BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Karet merupakan polimer alam yang dipakai secara luas di dunia industri karena memiliki sifat-sifat unik seperti kemampuan meregang dan kembali kekeadaan semula dengan cepat. Karet alam sebagian besar ada dalam bentuk cis-1,4-poliisoprena yang berasal dari tumbuhan Havea braziliensis. Karet pada wujud aslinya mempunyai kelemahan-kelemahan diantaranya cepat teroksidasi atau usang, tidak tahan terhadap minyak, mulur dan kekuatan rendah.
Polipropilena (polimer yang dapat melunak berkali-kali apabila diberi panas dan dapat menjadi kaku atau keras setelah didinginkan) merupakan salah satu polimer yang sangat luas digunakan dalam industry food packaging, moulding dan serat sintetis. Kelebihan polimer ini memiliki kekuatan dan kekakuan yang tinggi. Melihat kelebihan propilena tersebut, tentunya akan lebih memberi manfaat apabila diolah menjadi produk lain tanpa menurunkan kualitas dari polipropilena, seperti sifat-sifat mekaniknya.
Sementara itu percampuran poliolefin dengan karet alam tidak dapat dihasilkan campuran yang kompatibel, yang disebabkan oleh fasa karet alam yang tidak mudah terdistribusi kedalam matrik poliolefin karena adanya perbedaan viskositas kedua polimer tersebut yang cukup besar pada suhu leleh poliolefin, sehingga interaksi molekular antara poliolefin dengan karet alam relatif kurang besar (Naskar dkk, 2004; Bahruddin dkk, 2007; Bahruddin dkk, 2009).
Percampuran plastik (termoplastik) dengan karet (elastomer) dapat menghasilkan material baru dengan menggunakan bahan penghubung ( curative
agent) yang disebut dengan termoplastik elastomer (TPE) yang mempunyai sifat dan fungsi yang mirip dengan karet vulkanisasi pada suhu ambient, dan dapat dilelehkan pada suhu tinggi seperti termoplastik (Naskar dkk, 2004; Nakason dkk, 2006; Halimatuddahliana dkk, 2006; Halimatuddahliana dkk, 2007). Sifat-sifat ini dapat menjembatani perbedaan antara sifat karet (elastomer) dengan sifat plastik (termoplastik), yang bermanfaat sebagai alternatip penggunaan karet alam dalam berbagai aplikasi seperti industri otomotif, elektronik dan konstruksi bangunan.
Beberapa jenis plastik yang banyak digunakan untuk membuat TPE antara lain: Polietilen (PE), Polivinilchlorida (PVC) dan Polipropilena (PP)(Ismail dkk, 2002; Nakason dkk, 2006; Awang dkk, 2008; Sae-Oui dkk, 2010; Siregar, 2010). TPE yang dibuat dari pencampuran elastomer dengan termoplastik mempunyai keunggulan yaitu sifat yang diinginkan dapat ditentukan dengan memilih komponen elastomer dan termoplastik pada perbandingan campuran yang sesuai, penelitian-penelitian tentang pembuatan TPE ini sangat berkembang pesat pada saat ini.
Beberapa peneliti sudah mengembangkan metode-metode percampuran untuk dapat meningkatkan sifat mekanik campuran karet alam (elastomer) dengan plastik (termoplastik) yang umumnya menggunakan sulfur sebagai curative agent ( zat pemvulkanisasi), selain peroksida, resin fenolik maupun uretan dengan tehnik pengolahan secara internal mixer dan extrusi maupun radiasi untuk memperoleh material baru dengan tingkat kekuatan yang diinginkan ( Nakason dkk, 2006; Awang dkk, 2008; Sae-Oui dkk, 2010). Beberapa peneliti juga mengembangkan penggunaan dicumil peroksida (DKP) sebagai curative agent untuk memvulkanisasi karet ( Nakason dkk, 2006; Nakason dkk, 2008; Naskar dkk, 2004; Masykuri dkk, 2005; Nakason dkk, 2006; Halimatuddahliana, 2007; Halimatuddahliana dkk, 2008; Thitithammawong dkk, 2007; Awang dkk, 2008; Siregar, 2010).
Untuk meningkatkan sifat mekanik campuran termoplasik elastomer dan menurunkan pemutusan rantai polimer yang diakibatkan oleh inisiator DKP maka
sering ditambahkan zat pengserasi (pengkompatibel) atau zat pengikat silang seperti propilena-etilena akrilik asid (PPEAA) (Ismail dkk, 2001) , HVA-2 atau NNi -m-phenylenebismelamide (Muhammad N.H dkk, 2003; Halimatuddahliana, 2007; Awang dkk, 2008), divinil benzene (DVB) (Siregar, 2010).
Selain pemilihan teknik pengolahan polimer, juga dikembangkan pemilihan bahan pengisi yang sesuai dan teknik penambahan bahan pengisi untuk meningkatkan sifat mekanik dari termoplastik elastomer yang dibuat (Seok Oh dkk, 2003; Nakason dkk, 2006 ; Bahruddin dkk, 2007; Bahruddin dkk, 2009; Wulandari dkk, 2007; Sae-Oui dkk, 2010 ).
Untuk meningkatkan sifat mekanik poliblend sering ditambahkan bahan pengisi seperti hitam karbon, clay dan lain-lain. Wirjosentono (1997), menggunakan serbuk tandan kosong sawit, pelepah dan batang sawit sebagai bahan pengisi termoplastik polipropilen sampai kadar 30%. Serat kelapa sawit, abu sekam padi, serat jut, serbuk kayu karet, abu sekam padi putih dan partikel-partikel sisa karet telah digunakan sebagai bahan pengisi didalam elastomer, plastik dan termoplastik elastomer (Ismail dkk, 1999; Ismail dkk, 1997; Siregar, 1999; Ismail dkk, 2003; Siriwardena dkk, 2003). Pemakaian berbagai bahan pengisi ini menunjukkan peningkatan modulus tensil dan kekerasan, dan penurunan kekuatan tarik dengan penambahan bahan pengisi.
Penelitian yang telah dilakukan oleh beberapa peneliti (Seriwardena dkk, 2001: Ismail dkk, 2003; dan Siregar, 1999) memperoleh bahwa bahan pengisi serat alami tidak serasi dengan bahan polimer. Hal ini di sebabkan oleh perbedaan kepolaran bahan-bahan tersebut dimana bahan polimer merupakan bahan yang bersifat hidrofobik sedangkan pengisi serat alami bersifat hidrofilik. Oleh karena itu beberapa langkah telah diambil dalam mengatasi masalah ini antaranya ialah dengan menggunakan agen pengserasi, melakukan modifikasi bahan pengisi dengan bahan bahan kimia yang sesuai dan penggunaan zat pengkompatibel.
Yuhsin (2008) meniliti pengaruh bahan pengisi organoclay dalam campuran EPDM / polipropilena menggunakan octylphenol-formaldehide dan stannous chloride dehydrat sebagai zat pemvulkanisasi yang memperoleh bahwa organoclay dapat meningkatkan kekuatan dan derajat elongasi dari termoplastik vulkanisasi dan menurunkan stabilitas termal oleh dekomposisi zat pengembang dalam organoclay. Satapathy (2010) memblending termoplastik elastomer polietilen bekas dengan karet alam bekas menggunakan bahan pengisi fly ash dan bahan pengcoupling Silane (Si-69) yang memperoleh peningkatan kekuatan lentur dan regangan sampai 50% berat bahan pengisi.
Sementara itu untuk mengurangi kerusakan serat sellulosa selama pengolahan bahan polimer dan agar memperoleh kompatibilitas yang baik, pendispersi poli(vinil asetat-Latex) telah digunakan untuk mendispersikan serat sellulosa dalam matriks termoplastik. (Klason dkk,1988).
Ruksakulpiwat (2009) meneliti pencampuran polipropilena/karet alam dan polipropilene/EPDM dengan Sulpur, ZnO sebagai pemvulkanisasi, dan bahan pengisi rumput vetiver dengan pendispersi asam stearat memperoleh peningkatan kekuatan impak dan elongasi dengan penambahan karet alam sampai 20%, sedangkan dengan penambahan EPDM hanya sampai 10%.
Dengan semakin majunya teknologi, perkembangan peralatan yang digunakan manusia akan terus semakin meningkat. Baik peralatan tersebut berupa sarana informasi, transportasi. telekomunikasi, produksi, konstruksi dan sarana hiburan. Sebahagian besar peralatan tersebut membutuhkan kekuatan bahan tertentu untuk tujuan keperluan yang tertentu, misalnya alat-alat mounting, bearing. Sebahagian lagi peralatan tersebut dapat menghasilkan suara-suara yang tidak diinginkan sehingga menimbulkan kebisingan. Untuk mengatasi hal tersebut dikembangkanlah berbagai jenis bahan peredam suara. Jenis bahan peredam suara yang sudah ada yaitu bahan berpori, resonator dan panel (Youneung dkk, 2003). Dari
ketiga bahan tersebut bahan berporilah yang sering digunakan, khususnya untuk ruang-ruang sempit seperti ruang musik dan film (home theater) di perumahan dan perkantoran, kerena ringan dan murah. Material yang telah lama digunakan adalah dari glass wool dan rock wool tetapi harganya sangat mahal. Nama dagang panel acoustic peredam suara adalah Acourate mat resin yaitu suatu bahan visco elastic polimer yang mampu mengisolasi bunyi dengan cara menyerap energy suara yang merambat pada lantai, dinding, plafond dan pilar yang harganya berkisar Rp 250000/m2 , maka berbagai bahan pengganti material tersebut mulai dibuat. Salah satunya dengan menciptakan material peredam suara dari komposit berpengisi serat alam, karena serat alam merupakan bahan berpori dan mengandung banyak lignoselulosa (McMulan, 2002), mempunyai densitas rendah, mudah terurai, kekakuan tinggi dan harganya murah, dan berlimpah terdapat di alam (Uma, 2010). Khuriati (2006) telah mencampurkan berbagai perekat dengan bahan pengisi sabuk kelapa untuk penyerapan bunyi yang sesuai dengan standar ISO 11654. Hal yang sama dilakukan Hosaini (2010) dengan mencampurkan lateks dengan bahan pengisi serat kelapa dan bahan additive untuk meningkatkan penyerapan suara. Han-Seung Yang (2004) juga melakukan penelitian tentang penggunaan jerami dan ban bekas sebagai bahan pengisi dengan poliuretan sebagai adhesive untuk campuran bahan bangunan, yang dapat meningkatkan penyerapan bunyi. Christina (2007) juga memanfaatkan rongga-rongga jerami padi sebagai bahan baku pembuatan panel akustik. Sezgin (2009) juga memanfaatkan limbah serat daun teh dari pabrik pengolahan sebagai bahan pengisi untuk peradam suara. Sementara Youneung (2003) menggunakan berbagai ukuran pertikel serat polyester daur ulang sebagai bahan peredam suara. Aries (2007) mengkarakteristik dasar tentang koefisien absorbsi bunyi material akustik dari sampah organik dan anorganik dimana semakin tinggi kandungan materialnya semakin besar koefisien absorbsinya.
Dari uraian diatas, dikembangkanlah teknik pencampuran antara Polipropilen(PP) /Karet alam SIR 10 atau karet sintetis EPDM dengan penambahan
dikumil peroksida (DKP) sebagai inisiator dan divinyl benzene (DVB) sebagai coupling agent (zat penghubung) diharapkan dapat menghasilkan kompatibilitas campuran yang baik sehingga dapat menghasilkan material baru yang dapat dipergunakan untuk bahan peralatan otomotip, elektronika dan konstruksi bangunan. Disamping itu, dengan pemanfaatan serat pulp tandan kosong sawit (PTKS) sebagai bahan pengisi dalam matrik poliblen, pencampuran dengan menggunakan asam stearat sebagai pendispersi diharapkan dapat lebih meningkatkan sifat-sifat mekanik material baru sekaligus dapat berguna sebagai material peredam suara (panel acustik).
1.2. Perumusan Masalah
Bahan poliblend dapat dibuat dengan mencampurkan dua atau lebih bahan polimer sampai didapatkan campuran33homogen, baik dengan cara melarutkannya atau dalam mesin pengolah (internal mixer). Dalam hal ini poliblen polipropilena (PP) dengan karet alam SIR 10 atau karet sintetis EPDM tidak dapat membentuk campuran yang homogen, karena perbedaan viskositas kedua polimer tersebut cukup besar pada suhu leleh PP oleh karena itu dengan adanya DKP sebagai inisiator pada PP dan karet alam SIR 10 atau karet sintetis EPDM, diharapkan dapat berreaksi dengan DVB melalui gugus vinyl tak jenuh sehingga membentuk jaringan polimer atau crosslink diantara karet alam dan PP yang di harapkan dapat meningkatkan kompatibilitas bahan komponen poliblen tersebut. Kemudian dengan penambahan bahan pengisi serat PTKS yang bersifat polar dengan adanya bahan pengkompatibel asam stearat diharapkan diperoleh bahan material baru dengan sifat-sifat mekanik yang lebih tinggi dan lebih kompatibel sekaligus dapat berfungsi sebagai peredam suara (bunyi).
Maka yang menjadi permasalahan dalam penelitian ini adalah :
1. Apakah campuran antara karet alam SIR 10 atau karet sintetis EPDM,
dengan PP, DKP sebagai inisiator dan DVB sebagai zat pengkoupling dapat membentuk ikatan silang antara PP dengan karet alam SIR 10 atau dengan karet sintetis EPDM sehingga diperoleh bahan material termoplastik elastomer baru dengan sifat-sifat mekanik yang tinggi dan dengan kompatibilitas yang baik.
2. Apakah ada peningkatan sifat mekanik antara pencampuran karet alam
SIR 10 atau karet sintetis EPDM dengan PP , DKP sebagai inisiator dan DVB sebagai zat pengkoupling dengan penambahan bahan pengisi PTKS sehingga diperoleh material baru lebih kompatibel.
3. Apakah ada interaksi kimia atau fisika antara pencampuran karet alam SIR 10 atau karet sintetis EPDM dengan PP , DKP sebagai inisiator dan DVB sebagai zat pengkoupling dengan penambahan bahan pengisi PTKS dengan menggunakan asam stearat sehingga diperoleh material baru dengan sifat-sifat mekanik yang jauh lebih baik dan lebih kompatibel.
4. Bagaimanakah hubungan antara berat bahan pengisi terhadap sifat
mekanis dari poliblend dan koefisien penyerapan bunyinya.
1.3. Tujuan Penilitian
Dengan adanya permasalahan diatas maka penelitian ini bertujuan untuk :
1. Menyelidiki derajat kompatibilitas campuran antara karet alam SIR 10
dengan PP menggunakan inisiator DKP dan DVB sebagai zat pengcoupling sehingga diperoleh material baru yang bersifat termoplastik elastomer yang lebih baik dan lebih kompatibel .
2. Menyelidiki interaksi kimia atau fisika antara bahan pengisi serat tandan kosong sawit menggunakan atau tanpa menggunakan asam stearat sebagai
pendispersi dengan campuran PP dengan karet alam SIR 10 atau karet sintetis EPDM, dan inisiator DKP dengan adanya DVB sebagai bahan pengkoupling.
3. Menyelidiki teknik pencampuran antara bahan pengisi PTKS dengan
campuran PP dengan inisiator DKP dan DVB sebagai coupling agent.
4. Menyelidiki hubungan berat bahan pengisi PTKS dalam matrik
termoplastik elastomer dengan koefisien penyerapan bunyi.
1.4. Manfaat Penelitian.
Adanya penelitian ini diharapkan mempunyai manfaat sebagai berikut :
1. Pengembangan teknik pencampuran karet alam SIR 10 atau karet sintetis
EPDM dengan PP , DKP sebagai inisiator dan DVB sebagai zat pengcoupling diharapkan bermanfaat sebagai bahan material termoplastik elastomer baru yang dapat dipergunakan dalam bidang otomotif, konstruksi bangunan dan bahan elektronik yang tidak mudah pecah.
2. Pemanfaatan PTKS sebagai bahan pengisi dalam matrik termoplastik
elastomer untuk memperoleh material termoplastik elastomer baru yang mempunyai nilai tambah dalam bidang konstruksi bangunan, otomotip dan elektronik khususnya sebagai material peredam suara ( peredam bunyi).
1.5. Lokasi Penelitian.
Pencampuran PP dengan karet alam SIR 10 atau dengan karet sintetis EPDM menggunakan inisiator DKP , DVB sebagai coupling agent dan pendispersi asam stearat dengan bahan pengisi PTKS dilakukan dengan internal mixer dilaboratorium Polimer FMIPA-USU, uji tarik, uji impak, dilakukan dilaboratorim Penelitian FTeknik USU, sedangkan uji SEM dilakukan dilaboratorium Biologi UNP Padang,
DSC/TGA dan FT-IR Laboratorium Kimia Terpadu FMIPA USU Medan ,Koefisien penyerapan suara (bunyi) dilakukan di Laboratorium Elektronika Fakultas Teknik USU Medan.
1.6. Metodologi Penelitian.
Penelitian ini merupakan eksperimen laboratorium (Riserch Laboratory) dengan perlakuan pencampuran 50 gram Polipropilena (PP) / 50 gram Karet alam SIR 10 atau dengan karet sintetis EPDM, dan variasi konsentrasi DKP 0 – 3 phr (tanpa penambahan DKP adalah sebagai CONTROL) didalam internal mixer pada suhu 170oC selama 30 menit . Sementara sifat mekanis yang diukur adalah kekuatan tarik .
Penelitian ini adalah penelitian faktorial dengan 3 variasi konsentrasi dan 4 sifat mekanis (desain Faktorial 3 x 4). Replikasi dilakukan tiga kali untuk setiap perlakuan masing-masing sampel.
Pengambilan data dari film tersebut meliputi : 1. Tahap I
Pada tahap ini pencampuran 50 gram PP dengan 50 gram Karet alam SIR 10 dilakukan secara internal mixer pada suhu 170oC selama 30 minit dengan variasi konsentrasi DKP 1 – 3 phr untuk mendapatkan pengaruh konsentrasi DKP pada vulkanisasi karet, dan dikarakterisasi dengan uji kuat tarik. CONTROL
Hal yang sama dilakukan juga untuk pencampuran 50 gram Polipropilena / 50 gram Karet sintetis EPDM.
2. Tahap II.
Pada tahap ini 50 gram Polipropilena diinternal mixer pada 1700C sampai meleleh, kemudian ditambah 50 gram Karet alam SIR 10 ke dalam internal mixer sampai homogen, kemudian ditambah DKP dengan konsentrasi optimum yang diperoleh pada Tahap I sebelumnya dan ditambah DVB dengan perbandingan variasi konsentrasi
DVB masing-masing 1 sampai 4 phr . Karakterisasi dilakukan dengan uji tarik, impak, DSC/TGA, FT-IR, dan SEM, Koefisien penyerapan bunyi.
Hal yang sama dilakukan untuk pencampuran 50 gram PP / 50 gram Karet sintetis EPDM.
3. Tahap III.
Pada tahap ini 50 gram Polipropilena diinternal mixer pada 1700C sampai meleleh, kemudian ditambah 50 gram Karet alam SIR 10 ke dalam internal mixer sampai bercampur homogen, kemudian ditambah DKP dan DVB dengan konsentrasi optimum yang diperoleh pada percobaan Tahap II sebelumnya, kemudian ditambah PTKS dengan variasi berat 10 gram, 20 gram, 30 gram, 40 gram dan diinternal mixer sampai homogen. Karakterisasi dilakukan dengan uji tarik, uji impak, Daya serap air, Persentase ikat silang, DSC/TGA, FT-IR, dan SEM, Koefisien penyerapan bunyi. Hal yang sama dilakukan untuk pencampuran 50 gram PP / 50 gram Karet sintetis EPDM.
4. Tahap IV.
Pada tahap ini 50 gram Polipropilena diinternal mixer pada 1700C sampai meleleh, kemudian ditambah 50 gram Karet alam SIR 10 ke dalam internal mixer sampai bercampur homogen, kemudian ditambah DKP dan DVB dengan konsentrasi optimum yang diperoleh pada percobaan Tahap II sebelumnya, kemudian ditambah PTKS dengan variasi berat 10 gram, 20 gram, 30 gram, 40 gram dan Asam stearat sebanyak 6 gram.dan diinternal mixer sampai homogen. Karakterisasi dilakukan dengan uji tarik, uji impak, Daya serap air, Persentase ikat silang, DSC/TGA, FT-IR, dan SEM, Koefisien penyerapan bunyi.
Hal yang sama dilakukan untuk pencampuran 50 gram PP / 50 gram Karet sintetis EPDM.
Variabel-variabel yang digunakan adalah sebagai berikut : 1. Tahap I
Variable bebas :
- Variasi konsentrasi DKP 1, 2, dan 3 phr Variable tetap :
- Waktu pencampuran 30 menit
- Suhu pencampuran 1700 C
- Konsentrasi PP dan Karet alam masing-masing 50 gram.
Variable terikat ; - Uji kuat tarik 2. Tahap II
Variabel bebas :
- Variasi konsentrasi DVB masing-masing 1. 2, dan 3 phr, 4 phr. Variable tetap :
- Konsentrasi DKP.
- Waktu pencampuran 30 menit.
- Suhu pencampuran 170o C .
- Konsentrasi PP dan Karet alam masing-masing 50 gram.
Variable terikat :
- Karakterisasinya dengan uji tarik, uji impak, DSC/TGA, FT-IR, dan SEM,
Koefisien penyerapan bunyi. 3. Tahap III.
Variable bebas :
- Berat PTKS masing-masing 10, 20, 30, dan 40 gram. Variabel tetap:
- Konsentrasi DKP, dan DVB
- Waktu pencampuran 30 menit
- Suhu pencampuran 170o C.
- Ukuran partikel PTKS 80 mesh. Variable terikat.
- Karakterisasinya dengan uji tarik, uji impak, Daya serap air, Persentase ikat silang, DSC/TGA, FT-IR, dan SEM, Koefisien penyerapan bunyi. 5. Tahap IV
Variable bebas
- Berat PTKS masing-masing 10, 20, 30, dan 40 gram.
Variabel tetap
- Waktu pencampuran 30 menit
- Suhu pencampuran 170o C.
- Berat Polipropilena dan Karet alam masing-masing 50 gram
- Ukuran partikel PTKS 80 mesh.
- Berat Asam stearat 6 gram. Variable terikat.
Karakterisasinya dengan uji tarik, uji impak, Daya serap air, Persentase ikat silang, DSC/TGA, FT-IR, dan SEM, Koefisien penyerapan bunyi
