BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Polimer
TPE merupakan salah satu polimer yang bersifat elastis dan termoplastis, dan telah lama dimanfaatkan dalam keperluan sehari-hari, serta pemakaiannya semakin meningkat setiap tahunnya karena memiliki keunggulan dibandingkan vulkanizat elastomer, karena tidak memerlukan crosslink agent, proses pengerjaan lebih sederhana dan berlangsung lebih cepat, serta produknya dapat didaur ulang. Karet alam adalah elastomer alam yang berat molekulnya relatif tinggi dan oleh karena itu sulit dicetak panas tanpa perlakuan khusus. Karet alam merupakan salah satu bahan untuk membuat TPE yang diolah dengan cara konvensional atau teknik radiasi (Deswita, 2006).
Kata polimer berasal dari bahasa yunani yang artinya “banyak anggota”. Artian ini dapat diterapkan untuk molekul besar yang dibentuk dari unit yang lebih dengan jumlah yang relatif besar. Tetapi ini terbatas untuk material yang mana yang lebih kecil diikat bersamaan dengan ikatan kovalen.
2.2. Polietilena (PE)
Berbagai jenis termoplastik telah banyak digunakan untuk mempersiapkan termpolastik elastomer kompatibilitas tinggi. Ini termasuk polipropilen, low-density polyethylene, uv-low-low-density polyethylene, liniear low low-density polyethylene, dikloronasi polietilen, polistiren, poliamida, etilena-vinilasetat, kopolimer, dan polimetil metakrilat (Charoen dkk, 2006).
Polietilena adalah bahan termoplastik yang transparan, berwarna putih yang mempunyai titik leleh bervariasi antara 110-137oC. Umumnya polietilen bersifat resisten terhadap zat kimia. Pada suhu kamar, polietilena tidak larut dalam pelarut organik dan anorganik (Billmeyer, 1994).
Polietilena merupakan jenis plastik yang serba guna dengan sejarahnya yang sangat menarik, meskipun sekarang menjadi bahan kimia yang telah umum di temukan dirumah – rumah. Meskipun bahan mentah untuk membuat polietilena berasal dari batubara, sejenissumber daya yang tidak dapat diperbaharui kembali, polietilena menjadi bahan yang ramah lingkungan karena produk – produk polietilena bersifat tahan lama (awet) dan dapat didaur ulang.
Jenis-jenis polietilen dapat dilihat pada tabel 2.1 Tabel 2.1. Jenis – jenis Polietilen
Bentuk Akronim Karakteristik Kegunaan
Densitas
Polietilen dibuat dengan jalan polimerisasi gas etilen, yang didapat atau diperoleh dengan memberi hidrogen gas petrolium pada pemecahan minyak (nafta), gas alam atau asetilen (Surdia,T., 1992).
Beberapa jenis polietilen seperti Polietilen Densitas Rendah (LDPE = Low
Density Polyethylene), Linear – Low – Density polyethylene (LLDPE), Polietilena
densitas tinggi (HDPE = high density polyethylene), memiliki struktur rantai percabangan yang tinggi dengan cabang – cabang yang panjang dan pendek. Sedangkan HDPE high density polyethylene, mempunyai struktur rantai yang lurus, Linear – Low – Density polyethylene (LLDPE) memiliki rantai polimer yang lurus dengan rantai – rantai cabang yang pendek. Struktur polietilen dapat dilihat pada gambar 2.1
a. Polietilena densitas tinggi (high density polyethylene - HDPE)
Gambar 2.1 Struktur HDPE
HDPE dihasilkan dengan cara polimerisasi pada tekanan dan suhu yang rendah (10 atm, 50 – 700C). HDPE lebih laris dibanding LDPE, tahan terhadap suhu tinggi sehingga dapat digunakan untukproduk yang akan disterilisasi.Dalam pandangan dikenal dengan nama alathon, alkahtene, blapol, carag, fi-fax,hostalon.
b. Polietilen Densitas Rendah (LDPE = Low Density Polyethylene)
LDPE dihasilkan dengan cara polimerisasi pada tekanan tinggi, mudah dikleim dan harganya murah. Dalam perdagangan dikenal dengan nama alathon, dylan dan fortiflex. Kekuatan dan kuat tarik dari LDPE lebih rendah dari pada HDPE (modulus Young 20.000-30.000 psi, dan kuat tarik 1200-2000 psi), tetapi karna LDPE memiliki derajat elongasi yang tinggi (400-800%) maka plastik ini memiliki kekuatan terhadap kerusakan dan ketahanan untuk putus yang tinggi . titik lelehnya berkisar antara 105 – 1150C.
c. Linear – Low – Density polyethylene (LLDPE)
Gambar 2.3 Struktur LLDPE
Kopolimer etilen dengan sejumlah kecil butana, heksana atau oktana, sehingga mempunyai cabang pada rantai utama dengan interval (jarak) yang teratur.LDPE lebih kuat dari pada LDPE dan sifat heat.( curlee. 1991 )
Sebuah HDPE digunakan sebagai komponen campuran yang diproduksi oleh polietilen. HDPE adalah injeksi H600J 0,7 g 10-1 min (216 kg beban pada suhu 190oC dan kepadatan 0,07 g cm (Harper,2000).
Film dari HDPE juga dapat ditemukan sebagai tas di supermarket atau pun
departement store. Dua metode polimerisasi komersial yang paling sering
dipergunakan adalah dengan melibatkan katalis philips (didukung dengan heterogen katalis seperti titanium halida, titanium ester dan aluminium alkil yang didukung dengan bahan kimiwi yang inert seperti PE dan PP). Terutama berat molekul melalui kontrol suhu, dimana dengan suhu yang tinggi akan mengakibatkan penurunan berat molekul dukungan dari katalis dan kimia juga merupakan faktor terpenting dalam mengkontrol dalam pendistribusi berat dan molekul – molekulnya (Harper, 2000).
2.3 Plastik
Plastik ada yang bersifat termoplastik dan termoset.Material termoplastik berbobot molekul tinggi dan tidak berikatan silang, struktur bahan termoset ada yang linier dan becabang.Jika dipanaskan terbentuk cairan kental yang dapat di cetak. Pada material termoset, rantai polimer bergabung melalui ikatan kovalen membentuk jaringan (berikat silang). Bahan termoset tidak dapat kembali kebentuk semula, tetapi dapat diperoses ulang pada pemanasan pada suhu tinggi. Barang termoplastik paling banyak digunakan sehari-hari, serta mempunyai nilai ekonomis yang tinggi. Penggunaanya tidak saja untuk keperluan rumah tangga, kemasan, bangunan dan konstruksi, alat - alat elektronika dan telekomunikasi, alat - alat listrik, alat - alat kantor dan sekolah, alat - alat kedokteran, sandang dan dekorasi, transportasi dan mainan anak - anak, tetapi juga digunakan untuk komponen mesin, satelit, komputer, vidio dan pesawat terbang(Wiwoho, 1986).
Banyak bahan kebutuhan diolah dari bahan plastik. Alasannya begitu luasnya penggunaan plastik secara industri karena sifat - sifatnya yang unggul dan mudah diolah (wirjosentono, 1995).
Sifat - sifat plastik adalah :
1. Tahan terhadap korosi dan suhu rendah (atmosfir) ataupun zat kimia. 2. Berat jenis cukup rendah,
3. Ulet dan kuat,
4. Kebanyakan bahan termoplastik mulai melunak pada suhu yang sangat rendah.
Plastik dibagi menjadi dua klasifikasi utama berdasarkan pertimbangan - pertimbangan ekonomis dan kegunaannya :
1. Plastik komoditi.
Plastik komoditi pada prinsipnya terdiri dari empat jenis polimer utama : a. Polietiena
b. polipropilena (vinil klorida) c. polistirena.
Plastik komoditi dicirikan oleh volumenya yang tinggi dan harganya yang murah.Sering dipakai dalam bentuk barang yang bersifat buang seperti lapisan pengemas, namun ditemukan juga pemakaiannya dalam barang –barang tahan lama
2. Plastik teknik
2.4 Komposit
Berdasarkan bentuk penguatnya, secara garis besar komposit diklasifikasikan menjadi tiga macam yaitu :
- Komposit Partikel (Particulate Composites)
Merupakan komposit yang menggunakan partikel serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara merata dalam matriknya. Komposit partikel banyak dibuat untuk bahan baku industri. Proses produksi yng mudah juga menjadi salah satu pertimbangan bila komposit akan diproduksi massal.
- Komposit Serat (Fibrous Composite)
Merupakan komposit yang terdiri dari serat dan matris. Fungsi utama dari serat adalah sebagai penopang kekuatan dari komposit, sehingga tinggi rendahnya kekuatan komposit sangat tergantung dari serat yang digunakan, karena tegangan yang dikenakan pada komposit mulanya diterima oleh matrik akan diteruskan kepada serat, sehingga serat akan menahan beban sampai beban maksimum.
- Komposit Lapis (Laminates Composite)
Jenis komposit ini terdiri dari dua lapisan atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisannya memiliki karakteristik sifat sendiri.Contoh komposit ini yaitu bimetal, pelapisan logam, kaca yang dilapisi, dan komposit lapis serat (Jones, 1975).
2.5 Karet Sintetis
Karet sintetis sebagian besar dibuat dengan mengandalkan bahan baku minyak bumi. Berdasarkan pemanfaatannya, ada dua macam karet sintetis yaitu karet sintetis yang digunakan secara umum dan karet sintetis yang digunakan secara khusus. Jenis karet sintetis untuk keperluan khusus karena memiliki sifat yang khusus yang tidak dimiliki karet sintetis jenis umum, seperti ketahanan terhadap minyak, oksidasi, panas atau suhu tinggi, serta kedap terhadap gas.
Ada beberapa alasan yang melatar belakangi diproduksinya karet sintetis:
1. Untuk mencapai kemandirian dalam membentuk produk yang sampai sekarang hanya didapat dari produk alam
2. Untuk memenuhi permintaan yang semakin besar
3. Untuk memperoleh sifat karet yang tidak dimiliki oleh produk alam, seperti ketahanan menggembung dalam minyak, ketahanan terhadap temperatur ekstrim dan ketahanan terhadap pengaruh buruk ozon( Blackley, 1983).
2.6 Karet Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM)
Adapun sifat – sifat dari karet EPDM diantaranya yaitu : 1. Memiliki ketahanan yang baik terhadap oksigen 2. Memiliki ketahanan yang baik terhadap sinar UV 3. Memiliki ketahanan yang baik terhadap ozon 4. Tidak tahan terhadap minyak, uap, dan air
5. Mengembang dalam pelarut halogen, alifatik, dan aromatis 6. Stabil terhadap radiasi
7. Sangat tahan lama ( umur yang panjang)
Berikut adalah struktur dari karet EPDM yang ditunjukkan pada Gambar 2.4
Gambar 2.4 Struktur EPDM
Karet EPDM banyak digunakan dalam pembuatan segel jendela, segel pintu, mobil yang dibentuk melalui variasi ekstruksi(Simpson, 2002).
2.7 Karet Alam
CH2 = C - CH = CH2
CH3
Gambar 2.5 Struktur Isoprena (Stevens, 2007).
Karet alam merupakan suatu senyawa hidrokarbon alam yang memiliki rumus empiris ( C5H8 )n. Hidrokarbon ini membentuk lateks alam yang membentul globula – globula kecil yang memiliki diameter sekitar 0,5 µ (5.10-5 cm) yang tersuspensi di dalam medium air atau serum, dimana konsentrasi hidrokarbon adalah sekitar 35% dari total berat. Partikel hidrokarbon ini tentunya akan bersenyawa dan tidak menutupi konstituen non-karet, yang merupakan protein, dimana protein ini akan diadsorpsi pada permukaannya dan berfungsi untuk melindungi koloid. Dari lateks ini karet padat dapat diperoleh baik dengan pengeringan air maupun dengan pengendapan dengan menggunakan asam. Cara terakhir ini dapat digunakan dengan menghasilkan karet yang lebih murni, karena akan lebih banyak meninggalkan konstituen non-karet di dalam serum ( Treolar, 1958 ).
Karet adalah polimer hidrokarbon yang terkandung pada lateks beberapa jenis tumbuhan. Sumber utama produksi dalam perdagangan internasional adalah para atau Hevea brasiliensis (suku Euphorbiaceae).
2.8 Keunggulan Karet Alam Dibandingkan dengan Karet Sintetik
Adapun keunggulan – keunggulan yang dimiliki karet alam dibanding karet sintetis adalah :
1. Memiliki daya elastis atau daya lenting yang sempurna,
2. Memiliki plastisitas yang baik sehingga pengolahannya mudah, 3. Mempunyai daya aus yang tinggi,
4. Tidak mudah panas (low heat build up), dan
Walaupun demikian, karet sintetis memiliki kelebihan seperti tahan terhadap berbagai zatkimia dan harganya yang cenderung dapat dipertahankan supaya tetap stabil. Karet sintetis sebagian besar dibuat dengan mengandalkan bahan baku minyak bumi. Biasanya tiap jenis memiliki sifat tersendiri yang khas. Ada yang tahan tehadap panas atau suhu tinggi, minyak, pengaruh udara, dan bahkan ada yang kedap gas ( Tim Penulis PS, 2004 ).
2.9 Kompatibilitas Campuran Polimer
Kompatibilitas didefenisikan sebagai besaran untuk menjelaskan pencampuran polimer dengan polimer lain atau pencampuran polimer dengan bahan aditif. Bila suatu bahan pengisi dengan kompatibilitas tinggi terhadap bahan polimer maka menunjukkan terjadinya pencampuran yang sempurna antara kedua bahan yang bercampur. Kompatibilitas suatu campuran polimer akan meningkat oleh zat pemlastis yang ditambahkan pada proses pengolahan (Wirjosentono, 1997).
2.10 Bahan Pengisi
Pengisi digunakan secara luas sebagai bahan tambahan pada komposisi polimer. Pengisi digunakan dalam semua plastik karet alam dan sintesis dan dalam pelapis. Bahan pengisi inert di tambahkan pada komposisi polimer untuk memperbaiki sifat untuk mengurangi biaya atau harga. Pada pencampuran dengan resin, bentuk campuran heterogen yang dapat dicetak dibawah pengaruh panas atau tekanan dan atau keduanya. Ada tiga jenis pengisi yaitu :
1. Pengisi untuk memperkuat
2. Pengisi aktif
Bahan pengisi yang dapat meningkatkan sifat mekanik disebut pengisi aktif dan yang tidak dapat meningkatkan disebut pengisi tidak aktif.Pengisi aktif (karbon hitam, silika gel) lebih kuat pada elastomer sintetik dan karet sehingga dapat meningkatkan kekuatannya hingga 10 - 20 kali.
3. Pengisi tidak aktif
Pengisi ini digunakan untuk mengurangi biaya bahan dan memperbaiki hasil cetakan akhir. Pengisi yang mengandung kayu dan bahan lain yang serupa dengan ukuran dan bentuk yang berbeda. Pengisi tidak aktif berupa organik dan anorganik.Pengisi dibagi duayaitualami dan sintetis (Bhatnagar, 2004).
Syarat suatu bahn pengisi menurut Morton (1987), yaitu : 1. Ukuran partikel
100- 500�̇ : dikatakan penguat
1000 – 5000 �̇ : dikatakan serat penguat
>5000 �̇ : dikatakan non filler
2. Inert atau tidak mudah bereaksi
3. Mempunyai muatan tetap, menentukan muatan positif dan negatif partikel yang berguna untuk dispersi supaya kuat dan tahan terhadap kikisan
4. Kristalinitas tinggi yang dapat di ukur dengan alat difraksi sinar – X
2.11 Tandan Kosong Kelapa Sawit
Gambar 2.6 Tandan kosong kelapa sawit
Berikut adalah komposit dari tandan kosong kelapa sawit. Tabel 2.2 komposisi kimia dari Tandan Kosong Kelapa Sawit
Komponen Nilai (%)
Selulosa 42,7 – 65
Lignin 13,2 – 25,31
Hemiselulosa 17,1 – 33,5 Holoselulosa 68,3 – 86,3
Abu 1,3 – 6,04
Tabel 2.3 Sifat Fisika Tandan Kosong Kelapa Sawit
Sifat Nilai
Diameter (µm) 150 – 500
Mikrofibril (“) 46
Densitas (g/cm3) 0,7 – 1,55
Kekuatan tarik (Mpa) 50 – 400
Modulus Young (Gpa) 0,57 – 9
Perpanjangan putus (%)) 4 – 18
Daya regang (%) 13,71
Perpanjang berat serat (mm) 0,99
Ketebalan sel-dinding (µm) 3,38
Kekerasan serat (mg/m) 1,37
Sumber : Shinoja. 2010
Serat alam lebih dipilih dibandingkan serat buatan, karena serat alam memiliki berupa kelebihan diantaranya adalah kaku, murah, ringan, tidak beracun, tersedia dalam jumlah yang banyakdanramahlingkungan(Harry,2012).
2.12 Gliserol Monostearat (GSM)
Gliserol monostearat (GMS) merupakan senyawa ester yang dihasilkan dari reaksi esterifikasi antara gliserol dengan asam stearat. Pembuatan gliserol stearat ini dilakukan dalam range temperature 1400o-1900oC dengan waktu yang digunakan untuk percobaan adalah 8 jam, kondisi optimal dihasilkan pada temperatur 1800o
O
C dengan waktu reaksi 8 jam yaitu diperoleh ester 94,58% katalis yang digunakan katalis asam (HCl) dan basa (KOH) dengan konsentrasi 0.75%(Hilyatidkk, 2001).
O OH
OHGambar 2.7 Struktur Gliseril monostearat
Reaksi esterifikasi ini dapat juga dilakukan dengan enzim dalam busa yang melibatkan udara / air permukaan menghasilkan produk dalam proporsi yang berbeda dibandingkan dengan yang dihasilkan oleh solusi misel terbalik dan pelarut bebas system.Tidak adanya monogliserilda dalam busa disebabkan karena oriental yang disukai dari asam stearat dan tidak adanya surfaktan pada konversi dari asam lemak ke dalam busa adalah sekitar 80%(Oh dkk, 1992).
2.13. Karakterisasi Polimer
Karakterisasi polimer jauh lebih rumit daripada karakterisasi senyawa-senyawa dengan berat molekul rendah. Fokus utama yang dilakukan kimiawan untuk mengkarakterisasi senyawa polimer ditempatkan ke metode-metode spektroskopik dan termal karena paling sering dipakai oleh ilmuwan polimer. Disini juga akan menyinggung analisis permukaan maupun pengujian mekanik dan elektrik.
Karakterisasi yang dilakukan untuk mengetahui dan menganalisa campuran polimer. Karakterisasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah menggunakan DSC (Differential Scanning Calorimetry), FT-IR (Faurier
Transform Infrared Spectroscopy), SEM (Scanning Electron Microscopy) dan uji
tarik.
2.13.1. SEM (Scanning Electron Microscopy)
Scanning Elektron Microscopy (SEM) merupakan alat yang dapat membentuk bayangan permukaan. Struktur permukaan suatu benda uji dapat dipelajari dengan mikroskop elektron pancaran karena jauh lebih mudah mempelajari struktur permukaan itu secara langsung (Nur, 1997).
Aplikasi – aplikasi yang khas mencakup penelitian dispersi-dispersi pigmen dalam cat, pelepuhan atau peretakan koting, batas-batas fasa dalam polipaduan yang tidak dapat bercampur, struktur sel busa-busa polimer, dan kerusakan pada bahan perekat. SEM teristimewa berharga dalam mengevaluasi betapa penanaman (implant) bedah polimerik bereaksi baik dengan lingkungan bagian tubuhnya (Stevens, 2001).
2.13.2. UjiKekuatan Tarik
Sifat mekanik biasanya dipelajari dengan mengamati sifat kekuatan tarik (σt) menggunakan alat pengukur tensometer dan dinamometer, bila terhadap bahan diberikan tegangan. Kekuatan tarik mengacu pada ketahanan terhadap tarikan.
. Kekuatan tarik diukur dengan menarik sekeping polimer dengan dimensi yang seragam. Kekuatan tarik diartikan diartikan sebagai besarnya beban maksimum (Fmaks) yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen bahan, dibagi dengan luas penampang bahan. Karena selama di bawah pengaruh tegangan, spesimen mengalami perubahan bentuk (deformasi) maka definisi kekuatan tarik dinyatakan dengan luas penampang semula (Ao) (Wirjosentono, 1995).
�� = ������ ……… (1)
Selama deformasi, dapat diasumsikan bahwa volume spesimen tidak berubah sehingga perbandingan luas penampang semula dengan penampang setiap saat. Kemuluran (ε) sebagai nisbah pertambahan panjang terhadap panjang spesimen semula. Tekanan tarik (tensile stress) sebagai rasio dari gaya observasi ke area perpotongan silang dari spesimen yang tidak meregang. Kemuluran dapat dihitung dengan persamaan :
Dimana L merupakan panjang spesimen setelah diuji kemulurannya dan Lo merupakan panjang mula-mula spesimen sebelum dilakukan uji kemulurannya dengan satuan milimeter (mm). Kecepatan standar untuk uji-tegang dari karet mesin adalah 500 ± 50 mm (20 ± 2 inch) per menit. Kekuatan tarik dari karet alam, turun secara drastis pada suhu kristis antara 40oC dan 130oC. Hal ini dihubungkan ke ukuran dari retakan yang terjadi secara alami (Morton, 1987).
Hasil pengamatan sifat kekuatan tarik ini dinyatakan dalam bentuk kurva tegangan, yaitu grafik antara beban dengan luas penampang terhadap perpanjangan bahan (regangan), yang disebut kurva regangan-tegangan. Bentuk kurva regangan tegangan ini merupakan karakteristik yang menunjukkan indikasi sifat mekanik bahan yang lunak, keras, kuat, lemah, rapuh atau liat. (Wirjosentono, 1995).
2.13.3 Uji Koefisien Serap Bunyi
Koefisien serap bunyi adalah suatu penentuan bagaimana suatu material (bahan) dapat menyerap suara dengan baik. Ketika gelombang suara memukul sebuah bahan, sebagian dari energi suara dipantulkan kembali ketika sebagian lagi diserap oleh material. Tabung impedansi dapat digunakan untuk menentukan koefisien serap bunyi ( Neithalath.N,2002 ).
Koefisien absorpsi suatu material diukur dengan pengangkaan dari 0 sampai 1. Elemen dengan koefesien absorpsi 0 artinya memiliki kemampuan serap 0 atau sangat memantul. Sebaliknya elemen dengan koefisien absorbsi 1 adalah elemen dengan kemampuan absorpsi sangat baik atau 100% ( Mediastika, 2008).
Power Amplifier Acoustics material Testing
2716C 3560C - 529
Impedance Tube Kit 4206
Gambar 2.8 Diagram alat pengukuran koefisien absorbansi dengan tabung Impedensi
Rangkaian alat terdiri dari :
1) Power Amplifier 2716C: Untuk menguatkan gelombang bunyi
2) Impedance Tube kit 4206; Sebagai tempat pengukuran koefesien serapan sampel
3) Komputer; Untuk mengelolah dan menampilkan data pengujian.
Sumber bunyi dihasilkan Acoustic material testing, dikuatkan oleh power amplifier, kemudian diteruskan ketabung impedansi. Interferensi bunyi yang terjadi ditangkap oleh kedua mikrophon, dianalisa oleh Acoustic material testing dan diolah serta ditampilkan oleh komputer (Khuriati.A. 2006).
Koefisien adsorbs dihitung dengan:
α = I – (R)2 (2.3)
dimana :
R : merupakan koefesien pemantulan yang dihitung untuk frekuensi dengan jarak 100 sampai 1600Hz dengan menggunakan persamaan :
R = ejkd 1 − ejk d 2p
e− jkd 2p− e−jkd 1 2.4)
Komputer
Dimana : d1dan d2
J adalah√−1,
adalah jarak permukaan spesimen dari mikrofon pertama dan kedua.
k adalah nomor gelombang (perbandingan angular dari frekuensi dengan kecepatan gelombangan dalam medium).
