hal pencampuran polimer dengan material pengisinya, seperti yang dilakukan oleh group Kojima (Usuki dkk., 1993) dengan metode in situ polimerisasi, atau metode pencampuran dengan menambah pelarut dan pelelehan oleh group Giannely (Krishnamoorti dan
Giannely, 1997).
Hasil yang diperoleh campuran karet alam dengan nanokomposit dari clay adalah terjadinya peningkatan yang drastis terhadap basal spacing dari matrik polimer dan menunjukkan intercalasi diantara polimer dengan pengisinya. Uji tarik juga menununjukkan peningkatan yang sangat signifikan yaitu 14.983 MPa pada karet alam menjadi 40.178 MPa pada karet alam-tanah liat nanokomposit 5%wt berat (Pocut Nurul Alam, Teuku Rihayat,2007).