Bab 2 Tinjauan Pustaka
2.5 Vulkanisasi
Tahun 1839, Charles Goodyear menemukan proses yang dapat memperbaiki sifat karet mentah, yaitu dengan mengubahnya menjadi karet matang sehingga memiliki sifat elastis dan lebih tahan terhadap perubahan suhu. Proses tersebut dinamakan
20
vulkanisasi. Vulkanisasi adalah suatu proses mengaplikasikan panas kepada campuran elastomer dan bahan kimia untuk menurunkan plastisitas dan meningkatkan elastisitas, kekuatan dan kemantapan. Vulkanisasi merubah molekul karet yang panjang saling mengait menjadi suatu struktur tiga dimensi melalui pembentukan ikatan silang secara kimia. Proses vulkanisasi pada kompon dipengaruhi oleh suhu dan waktu. Parameter kritis selama vulkanisasi adalah waktu yang diperlukan untuk memulai reaksi. Laju dan lamanya pembentukan proses ikat silang. Peningkatan suhu vulkanisasi akan mempersingkat waktu vulkanisasi. Sebaliknya, penurunan waktu vulkanisasi akan memperlambat waktu vulkanisasi.
Bahan pemvulkanisasi adalah bahan kimia yang dapat bereaksi dengan gugus aktif pada molekul karet untuk membentuk ikat silang antar molekul. Belerang (sulfur) adalah bahan yang pertama kali dan yang terutama digunakan untuk memvulkanisasi atau bahan pembentuk ikatan silang. Pembentukan ikat silang akan lebih cepat jika belerang dikombinasikan dengan bahan pencepat dan bahan lain. Pencepat adalah bahan kimia yang digunakan dalam bentuk sedikit bersama belerang untuk mempercepat proses vulkanisasi.
B. Makna Asli dan Perkembangan Vulkanisasi
Penemuan Goodyear tentang reaksi antara karet dan sulfur yang dihasilkan dari suatu pencampuran dari keduanya dengan tidak sengaja ditunjukkan panas tinggi pada permukaan tungku. Dari suatu eksperimen ulang, pencampuran karet dan sulfur bukanlah suatu hal yang baru ataupun suatu hal yang unik lagi bagi Goodyear, hanya penggunaan panas tinggilah yang masih merupakan hal yang baru. Pengaruh panas semata-mata adalah dasar penemuan yang dibuat oleh Goodyear yang belakangan ini
disebut proses vulkanisasi yang berkenaan dengan pengaruh panas dari pada kegunaan sulfur. Kemudian Alexander Parkes menemukan bahwa lapisan tipis karet dapat diubah dari plastis menjadi keadaan elastis oleh keadaan elastis dengan penggunaan sulfur monoklorida, dan bahwa perubahan ini dapat dikerjakan tanpa panas. Prosesnya membawa hasil yang kira-kira sama dengan vulkanisasi panas sehingga plastisitas karet berkurang, elastisitas bertambah, dan sifat-sifat fisik karet akan stabil. Proses yang dilakukan pada temperatur kamar ini disebut dengan “Vulkanisasi Dingin”, dan merupakan sebuah pengakuan bahwa panas tidak lebih dari hal yang pokok dalam vulkanisasi.
Pengertian dasar tambahan dari istilah karet dan vulkanisasi saat ini bergantung pada besarnya sifat-sifat fisik, kesamaan fisik, dan perubahan fisik, dari pada identifikasi material yang hampir terbatas. Masing-masing mewakili perkembangan istilah untuk melindungi perkembangan konsep dari pada perluasan bahasa dengan mengadopsi istilah baru untuk menemukan kebutuhan akan konsep baru. Penghapus (eraser) dikembangkan kedalam material elastis tinggi dan perlakuan panas terhadap karet yang lain atau material seperti karet supaya membuatnya kurang plastis, tetapi lebih elastis dan lebih stabil dalam reakinya terhadap temperatur dan pelarut (Polhamus,L.G.1962).
C. Vulkanisasi Sulfur
Vulkanisasi sulfur adalah sistem yang sangat populer untuk bermacam-macam karet seperti NR, IR, SBR, dan BR, dikarenakan biayanya yang murah, mudah didapat, proses dan sifat fisik yang baik, dan mampu menyesuaikan dengan bermacam-macam metode, media panas, komposisi kompon, dan temperatur.
22
Sulfur S8 dalam keadaan kristalin, terdiri dari 8 cincin. Secara termal stabil. Tetapi pada pemanasan, pembekuan cincin terjadi pad energi aktivasi 270 kJ/mol. Ujung radikal bebas yang sangat reaktif terbentuk pada saat pemutusn rantai. Radikal bebas pada ujung rantai mampu berikatan dengan bagian molekul karet.
( Pembentukan Ikatan Silang Molekul Karet dengan Menggunakan Sulfur )
S8 (ring) --- 0S (S6) S0 ---CH2—CH= =CH – CH2-- + 0S (S6) S0 ---CH—CH= =CH – CH2 S(S6) S0 --CH—CH= =CH—CH2-- + --CH2—CH= =CH—CH2— S (S6) S0 --CH—CH= =CH—CH2— S8 --CH---CH= =CH—CH2—
Sumber : Rubber Engineering ; Loganathan,K.S
Sulfur menyerang hampir secara terpisah pada atom karbon metilen. Vulkanisasi karet dengan sulfur sendiri adalah lambat dan merupakan proses yang tidak efisien. Dikarenakan energi aktivasi yang tinggi untuk pembukaan cincin sulfur, kontak yang lama pada temperatur tinggi (kira-kira 6 jam pada suhu 140 oC). Juga memerlukan jumlah sulfur yang banyak untuk membentuk ikatan silang. Tidak semua sulfur membentuk ikatan silang yang benar. Menurut Le Bras, masing masing ikatan silang memerlukan penggunaan 40-55 atom sulfur sebagaimana ditunjukkan oleh reaksi diatas. Produk vulkanisasi dengan cara ini mudah rusak oleh zat pengoksidasi dan
mempunyai kekuatan mekanik yang rendah.Proses diatas dapat ditingkatkan dengan suatu akselerator, seperti basa, merkaptan, dithiokarbamat, disulfida dan logam oksida. Ikatan sulfur dapat berupa mono-, di-, atau polisulfida.
Dengan akselerator efisiensi dari reaksi karet-sulfur dapat ditingkatkan. Energi aktivasi dari vulkanisasi menurun dari 270 kJ/mol menjadi 80-125 kJ/mol. Jumlah atom sulfur yang dibutuhkan untuk membentuk masing-masing ikatan silang berkurang dari 40-50 menjadi 10. Akselerator yang umum digunakan adalah sulphenamides dengan struktur C---S, yang akan bereaksi dengan rantai karet sebagai berikut.
(Gambar Rantai Karet dan Akselerator Sulphenamides ) C --- C H C rantai karet N S Akselerator Sulphenamida C—S
24
Aksi dasar dari akselerator adalah untuk memisahkan cincin S8 menjadi bagian yang lebih kecil yang dapat bereaksi dengan karet menghasilkan ikatan silang yang lebih kecil.
Masing-masing akselerator berbeda dalam hal kemampuannya untuk mempengaruhi tingkat kematangan, efisiensi pembentukan ikatan silang, dan sifat-sifat produk hasil vulkanisasi.
Efisiensi pembentukan ikat silang meningkat dengan adanya zat yang disebut dengan aktivator, terutama zinc oksida dan asam stearat. Gabungan akselerator-akselerator seperti jenis AS---Sx---SA atau AS---Sx – Zn S – A terbentuk dimana A disebut dengan aktivator, terutama zinc oksida membentuk zinc sulfida, seperti reaksi dibawah ini :
2 RH + Sx + ZnO Rsx-1 R + ZnS + H2O 88
D. Hot-Air Oven
Hot-air oven digunakan untuk memasak komponen yang dibentuk dari kompon karet dengan ketahan yang tinggi terhadap oksidasi. Pemasakan dengan udara yang dipanaskan mempunyai dua tujuan.
Yang pertama adalah untuk melanjutkan proses pengikatan silang untuk meningkatkan sifat-sifat fisika dari kompon karet, terutama sekali ketergantungannya terhadap waktu, yang diukur sebagai tegangan relaksasi dan tekanan.
Kedua pemasakan dapat dipakai untuk pemakaian pada suhu tinggi dengan menaikkannya diatas suhu standar, asap beracun dibuang dalam cara ini dan produk mengalami perubahan yang kecil dalam dimensi, berkurang menjadi ukuran yang sebenarnya pemasakan untuk alasan selanjutnya utamanya dipraktekkan dengan kompon karet silikon dan fluorakarbon.
Jenis oven yang dipilih tergantung pada ketelitian pengendalian suhu yang diperlukan. Oven yang bergantung pada konveksi panas yang sederhana dapat memiliki suhu yang berubah kira-kira 5 oC, dengan posisi didalam oven. Suhu ini dapat meningkat kira-kira 3 oC dengan dibantu oleh kipas. Jacketed air-flow ovens, dimana udara melewati elemen pemanas diantara dinding dalam dan luar oven, dibantu oleh kipas, menaikkan suhu kira-kira 1,5 oC. Oven dengan kipas saluran udara dimana aliran udara selanjutnya ditingkatkan, memberikan kenaikan suhu kira-kira 1 oC.
Ketika asap beracun mungkin dikeluarkan dari kompon yang sedang dimasak, penting untuk menganginkan oven seacara langung pada udara terbuka sehingga menjamin asap tidak masuk lagi ke areal kerja (Loganathan,K.S.1998).
BAB 3
METODE PENELITIAN