KARAKTERISTIK MATERIAL REGRIND KOMPOSIT PP/TALCUM HASIL PROSES HOT MELT MIXING

18 

Loading.... (view fulltext now)

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Teks penuh

(1)

KARAKTERISTIK MATERIAL REGRIND KOMPOSIT PP/TALCUM

HASIL PROSES HOT MELT MIXING

Muhammad Nicko Azharry Setyabudi, Mochammad Chalid

Departemen Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus UI, Depok, 16424, Indonesia

E-mail: nickosetyabudi@gmail.com

Abstrak

Polipropilena (PP) merupakan salah satu jenis polimer termoplastik yang dibuat oleh industri polimer hulu dan digunakan dalam berbagai aplikasi. Pada penggunaannya, PP banyak ditambahkan material lain (contoh: talcum) untuk meningkatkan kualitas dan memperbaiki sifat materialnya sesuai kebutuhan. Di Indonesia, PP merupakan salah satu material yang memiliki permintaan yang besar. Namun permintaan tersebut tidak diimbangi dengan produksi yang dilakukan oleh industri polimer hulu yang ada di dalam negeri. Pada tahun 2011, Indonesia menjadi negara pengimpor produk olefin terbanyak di ASEAN. Oleh karena itu, solusi alternatif diperlukan untuk mengatasi masalah ini, salah satunya dengan menggunakan material daur ulang (regrind). Studi ini dilakukan untuk mengkaji karakteristik paduan yang terbentuk dari material regrind polipropilena-talcum (jenis komposit polipropilena yang banyak digunakan dalam industri otomotif) sehingga dapat diketahui apakah material regrind memiliki karakteristik yang tidak kalah baik dibandingkan material fresh-nya. Studi ini didukung dengan sebuah fakta bahwa material regrind polipropilena-talcum 20% memiliki titik leleh yang tidak berbeda jauh dengan temperatur leleh polipropilena (sekitar 176 oC), yaitu pada temperatur 176.4 oC. Studi ini dilakukan dengan membentuk paduan dari material regrind polipropilena-talcum 20% dan 30% dan melalui proses dry mixing dan hot melt mixing. Karakteristik yang dikaji meliputi perubahan morfologi yang terjadi akibat proses regrinding dan pencampuran material, perilaku mekanik (kekuatan tarik dan modulus elastisitas), dan perilaku termal material tersebut.

Material Characteristics of Composite PP/Talcum Regrind by Hot Melt Mixing Process Abstract

Polypropylene (PP) is a thermoplastic polymer made by the polymer industry and used in various applications. In the application, PP is added to other material (eg, talcum) to improve the quality and enhance the properties of material. In Indonesia, the PP is one of the materials that have a great demand. But the request is not matched by production undertaken by the existing polymer industry in the country. In 2011, Indonesia became a net importer of most olefin products in ASEAN. Therefore, an alternative solution is needed to solve this problem, such as using recycled materials (regrind). This study was conducted to examine the characteristics of the alloy is formed from polypropylene-talcum regrind material (polypropylene composites are widely used in the automotive industry) to know whether regrind material characteristics has significant differences compared to the fresh material. This study was supported by the fact that regrind material polypropylene-talcum 20% has a melting point which is not much different from the polypropylene melting temperature (around 176.0 °C), which is at 176.4 oC. This study was conducted to form alloys of polypropylene regrind material-talcum 20% and 30% and through the process of dry mixing and hot melt mixing. Characteristics examined include morphological changes that occur due to the regrinding and mixing materials, mechanical behavior (tensile strength and modulus of elasticity), and the thermal behavior of the material.

Keywords: changes in morphology; composite polypropylene/talcum regrind; hot melt mixing; mechanical behavior; thermal behavior.

(2)

Pendahuluan

Polipropilena (PP) merupakan salah satu jenis polimer termoplastik yang dibuat oleh industri polimer hulu dan digunakan dalam berbagai aplikasi, diantaranya pengemasan, tekstil, alat tulis, perlengkapan labolatorium, pengeras suara, komponen otomotif, dan uang kertas polimer.

Pada penggunaannya, PP banyak ditambahkan aditif bahkan material lain untuk meningkatkan kualitas dan memperbaiki sifat materialnya sesuai kebutuhan. Dalam aplikasinya, PP banyak dipadukan dengan material lain seperti talcum dan fiber. Penambahan material lain ini digunakan seperti pada aplikasi otomotif untuk meningkatkan kekuatannya.

Gambar 1. Kurva perbandingan produksi polipropilena dengan kebutuhan industri terhadap polipropilena di Indonesia selama 2010-20121

PP adalah polimer ketiga terbesar yang digunakan di dunia, setelah PE dan PVC2. Hal ini dikarenakan polipropilena memiliki sifat yang unggul dan nilai ekonomis yang cukup baik. Kebutuhan PP dalam negeri setiap tahunnya selalu meningkat. Namun kebutuhan tersebut tidak diimbangi dengan produksi yang dilakukan oleh industri polimer hulu yang ada di dalam negeri (Gambar 1)1. Permasalahan ini dapat menghambat perkembangan industri polimer terutama pada industri polimer hilir di Indonesia sehingga perlu dicari sebuah solusi untuk mengatasi hal tersebut.

Dalam komposit PP, tahap pencetakan pada proses injection molding dilakukan melalui runner. Setelah produk selesai dicetak, bagian tersebut tidak terpakai lagi dan dibuang dari produk cetakannya. Di samping itu, cacat produksi seperti flash dan produk yang tidak tercetak secara sempurna masih sering terjadi, terutama saat pengaturan proses yang belum optimal. Bagian-bagian tersebut biasanya hanya dibiarkan menjadi limbah. Jika bagian tersebut didaur ulang menjadi material yang siap pakai, maka bagian tersebut dapat

(3)

digunakan kembali menjadi bahan baku untuk produk yang sama ataupun produk komposit PP yang lainnya. Penggunaan bahan baku yang berasal dari material daur ulang tersebut dapat menjadi sebuah solusi untuk mengurangi kebutuhan PP yang sangat tinggi tersebut.

Salah satu tahapan proses daur ulang yang sering digunakan adalah regrinding. Proses ini merupakan proses daur ulang yang dilakukan dengan metode pencacahan. Limbah produk yang akan didaur ulang, terlebih dahulu dicacah dengan menggunakan mesin crusher hingga menjadi potongan-potongan kecil. Setelah itu, hasil regrinding tersebut baru dapat diolah menjadi pellet.

Berdasarkan uraian di atas, penelitian ini dilakukan untuk mengkaji apakah produk yang tidak terpakai dari komposit PP tersebut dapat didaur ulang dengan proses regrinding. Pengkajian ini perlu dilakukan untuk mengetahui karakteristik material, seperti perubahan morfologi, perilaku mekanik, dan perilaku termal, yang terbentuk melalui proses regrinding. Setelah dilakukan regrinding, pengkajian dilanjutkan dengan menguji kemungkinan dilakukan modifikasi pada material tersebut. Sehingga dari penelitian ini dapat diketahui apakah material yang didaur ulang dengan proses regrinding tersebut dapat memiliki karakteristik yang tidak kalah dibandingkan material fresh-nya.

Tinjauan Teoritis

PP merupakan polimer hidrokarbon yang merupakan salah satu dari polimer dengan jenis termoplastik yang dapat diolah pada temperatur tinggi. PP berasal dari monomer propilena yang diperoleh dari pemurnian minyak bumi. Secara bahasa, polipropilena berasal dari kata poli (banyak) dan propilena. Propilena merupakan senyawa hidrokarbon yang memiliki rumus molekul C3H6. Sehingga polipropilena dapat diartikan sebagai suatu molekul

besar dengan molekul propilena yang berulang.

PP merupakan jenis bahan baku plastik yang ringan, densitas 0,90 – 0,92, memiliki kekerasan dan kerapuhan yang paling tinggi dan bersifat kurang stabil terhadap panas dikarenakan hidrogen tersier. Penggunaan bahan filler dan aditif pada polipropilena memberikan kualitas yang lebih baik sebagai bahan baku produk polimer dan tidak rusak karena tekanan walaupun berada dalam temperatur tinggi. Kerapuhan PP dibawah 0 oC dapat dihilangkan dengan penggunaan bahan filler. Dengan bantuan filler dan aditif, akan membentuk adhesi yang baik.3

PP mempunyai nilai kekuatan tarik yang rendah, kekuatan impak yang tinggi dan ketahan yang tinggi terhadap pelarut organik. PP juga mempunyai sifat isolator yang baik,

(4)

sangat tahan terhadap air karena sedikit sekali menyerap air, dan sifat kekakuan yang tinggi. Seperti polyolefin lain, PP juga mempunyai ketahan kimia yang sangat baik seperti bahan kimia anorganik, detergen, dan alkohol. Tetapi PP dapat terdegradasi oleh zat pengoksidasi seperti asam nitrat dan hidrogen peroksida.

PP merupakan polimer semi kristalin, yaitu polimer yang terbentuk dengan campuran anatar fasa kristalin dan amorf. Fasa kristalin yang terdapat di dalam PP menyebabkan daya regangan yang tinggi, kaku dan keras4. Fasa amorf adalah bagian dimana rantai-rantai molekul tersusun secara acak dan tidak beraturan, sehingga fasa ini menyebabkan elastisitas material meningkat9. Sifat semi kristalin tersebut mengakibatkan PP memiliki dua temperatur transisi, yaitu temperatur transisi glass (sekitar -15 oC) dan temperatur leleh (sekitar 176 oC)5. Temperatur transisi glass adalah temperatur dimana terjadi perubahan fasa dari glassy (kaku) menjadi rubbery (lentur), sedangkan temperatur leleh adalah temperatur dimana terjadi perubahan fasa dari padat menjadi cair. Pada saat meleleh, PP berada pada fasa amorf sehingga material menjadi transparan dan berbentuk liquid (cairan)5.

PP merupakan salah satu polimer yang paling banyak digunakan di Indonesia. Setiap tahun jumlah industri kemasan plastik yang menggunakan PP bertambah 12-15% sebanding dengan pertumbuhan industri penggunanya6. Jumlah industri polimer hilir yang terus bertambah membuat kebutuhan PP menjadi semakin meningkat, seperti yang tertera pada Gambar 2.

Gambar 2. Grafik persediaan dan permintaan dari PP selama tahun 2010-20121

Permintaan PP yang tinggi dari tahun ke tahun tidak sebanding dengan kemampuan produksi PP di dalam negeri, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2. Pemenuhan permintaan PP harus ditutupi dengan impor PP dari negara lain. Bahkan dalan tahun 2011 dan 2012,

(5)

jumlah PP yang diimpor lebih banyak dibandingkan PP yang diproduksi oleh industri polimer hulu dalam negeri1.

Impor PP yang tinggi disebabkan oleh beberapa hal, diantaranya kemampuan industri polimer hulu belum dapat memenuhi kebutuhan dalam hal jumlah maupun kualitas yang diinginkan oleh industri polimer hilir dalam negeri6. Sehingga banyak industri hilir yang memilih mengimpor PP dari luar negeri. Hal tersebut menjadi sangat mengkhawatirkan karena jika terus dibiarkan maka Indonesia akan terus tergantung pada PP yang diimpor dari negara lain. Kondisi ini menjadi semakin buruk dengan fakta bahwa Indonesia merupakan negara yang menjadi importir produk olefin (PP dan PE) tertinggi di ASEAN6, seperti yang dipaparkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Jumlah impor produk olefin (PP dan PE) beberapa negara di ASEAN pada tahun 20116

Permasalahan tersebut perlu diselesaikan segera. Hal ini disebabkan pertumbuhan industri polimer semakin pesat, sehingga kebutuhan material PP akan meningkat berkali lipat dalam beberapa tahun ke depan. Di samping itu, industri polimer hilir di Indonesia tidak dapat bergantung terus kepada material PP impor dalam memenuhi kebutuhannya karena biaya regulasi yang tinggi6.

PP merupakan salah satu jenis material plastik yang sering digunakan, khususnya pada industri otomotif2. Penggunannya menjadi sangat dominan sebab PP memiliki karakteristik yang baik, seperti massa jenis yang rendah, ketahanan panas dan kelembaban yang baik, serta ketahanan dimensi yang stabil. Di samping itu, PP banyak digunakan di pasaran karena harganya yang relatif lebih murah.

Kebutuhan spesifikasi yang semakin tinggi, membuat PP tidak dapat digunakan secara tunggal pada aplikasinya. Sehingga PP perlu dipadukan dengan material lain agar dapat memperoleh sifat yang sesuai dengan kebutuhan pasar. Pembuatan paduan PP dengan

(6)

material lain ini dapat meningkatkan sifatnya sehingga dapat memenuhi kebutuhan pasar, terutama pada bidang otomotif7. Oleh karena itu, PP banyak dikembangkan dalam aplikasi sebagai komposit pada saat ini.

Salah satu material yang sering dipadukan dengan PP adalah talcum. Talcum (Mg3Si4O10(OH)2) merupakan mineral metamorphic yang dihasilkan dari metamorphosis

mineral magnesian seperti serpentine, pyroxene, amphibole, dan olivine dengan bantuan karbon dioksida dan air. Pada umumnya talcum diproduksi dalam bentuk serbuk, sehingga talcum lebih fleksibel namun tidak elastis. Talcum juga memiliki temperatur leleh di kisaran 1300 – 1400 oC8. Penambahan talcum pada PP menyebabkan produk yang dihasilkan menjadi lebih kaku7, sehingga kekuatan material dapat meningkat tanpa harus menambahkan ketebalan dimensi produk. Hal tersebut dapat mengurangi biaya produksi.

Dalam proses pembuatan produk PP dengan metode injection molding memberikan bahan yang tidak digunakan, seperti runner dan flash, ataupun produk yang tidak layak (cacat). Sisa produksi dan produk cacat tersebut umumnya menjadi limbah. Hal tersebut menyebabkan penumpukan limbah pabrik di sekitar industri. Oleh karena itu, banyak penelitian yang telah dikembangkan untuk mengurangi limbah tersebut.

Pemanfaatan kembali limbah polimer tersebut diawali dengan regrinding (pencacahan) untuk mendapatkan polimer regrind (cacah). Proses regrinding tidak berpengaruh terhadap sifat termal yang dimiliki oleh polipropilena. Material regrind tidak memiliki kualitas sebaik material fresh-nya. Proses injection molding pada material PP menyebabkan penurunan kualitas material. Penurunan kualitas tersebut dikarenakan pemberian panas yang diterima saat proses produksi.9

Dalam pembentukan material regrind, hasil regrinding dicampur dengan menggunakan metode hot melt mixing. Proses pencampuran hot melt mixing bertujuan untuk mendapatkan hasil pencampuran yang terdispersi dan terdistribusi secara homogen dalam seluruh matriks polimer. Dispersive mixing membutuhkan energi tegangan yang tinggi (geseran dan elongasi) untuk membelah partikel agar terdispersi.

Hot melt mixing dilakukan tidak hanya untuk mendapatkan hasil pencampuran yang terdispersi dan terdistribusi secara homogen. Hot melt mixing memiliki beberapa tujuan lain21, seperti:

a. Mereduksi ketidakseragaman komposisi.

b. Meningkatkan probabilitas keberadaan elemen minor dalam campuran polimer pada daerah manapun.

(7)

c. Mereduksi ukuran domain. d. Memecah partikel aglomerat.

Evaluasi proses pencampuran dapat dilakukan dengan melihat tegangan antar muka yang terbentuk dan ketebalan rataan striasi yang terbentuk pada matriks polimer. Proses pencampuran yang ideal memerlukan peralatan pencampuran yang ideal. Sebagai alat bantu evaluasi proses pencampuran, tegangan antar muka dan tebal rataan striasi yang terbentuk dalam matriks PP dapat digunakan.

Semakin besar nilai tegangan antar muka yang terbentuk, maka hasil distributive mixing akan semakin homogen. Nilai tegangan antar muka memiliki hubungan dengan keberhasilan distributive mixing. Tegangan antar muka terbentuk dengan melakukan proses pencampuran hot melt mixing pada keadaan viskositas lelehan polimer yang optimal, lebih spesifik bahwa distributive mixing lebih mudah dilakukan pada lelehan polimer dengan viskositas rendah10. Hasil dispersive mixing dapat dievaluasi berdasarkan intensitas segregasi antara komponen dalam campuran. Semakin besar nilai rataan tebal striasi yang terbentuk, maka proses dispersive mixing dan distributive mixing akan semakin optimal.

Dalam proses pencampuran polimer, hasil pencampuran dengan dispersitas dan distribusi yang homogen merupakan prioritas utama. Untuk memperoleh derajat distribusi dan dispersitas yang homogen, perlu memperhatikan beberapa parameter proses seperti rates of shear, total strain, fluid elements reorientation, viskositas dan desain proses pencampuran. Parameter proses tersebut mempengaruhi morfologi polimer yang merepresentasikan derajat distribusi dan dispersitas hasil pencampuran polimer11.

Derajat dispersitas yang baik dihasilkan dengan memperhatikan faktor tegangan selama proses pencampuran. Jika dalam proses pencampuran PP didapati viskositas yang cukup tinggi, maka dibutuhkan parameter tegangan geser (dilatant) yang tinggi pula. Sehingga konsumsi energi semakin tinggi untuk menghasilkan distribusi yang tinggi, karena derajat distribusi akan semakin sulit tercapai dalam keadaan viskositas yang tinggi10.

Selain paramater tegangan, besar ukuran partikel (droplet) dalam proses pencampuran harus dibuat sekecil mungkin, sehingga derajat dispersitas yang tinggi dapat tercapai selama proses pencampuran11.

Metode Penelitian

Penelitian ini menggunakan sisa produk yang menggunakan bahan baku PP-talcum. Sisa produk tersebut diperoleh dari produk support radiator net dan cover left drawer.

(8)

Support radiator net merupakan produk yang menggunakan bahan baku PP dengan campuran talcum sebanyak 20% (PT-20) dari massa material, sedangkan cover left drawer menggunakan bahan baku PP dengan campuran talcum sebanyak 30% (PT-30) dari massa material. Kedua bahan baku tersebut digunakan dalam penelitian ini dengan alur sebagai berikut.

Gambar 4. Diagram alir penelitian

Kedua material tersebut didaur ulang dengan proses regrinding dan dicampur dengan komposisi tertentu. Komposisi ini dibentuk dengan mengatur persentase berat dari material yang diperoleh, yaitu material regrind talcum 20% (PTR-20) dan material regrind PP-talcum 30% (PTR-30). Berikut adalah komposisi berat dari kedua material tersebut.

Tabel 1. Komposisi berat sampel uji beserta kondisi prosesnya

Sampel PTR-20 PTR-30 Kondisi

Kecepatan Temperatur Waktu

1 10% 90% 200 rpm 200 oC 4 menit 2 25% 75% 3 50% 50% 4 75% 25% 5 90% 10%

(9)

Pencampuran kedua bahan dilakukan dalam dua tahap. Tahap yang pertama dilakukan dengan metode dry mixing. Metode dry mixing dilakukan dengan menggunakan dry mixer berkapasitas 500 gram, dengan kecepatan mata pisau 1500 rpm. Dry mixing dilakukan selama 3 menit untuk setiap sampel. Metode ini dilakukan untuk memastikan kedua material tercampur secara baik dan menghilangkan kelembaban yang terjadi selama material disimpan. Tahap pencampuran berikutnya dilakukan dengan metode hot melt mixing. Metode ini dilakukan dengan menggunakan alat ThermoHaake Twin Screw Extruder Counter Rottating dengan kapasitas chamber sebesar 38 gram. Proses hot melt mixing dilakukan dengan kecepatan screw 200 rpm selama 4 menit dalam temperatur 225 °C. Metode hot melt mixing dilakukan untuk menghasilkan produk pencampuran yang terdistribusi dan terdispersi secara merata.

Sampel PP-talcum yang telah mengalami perlakuan hot melt mixing, kemudian disiapkan menjadi sampel uji, berupa sampel uji tarik mikro tensile dengan dimensi tebal ± 1mm, gauge length ± 15.5 mm dan lebar ± 5.5 mm. Preparasi sampel uji tarik mikro tensile, dibuat dengan cara melakukan hot pressing terhadap sampel PP-talcum yang telah dicampurkan dengan metode hot melt mixing kedalam cetakan sampel uji tarik mikro tensile.

Sampel mikro tensile dicetak dengan menggunakan alat hot pressing dengan mengatur temperatur operasi plat atas dan plat bawah hot pressing berada pada temperatur 200˚C untuk plat bawah dan 200˚C untuk plat atas, dimana besarnya tekanan pada alat hidrolik hot pressing diatur pada angka 40 ton selama 2 menit. Setelah itu, hasil hot pressing langsung didinginkan dengan menggunakan air selama 2 menit.

Pengujian mikro tensile dilakukan dengan menggunakan mesin Chatillon LF Plus Universal Tensile Machine LLOYD Instruments, Ltd dengan kapasitas pembebanan hingga 1 kN, dan pengujian mengacu pada standar ASTM D1708-06, dengan kecepatan penarikan 10 mm/menit.

Sifat mekanik yang tercatat, seperti nilai modulus elastisitas dan nilai kekuatan tarik, akan diverifikasi dengan menggunakan tools statistika one way ANOVA untuk melihat signifikansi pengaruh variabel komposisi berat terhadap sifat mekanik PP-talcum.

Setelah dilakukan pengujian mikro tensile, sampel diuji dengan SEM. Pada pengujian Scanning Electron Microscope (SEM), sampel PP-talcum dipreparasi dengan dibekukan dengan nitrogen, kemudian dipatahkan. Perubahan morfologi yang terjadi akibat proses regrind dan adanya proses pencampuran akan terlihat melalui SEM. Pengujian SEM dilakukan dengan menggunakan mesin FE-SEM tipe Inspect F50, difokuskan pada morfologi

(10)

yang terbentuk pada patahan tiap variabel. Sehingga dapat diketahui perubahan morfologi yang terjadi pada material akibat terjadinya proses regrind yang dilakukan.

Pengujian Simultaneous Thermal Analysis (STA) dilakukan untuk mengetahui perilaku termal yang terjadi pada material regrind. Akibat proses regrind, ada kemungkinan terjadi degradasi material dari PP-talcum serta kemungkinan terjadi perubahan temperatur leleh dari material tersebut. Sehingga dengan diketahuinya perubahan perilaku termal dapat diperkirakan kualitas dari material regrind yang terbentuk nantinya. Pengujian STA dilakukan dengan menggunakan mesin Perkin Elmer Simultaneous Thermal Analysis 6000 seperti yang terlihat pada Gambar 3.9. Pada pengujian ini, sampel dipanaskan dalam temperatur 50 – 300

o

C dengan hecting rate 10 oC/min. Pengujian tersebut menggunakan bantuan gas nitrogen dengan flow rate sebanyak 20 ml/min.

Hasil Penelitian

Penelitian yang dilakukan terfokus untuk mengetahui profil material PP-talcum yang digunakan, perubahan morfologi yang terjadi pada material regrind dan campurannya, perilaku mekanik yang terjadi, serta perilaku termalnya. Berikut adalah profil material PP-talcum yang digunakan pada penelitian ini.

Gambar 5. Perbandingan kurva hasil pengujian mikro tensile PT-20 dan PT-30

Tabel 2. Profil material PT-20 dan PT-30

No. Jenis Material Metode Pengujian

Modulus Elastisitas (MPa) Kekuatan Tarik (MPa) 1 PP-talcum 20% (PT-20) ASTM D 1708 – 06 111.7 24.6 2 PP-talcum 30% (PT-30) ASTM D 1708 – 06 179.2 28.7

(11)

Berikut adalah perbandingan antara material fresh dan material regrind dari setiap bahan baku yang digunakan pada penelitian ini.

Gambar 6. Perbandingan morfologi perpatahan antara (a) PT-20 dan (b) PTR-20 dengan pembesaran 1000x

Gambar 7. Perbandingan morfologi perpatahan antara (a) PT-30 dan (b) PTR-30 dengan pembesaran 1000x

Perbandingan juga dilakukan antara material paduan berdasarkan komposisi yang telah dijelaskan di atas. Berikut adalah perbandingan morfologi material paduan tersebut.

Gambar 8. Perbandingan morfologi perpatahan antara (a) PTR-20 (10%)/PTR-30 (90%), (b) PTR-20 (50%)/PTR-30 (50%), dan (c) PTR-20 (90%)/PTR-30 (10%) dengan pembesaran 1000x

talcum polipropilena ( (aa)) ((bb)) polipropilena polipropilena talcum polipropilena ( (aa)) ((bb)) ( (aa)) ((bb)) ((cc))

(12)

Perilaku mekanik yang dikaji pada penelitian ini di antaranya adalah perbandingan elastisitas antara material fresh dengan material regrind yang diperoleh. Berikut adalah perbandingan keduanya.

Gambar 9. Grafik perbandingan nilai modulus elastisitas antara material fresh dengan material regrind yang digunakan pada penelitian

Perilaku mekanik lainnya yang dikaji pada penelitian ini adalah perbandingan nilai modulus elastisitas dan kekuatan tarik yang dimiliki oleh setiap paduan yang terbentuk. Berikut adalah perbandingan dari kedua meterial paduan tersebut.

(13)

Gambar 11. Grafik perbandingan nilai kekuatan tarik antara sampel pengujian

Perilaku termal yang dikaji pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan teknik pengujian Differential Scanning Calorimetery (DSC) dan Thermo Gravimetric Analysis (TGA) yang keduanya diuji secara bersamaan, Simultaneous Thermal Analysis (STA). Berikut adalah hasil pengujian yang dilakukan.

Gambar 12. Perbandingan temperatur leleh sampel pada kurva berdasarkan teknik pengujian Differential Scanning

(14)

Gambar 13. Perbandingan hasil pengukuran dengan menggunakan teknik pengujian Thermo Gravimetric Analysis (TGA)

Pembahasan

Penelitian yang dilakukan ini menggunakan bahan baku polipropilena (PP) yang telah dicampur dengan talcum. Namun, tidak banyak informasi yang didapat mengenai spesifikasi material tersebut. Data yang tersedia hanyalah karateristik dari masing-masing material tersebut. Berdasarkan Gambar 5, PT-20 dan PT-30 keduanya memiliki jenis patahan yang sama, yaitu patahan getas. Patahan getas dapat diketahui berdasarkan kurva yang terbentuk. Setelah melewati titik tertinggi, kedua kurva tersebut langasung turun hingga angka nol. Hal ini menunjukan setelah menerima beban tertinggi kedua material tersebut langsung patah tanpa terlebih dahulu membentuk necking, sehingga kedua material ini disimpulkan mengalami perpatahan getas12.

Dari data yang diperoleh pada Tabel 2, nilai modulus elastisitas yang terbentuk sesuai dengan kemiringan kurva yang ada. Hal tersebut mengindikasikan bahwa penambahan talcum dapat mengurangi elastisitas dari PP. Selain itu, nilai kekuatan tarik yang dimiliki oleh PT-30 lebih tinggi dibandingkan nilai kekuatan tarik yang dimiliki oleh PT-20. Sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Satoru Moritomi7, hal ini membuktikan bahwa kandungan talcum di dalam PP mempengaruhi nilai kekuatan tarik yang dimiliki. Semakin banyak kandungan talcum yang dicampurkan akan membuat material memiliki kekuatan tarik yang semakin besar.

(15)

Kedua material tersebut juga memiliki perbedaan, yaitu dalam hal tingkat elastisitas dan kekuatan material yang dimiliki. Kurva hasil pengujian yang dilakukan pada PT-30 memiliki kemiringan yang lebih curam dibandingkan yang dimiliki oleh PT-20. Sesuai yang dijelaskan oleh W.D. Callister12 dalam bukunya, hal ini menandakan bahwa PT-20 lebih elastis dibandingkan 30. 30 juga mampu menerima stress yang lebih besar dibandingkan PT-20, sehingga dapat disimpulkan kekuatan yang dimiliki oleh PT-30 lebih baik dibandingkan PT-20.

Selanjutnya, pengamatan morfologi patahan yang terbentuk sangat sulit menemukan butiran talcum. Hal tersebut dimungkinkan karena partikel-partikel talcum yang sangat kecil sehingga pengamatan morfologi yang diakukan tidak dapat menaksir dispersi dan distribusi talcum. pada permukaan patahan terlihat permukaan-permukaan yang memiliki warna gelap maupun terang. Seperti yang dilaporkan oleh Ling Chen13 pada penelitiannya, perbedaan warna permukaan ini dimungkinkan terjadi akibat perbedaan kedalaman permukaan yang terjadi akibat pematahan yang dilakukan pada sampel. Permukaan yang berwarna gelap memiliki permukaan yang lebih dalam dibandingkan permukaan yang berwarna terang.

Pada PTR-20 (material regrind PT-20) permukaan patah yang ditunjukan tidak memiliki perbedaan yang besar dengan material fresh-nya (Gambar 6). Kedua permukaan tersebut masih memiliki permukaan patahan yang didominasi oleh PP dan terdapat permukaan gelap dan terang diberbagai permukaan. Pada Gambar 7 terlihat bahwa permukaan patahan PTR-30 (material regrind 30) tidak mengalami perbedaan yang sangat besar dengan PT-30. Keduanya masih memiliki permukaan yang didominasi oleh PP, memiliki permukaan berwarna gelap maupun terang, dan sebaran permukaan gelap lebih merata hampir di seluruh permukaan. Berdasarkan hal tersebut dapat diasumsikan bahwa material fresh dan material regrind memiliki karakteristik yang hampir serupa juga.

Pada pengamatan morfologi patahan paduan material regrind dari kedua jenis PP-talcum (Gambar 8), material PTR-20 (10%)/PTR-30 (90%) dan PTR-20 (90%)/PTR-30 (10%) memiliki morfologi yang menyerupai material dominannya sehingga kemungkinan besar memiliki sifat yang menyerupai material dominannya pula.

Pengamatan perubahan perilaku mekanik yang terjadi pada material regrind di amati melalui perubahan modulus elastisitas yang ada. Seperti yang ditunjukan pada Gambar 9, nilai modulus elastisitas yang dimiliki material regrind lebih rendah dibandingkan material fresh-nya, sehingga material regrind lebih kaku dibandingkan material fresh-nya. Hal ini sejalan dengan penelitian yang dilakukan oleh G. Guerrica-Echevarria9, bahwa proses produksi (injection molding) yang dilakukan pada material PP-talcum akan menyebabkan penurunan

(16)

modulus elastisitas. Penurunan kekakuan yang tidak terlalu jauh pada material regrind PP-talcum tersebut sejalan dengan hasil pengamatan morfologi yang telah dilakukan.

Penurunan kekakuan ini dimungkinkan karena pemanasan yang terjadi selama proses produksi (injection molding) berlangsung. Sebelum di-regrind, material telah melalui pemanasan pada temperatur tinggi dalam proses pembuatan produknya. Pemanasan yang terjadi pada saat proses produksi ini menyebabkan PP-talcum meleleh. Pada saat itu hanya PP saja yang meleleh, talcum tidak ikut meleleh karena temperatur lelehnya mencapai 1400 oC8. Dengan tidak melelehnya talcum pada saat proses produksi, butiran talcum teraglomerasi dengan butiran talcum lainnya akibat proses injection pada saat produksi berlangsung. Talcum yang teraglomerasi tersebut menyebabkan ruang kosong di dalam PP-talcum tersebut semakin besar sehingga menyebabkan material semakin elastis9.

Perilaku mekanik pada material paduan PTR-20 dan PTR-30 juga diamati pada penelitian ini. Nilai modulus elastisitas yang dimiliki oleh material paduan tersebut akan mengalami penurunan seiring dengan peningkatan komposisi PTR-20 dalam paduan, seperti yang ditunjukan pada Gambar 10. Besar nilai modulus elastisitas yang didapat mendekati material dominan dari paduan tersebut. Hal tersebut juga dialami pada nilai kekuatan tarik yang dimiliki oleh material tersebut. Nilai kekuatan tarik material tersebut akan menurun seiring dengan peningkatan komposisi PTR-20 dalam paduan dan besar nilai kekuatan tarik tersebut mendekati material dominannya (Gambar 11). Dari kedua pengamatan tersebut dapat diasumsikan bahwa material paduan tersebut memiliki perilaku mekanik yang menyerupai material dominannya.

Pengamatan perilaku termal dilakukan dengan pengukuran sampel menggunakan teknik pengujian Differential Scanning Calorimetery (DSC) dan Thermo Gravimetric Analysis (TGA) yang keduanya diuji secara bersamaan, Simultaneous Thermal Analysis (STA), hingga mencapai temperatur tertentu. Gambar 12 mengindikasikan sampel-sampel yang memiliki perilaku termal berbeda pada berbagai komposisi berdasarkan teknik pengujian DSC. Namun, temperatur leleh yang dimiliki oleh setiap sampel tidak berbeda jauh. Jika dibandingkan dengan temperatur leleh yang dimiliki oleh PP murni (sekitar 176 oC)5, nilai temperatur leleh yang dimiliki oleh ketiga sampel tersebut masih dalam ranah temperatur leleh yang dimiliki PP. Hal tersebut mengindikasikan bahwa penambahan talcum dalam PP tidak akan berpengaruh terhadap nilai temperatur leleh yang dimiliki oleh PP, seperti yang dilaporkan pada penelitian Yuanxin Zhou14.

Teknik pengujian TGA yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui stabilitas termal yang terjadi pada setiap sampel. Hasil pengukuran (Gambar 13) yang diperoleh tidak

(17)

mengalami perbedaan yang signifikan pada ketiga sampel tersebut. Hingga temperatur 300

o

C, ketiganya mengalami penurunan massa yang tidak terlalu besar. Berdasarkan laporan penelitian yang dilakukan oleh Yuanxin Zhou14, PP-talcum belum mengalami degradasi material pada temperatur di bawah 359 oC dan hanya terjadi pelepasan uap air yang terperangkap pada saat produksi berlangsung. Saat melewati temperatur leleh, material akan berubah wujud menjadi cair. Perubahan wujud ini semakin mempermudah terjadinya pelepasan uap air, sehingga menyebabkan terjadi penurunan massa yang lebih besar dibandingkan saat sebelum melewati temperatur leleh. Sehingga dapat diasumsikan, pada saat pemanasan hingga temperatur 300 oC material regrind PP-talcum hanya terjadi pelepasan uap air yang terperangkap pada saat produksi dan tidak mengalami degradasi material. Berdasarkan pengukuran tersebut, dengan menggunakan temperatur di bawah 300 oC material regrind PP-talcum masih layak untuk diproduksi.

Kesimpulan

Berdasarkan data hasil pengujian dan analisa yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan, diantaranya :

1. PT-30 memiliki nilai modulus elastisitas dan kekuatan tarik yang lebih tinggi dibandingkan PT-20. Semakin banyak kandungan talcum akan meningkatkan kekakuan pada komposit. Proses injection molding menyebabkan penurunan kekakuan material karena aglomerasi talcum.

2. Morfologi material regrind PP-talcum tidak mengalami perubahan yang besar dibandingkan material fresh-nya. Komposit PTR-20/PTR-30 memiliki morfologi yang menyerupai material dominannya.

3. Sifat mekanik PTR-20/PTR-30 cenderung menyerupai material dominannya. Temperatur leleh yang dimiliki oleh material regrind PP-talcum dan paduannya berada pada sekitar temperatur leleh PP murni (~176 oC). Material regrind PP-talcum dan paduannya masih dapat diproduksi dalam temperatur proses produksi (injection molding).

Daftar Referensi

1. Miyarso, S. 2013. Development dan Challenges. PT Chandra Asri Petrochemical Tbk. 2. Anonim. 2009. Catatan 2: Pengetahuan Dasar Polipropilena. PT. Try Polyta

(18)

3. Gachter, M. 1990. Plastics Addditives Handbook. Third Edition. Munich. Hanser Publisher.

4. Almaika, S., Scott, G. 1983. In Degradation and Stabilization of Polyolefin. London. N.S. Allen (Ed). App Sci Pulp.Ltd.

5. Maier, C. 1998. Polypropylene – Definitive User’s Guide and Databook. New York. Plastic Design Library.

6. Munandar, H. 2013. Gambaran Industri Plastik Indonesia. Badan Pusat Pengkajian Kebijakan dan Iklim Usaha Industri Kementerian Perindustrian.

7. Moritomi, S. 2010. Polypropylene Compounds for Automotive Apolipropilenalications. Sumitomo Kagaku.

8. Betekhtin, A. A Course Of Mineralogy. Peace Publisher.

9. Guerrica-Echevarria, G. 1995. Effects of reprocessing conditions on the properties of unfilled and talc-filled polypropylene. Elsevier Science Limited.

10. Chalid, M. 2011. Diktat Kuliah Material Aditif. Fakultas Tenik Universitas Indonesia. 11. Gotsis, Alexandros D. Diktaat Polymeerkunde II : Samengestelde Kunststoffen.

Faculteit der Scheikundige Technologie en der Materiaalkunde TU Delft.

12. Callister, W.D. 2007. Materials Science and Engineering: An Introduction. Seventh Edition. John Wiley & Sons, Inc.

13. Chen, L. 2002. Fracture Properties of Nanoclay-Filled Polypropylene. Wiley Periodicals Inc.

14. Zhou, Y. 2005. Experimental Study on Thermal and Mechanical Behavior of Polypropylene, Talc/Polypropylene and Polypropylene/Clay Nanocomposites. Elsevier

Figur

Memperbarui...

Referensi

Memperbarui...

Related subjects :