Pengaruh Penambahan Bentonit sebagai Bahan Pengisi Terhadap Sifat Mekanik dan Sifat Termal Komposit Interpenetrasi Jaringan Polimer antara Poliuretan-Karet Alam Sir-10

PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT SEBAGAI BAHAN

PENGISI TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN SIFAT

TERMAL KOMPOSIT INTERPENETRASI

JARINGAN POLIMER ANTARA

POLIURETAN-KARET

ALAM SIR-10

SKRIPSI

NOVA KRISTINA SIANTURI

140822003

PROGRAM STUDI EKSTENSI KIMIA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT SEBAGAI BAHAN

PENGISI TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN SIFAT

TERMAL KOMPOSIT INTERPENETRASI

JARINGAN POLIMER ANTARA

POLIURETAN-KARET

ALAM SIR-10

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

NOVA KRISTINA SIANTURI

140822003

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PERSETUJUAN

Judul : Pengaruh Penambahan Bentonit sebagai Bahan Pengisi Terhadap Sifat Mekanik dan Sifat Termal Komposit Interpenetrasi Jaringan Polimer antara Poliuretan-Karet Alam Sir-10

Kategori : Skripsi

Nama : Nova Kristina Sianturi Nomor Induk Mahasiswa : 140822003

Program Studi : Sarjana (S1) Kimia Departemen : Kimia

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sumatera Utara

Disetujui di Medan, Juni 2016

Komisi Pembimbing :

Pembimbing 2, Pembimbing 1,

Dr. Amir Hamzah Siregar, M.Si. Prof. Dr. Thamrin, M.Sc. NIP. 196106114199131002 NIP. 19600741989031003

Departemen Kimia FMIPA USU Ketua,

PERNYATAAN

PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT SEBAGAI BAHAN PENGISI TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN SIFAT TERMAL KOMPOSIT

INTERPENETRASI JARINGAN POLIMER ANTARA POLIURETAN-KARETALAM SIR-10

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Juni 2016

PENGHARGAAN

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus, dengan anugerah-Nya Penulis dapat menyelesaikan penyusunan skripsi ini dengan judul Pengaruh Penambahan Bentonit sebagai Bahan Pengisi Terhadap Sifat Mekanik dan Sifat Termal Komposit Interpenetrasi Jaringan Polimer antara Poliuretan-Karet Alam Sir-10.

Selain itu, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Thamrin, M.Sc. selaku dosen pembimbing 1 yang telah memberikan banyak masukan serta bimbingan selama proses penelitian dan penyusunan skripsi ini dan Dr. Amir Hamzah Siregar, M.Si. selaku dosen pembimbing 2 yang telah banyak memberikan pengarahan dan bimbingan hingga terselesaikannya skripsi ini. Terima kasih kepada Dr. Rumondang Bulan Nst, M.S selaku Ketua Departemen Kimia FMIPA USU dan Dr. Darwin Yunus, M.S selaku Koordianator Ekstensi Kimia FMIPA USU, Dekan dan Pembantu Dekan FMIPA USU, seluruh Staff dan Dosen Kimia FMIPA USU. Terima kasih kepada Orang Tua Pae S. Sianturi dan Mae E. Lumban Gaol beserta K’δin, Paul dan Jo tersayang atas doa, cinta, kasih sayang dan semangat yang telah diberikan kepada Penulis selama ini. Terima kasih kepada teman-teman Mahasiswa Kimia Ekstensi Angkatan 2014 atas dukungan dan semangat yang diberikan kepada Penulis. Serta segala pihak yang telah membantu Penulis menyelesaikan skripsi ini.

PENGARUH PENAMBAHAN BENTONIT SEBAGAI BAHAN PENGISI TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN SIFAT TERMAL KOMPOSIT

INTERPENETRASI JARINGAN POLIMER ANTARA POLIURETAN-KARET ALAM SIR-10

ABSTRAK

Telah disintesis komposit Interpenetrasi Jaringan Polimer (IPN) menggunakan Karet Alam SIR-10 dan Poliuretan (PU) secara serentak yang kemudian ditambahkan Bentonit sebagai bahan pengisi dalam pembentukan komposit IPN. Prapolimer dari PU telah disintesis dengan menggunakan Polipropilen Glikol dan Toluen Diisosianat dengan perbandingan mol antara NCO : OH = 2 : 1. NR divulkanisasi dengan menambahkan Asam Stearat, Zink Oksida, MBTS, dan Sulfur. Prapolimer PU-NR tervulkanisasi dicampur dengan menggunakan suhu 140 oC untuk menghasilkan IPN NR-PU. Penambahan Bentonit ke dalam IPN NR-PU akan menghasilkan komposit IPN NR-PU-Bentonit. Selanjutnya komposit IPN NR-PU-Bentonit yang terbentuk dikarakterisasi dengan Uji Mekanik, Uji Derajat Ikat Silang, dan uji termal menggunakan Differential Scaning Calorimeter (DSC). Hasil penelitian menunjukkan bahwa campuran komposit meningkat dengan bertambahnya Bentonit hingga batas optimum yakni pada perbandingan antara NR-PU dengan Bentonit adalah 66 phr : 34 phr yang memberikan nilai kekuatan tarik sebesar 27,97 x 10-3 Mpa, nilai regangan tarik sebesar 901,6 %, dan nilai Modulus Elastisitas sebesar 3,10 x 10-3 Mpa. Sifat mekanik dan sifat termal komposit IPN ini dipengaruhi oleh jumlah bentonit yang digunakan sehingga menghasilkan komponen yang saling terikat silang.

THE EFFECT OF BENTONITE AS FILLER TO MECHANIC AND THERMAL CHARACTERISTIC OF IPN COMPOSITE BETWEEN

POLYURETHANE-NATURAL RUBBER SIR-10

ABSTRACT

Interpenetrating polymer network has synthesized using SIR-10 Natural Rubber (NR) and Polyurethane (PU) simultaneously then added Bentonite as filler in formation of the IPN composite. Prepolymer of PU has synthesized by using polypropylene Glycol and Toluen Diisocyanates with mole ratio between the NCO:OH = 2:1. NR vulcanized by adding Stearic Acid, Zinc Oxide, MBTS, and Sulphur. Prepolymer of vulcanized PU-NR mixed with temperature on 140 oC to produce IPN NR-PU. The addition of Bentonite into IPN NR-PU will produce IPN NR-PU-Bentonite composite. Futhermore, IPN composite of NR-PU-Bentonite that is formed characterize by Mechanic Test, Crosslink Percentage, and Thermal test using Differential Scaning Calorimeter (DSC). The results showed that a mixture of IPN composite increased by increasing Bentonite until the optimum limit on the ratio between NR-PU with Bentonite is 66 phr : 34 phr provide tensile strength is 27,97 x 10-3 Mpa, strain point is 901,6 %, and Modulus Elastisity is 3,10 x 10-3 Mpa. Mechanical and thermal IPN composite properties is influenced by the amount of Bentonite that is used to produce component that is cross each other at the bond interface.

DAFTAR ISI

Daftar Singkatan xi

Daftar Lampiran xii

BAB 1. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Perumusan Masalah 3

1.3 Pembatasan Masalah 4

1.4 Tujuan Penelitian 4

1.5 Manfaat Penelitian 4

1.6 Metodologi Penelitian 5

1.7 Lokasi Penelitian 6

BAB 2. Tinjauan Pustaka

2.1 Polimer 7

2.1.1 Polimer Jaringan 8

2.2 Interpenetrasi Jarinngan Polimer (IPN) 9

2.2.1 Jenis-jenis IPN 10

2.2.2 Aplikasi IPN 12

2.3 Poliuretan 13

2.3.1 Pembuatan Poliuretan 14

2.3.2 Busa Poliuretan 15

2.4 Karet Alam 17

2.4.1. Jenis-jenis Karet Alam 19

2.5 Bentonit 20

2.6 Bahan Pengisi 21

2.7 Vulkanisasi 23

2.7.1 Vulkanisasi Menggunakan Belerang 24

2.8 Bahan Tambahan 25

2.8.1 Bahan Pemercepat (Acceleator) 25 2.8.2 Bahan Penggiat (Activator) 27 2.8.3 Bahan Pemvulkanisasi (Vulcanizing Agent) 27

2.9 Sifat Mekanik Polimer 28

2.10 Pengujian Persentase Ikat Silang 30

BAB 3. Metode Penelitian

3.1 Alat 34

3.2 Bahan 34

3.3 Prosedur Penelitian 35

3.3.1 Preparasi Bentonit 35

3.3.2 Preparasi Karet Alam 35

3.3.3. Pembuatan Poliuretan dengan Menggunakan

Toluen Diisosianat dan Polipropilen Glikol 35 3.3.4 Pembuatan Komposit dari IPN NR-PU Optimum

dengan Penambahan Bentonit sebagai Bahan Pengisi 36 3.4 Karakterisasi Komposit Interpenetrasi Jaringan Polimer (IPN) 37

3.4.1 Uji Mekanik 37

3.4.2 Uji Persentase Ikat Silang 38 3.4.2.1 Uji Persentase Ikat Silang Metode Sokletasi 38 3.4.2.2 Uji Persentase Ikat Silang Metode Solvent

Swelling 39

3.4.2 Analisa Sifat Termal dengan Uji Differential

Scanning Calorimeter (DSC) 39

3.5 Bagan Penelitian 40

3.5.1 Preparasi Bentonit 40

3.5.2 Preparasi Karet Alam 40

3.5.3 Pembuatan Poliuretan dengan Menggunakan Toluen Diisosianat dan Polipropilena Glikol 41 3.5.4 Sintesis Komposit IPN dari IPN NR-PU optimal

dengan Penambahan Bentonit sebagai Bahan Pengisi 42 3.5.5 Uji Persentase Ikat Silang 43 3.5.5.1 Uji Persentase Ikat Silang Metode Sokletasi 43 3.5.5.2 Uji Persentase Ikat Silang Metode Solvent

Swelling 43

BAB 4. Hasil dan Pembahasan 44

4.1 Hasil Analisa Gugus Fungsi Poliuretan dari Toluen dan

Propilen Glikol 44

4.2 Karakterisasi Sifat Mekanik 46 4.2.1 Hasil Pengujian Sifat Mekanik Komposit IPN NR-PU dengan

Penambahan Bentonit 46

4.3 Karakterisasi Persentase Ikat Silang IPN antara Poliuretan

dan Karet Alam SIR 10 dengan Penambahan Bahan Pengisi 49 4.3.1 Karakterisasi Persentase Ikat Silang IPN antara

Poliuretan dan Karet Alam SIR 10 dengan Penambahan Bentonit sebagai Bahan Pengisi

Metode Sokletasi 50

4.3.2 Karakterisasi Persentase Ikat Silang IPN antara Poliuretan dan Karet Alam SIR 10 dengan Penambahan Bentonit sebagai Bahan Pengisi

4.4 Analisa Sifat Termal Komposit IPN dengan Uji DSC

(Differential Scanning Calorimeter) 51

4.5 Reaksi Penelitian 54

BAB 5. Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan 56

5.2 Saran 57

Daftar Pustaka ₅₈

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel

2.1 SIR (Standard Indonesian Rubber) 20 2.2 Penggolongan Sistem Vulkanisasi 25 3.1 Perbandingan Penambahan NR-PU dan Bentonit 37 4.1 Pita Serapan Spektrum IR Poliuretan 45 4.2 Hasil Pengujian Sifat Mekanik Komposit IPN NR-PU

dengan Penambahan Bentonit 47 4.3 Hasil Uji Persentase Ikat Silang Komposit IPN antara

Karet Alam SIR-10 dan Poliuretan dengan Penambahan Bentonit sebagai Bahan Pengisi

Metode Solvent Swelling 50

4.4 Hasil Pengukuran Sifat Termal IPN NR-PU 52 4.5 Hasil Pengukuran Sifat Termal

DAFTAR GAMBAR 2.3 a. IPN secara serentak (simultaneous IPN),

b. IPN secara bertahap (sequential IPN) 11 2.4 Reaksi poliol dan isosianat membentuk poliuretan 14 2.5 Reaksi pembentukan Biskloroformat 15 2.6 Reaksi pembentukan Poliuretan dari Biskloroformat

dan Diamin 15

2.7 Struktur kimia Karet 18

2.8 Struktur Bentonit 21

2.9 Karet yang Mengalami Vulkanisasi oleh Sulfur 26

2.10 Struktur MBTS 24

3.1 Spesimen Uji berdasarkan ASTM D638 Tipe V 37 4.1 Spektrum FT-IR Poliuretan (PU) dari Toluena

dan Polipropilena Glikol. 44

4.2 Grafik Uji Tegangan Tarik (Stress) Komposit IPN

dengan Penambahan Bentonit 47

4.3 Grafik Uji Regangan Tarik (Strain) Komposit IPN

dengan Penambahan Bentonit 48

4.4 Grafik Uji Modulus Elastisitas Komposit IPN dengan

Penambahan Bentonit 48

4.4 Grafik Hasil Uji DSC IPN NR-PU, Komposit IPN

NR-PU-Bentonit dengan variasi 82:18, 74:26, 66:34 51

DAFTAR SINGKATAN

DSC : Differential Scanning Calorimeter FTIR : Fourier Transform Infrared

IPN : Interpenetrating Polymer Network NR : Natural Rubber

PPG : Polypropilane Glycol PSA : Particle Size Analyzer PU : Polyurethane

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

1 Bahan-bahan Penelitian 57

2 Peralatan Penelitian 58

3 Hasil Beberapa Spesimen Komposit IPN 59 4 Perhitungan Nilai Stress (Tegangan) 60 5 Perhitungan Nilai Strain (Regangan) 60 6 Perhitungan Nilai Modulus Elastisitas

(Modulus Young)

61

7 Perhitungan Persen Pengikat Silang Metode Sokletasi

61

8

9

Perhitungan Persen Ikat Silang Metode Solvent Swelling

Analisa Sifat Mekanik IPN antara Karet Alam SIR-10 dan Poliuretan

Karakterisasi Persentase Ikat Silang IPN antara Poliuretan dan Karet Alam SIR-10 Hasil Pengujian Sifat Termal NR:PU (80:20) dengan Menggunakan DSC

Hasil Pengujian Sifat Termal NR-PU:Bentonit (66 : 34) dengan Menggunakan DSC

Hasil Pengujian Sifat Termal NR-PU:Bentonit (74 : 26) dengan Menggunakan DSC

63

64

64

65 14 Hasil Pengujian Sifat Termal NR-PU:Bentonit