STABILISASI OKSIDASI TERMAL PADA NANOKOMPOSIT POLIPROPILENA/MONTMORILONITE DENGAN
ANTIOKSIDAN KOMERSIAL DAN SINTESA ANTIOKSIDAN AMINA AROMATIS
SEBAGAI STABILISER YANG SUBSTANTIF PADA KARET
ALAM SIKLIS
DISERTASI Oleh
AROFAH MEGASARI SIREGAR 098103004/KIM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2016
STABILISASI OKSIDASI TERMAL PADA NANOKOMPOSIT POLIPROPILENA/MONTMORILONITE DENGAN
ANTIOKSIDAN KOMERSIAL DAN SINTESA ANTIOKSIDAN AMINA AROMATIS
SEBAGAI STABILISER YANG SUBSTANTIF PADA KARET
ALAM SIKLIS
DISERTASI Oleh
AROFAH MEGASARI SIREGAR 098103004/KIM
PROGRAM DOKTOR ILMU KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2016
Judul Disertasi : STABILISASI OKSIDASI TERMAL PADA NANOKOMPOSIT OLIPROPILENA/MONMORILONITE DENGAN ANTIOKSIDAN KOMERSIAL DAN SINTESA ANTIOKSIDAN AMINA AROMATIS SEBAGAI STABILISER YANG SUBSTANTIF PADA KARET ALAM SIRKLIS
Nama Mahasiswa : Arofah Megasari Siregar Nomor Pokok : 098103004
Program Studi : Ilmu Kimia
Menyetujui:
Komisi Pembimbing
Promotor
(Prof. Dr. Zul Alfian, M.Sc.)
(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D)
Co-Promotor Co-Promotor
(Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc)
Ketua Program Studi Dekan
(Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D) (Dr. Kerista Sebayang, MS )
Tanggal Lulus : 21 September 2016
Telah diuji pada
Tanggal : 21 September 2016
____________________________________________________________________
PANITIA PENGUJI DISERTASI
PROMOTOR : Prof.Dr. Zul Alfian, MSc
Anggota 1. Prof.Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D 2. Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc 3. Prof.Dr. Harlem Marpaung
4. Eddyanto, Ph.D
5. Prof.Dr. Yunazar Manjang
PERNYATAAN ORISINILITAS
STABILISASI OKSIDASI TERMAL PADA NANOKOMPOSIT POLIPROPILENA/MONTMORILONITE DENGAN
ANTIOKSIDAN KOMERSIAL DAN SINTESA ANTIOKSIDAN AMINA AROMATIS
SEBAGAI STABILISER YANG SUBSTANTIF PADA KARET
ALAM SIKLIS
DISERTASI
Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya Disertasi ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang setiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, 21 September 2016
Arofah Megasari Siregar NIM: 098103004
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis sampaikan ke hadirat Allah SWT, atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisann disertasi ini. Pada kesempatan ini ucapan terima kasih yang sebesar- besarnya saya sampaikan kepada Komisi Pembimbing, yaitu Prof.Dr. Zul Alfian,M.Sc. selaku promotor, dan Prof Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D serta Dr.Hamonangan Nainggolan, M.Sc. sebagai Co-promotor atas segala bantuan, arahan, dan bimbingan selama perencanaan penelitian, pelaksanaan penelitian sampai penyelesaian disertasi ini. Ucapan terima kasih yang setinggi-tingginya juga penulis sampaikan kepada yang terhormat :
Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Runtung Sitepu, SH, M.Hum yang telah memberikan kesempatan pada saya untuk mengikuti program pendidikan Doktor dalam bidang Ilmu Kimia pada Fakultas MIPA USU.
Kepala Lembaga Penjaminan Mutu Pendidikan Sumatera Utara yang telahmemberikan kesempatan dan izin belajar kepada saya untuk mengikuti program penndidikan Doktor dalam bidang Ilmu Kimia pada Fakultas MIPA USU.
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Dr. Kerista Sebayang atas bantuan dalam proses administrasi yang baik di Fakultas MIPA USU.
Ketua Program Studi S3 Ilmu Kimia FMIPA USU, Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D atas segala fasilitasi yang diberikan kepada penulis.
Semua pihak yang telah turut membantu dan berjasa dalam penyelesaian penelitian dan penulisan disertasi ini sehingga dapat diselesaikan yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.
Akhirnya secara khusus ucapan terima kasih yang tulus dan ikhlas penulis sampaikan kepada Keluarga Alm. Ahmad Mawardi Siregar, suami dan ananda tercinta Bisma, S.Si. dan Nurul Ladhuni Sofi untuk semua kasih sayang, dukungan dan bantuan baik materil, moril serta doa restu sehingga disertasi ini selesai.
Medan, 16 september 2016
Penulis,
Arofah Megasari Siregar
STABILISASI OKSIDASI TERMAL PADA NANOKOMPOSIT POLIPROPILENA /MONTMORILONITE DENGAN
ANTIOKSIDAN KOMERSIAL DAN SINTESA ANTIOKSIDAN AMINA AROMATIS
SEBAGAI STABILISER YANG SUBSTANTIF PADA KARET
ALAM SIKLIS
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian penggunaan antioksidan komersial untuk stabilisasi oksidasi termal pada polimer PP dan nanokomposit PP/MMT dan modifikasi antioksidan senyawa amina aromatis dengan metode Michael addition dan Friedel Craft’s menghasilkan antioksidan yang dapat diikatkan pada rantai karet alam siklis. Preparasi nanokomposit dilakukan dalam internal mixer pada temperatur 180oC selama 10 menit dan kecepatan rotor 65 rpm. Pengukuran derajat derajat degradasi oksidasi diukur melalui besarn indeks karbonil menggunakan FTIR.
Pengaruh konsentrasi antioksidan juga telah dilakukan dalam penelitian ini. Produk modifikasi antioksidan tersebut dianalisa dengan metode FTIR. Efektifitas antioksidan baru ini akan dibandingkan dengan antioksidan konvensional dengan uji FTIR. Diperoleh hasil bahwa antioksidan Piperidinol dan B225 yang merupakan campura Irganox 1010/ Irganox 1076 1:1 sangat efektif untuk menahan laju degradasi pada polipropilena dan nanokomposit PP/MMT. Sedangkan antioksidan irganox acid dan Irganox Alkohol kurang efektif.
Kata kunci : Stabilisasi , Antioksidan,, degradasi oksidasi, , FTIR, faktor stabilisasi.
STABILISASI OKSIDASI TERMAL PADA NANOKOMPOSIT THERMAL OXIDATION STABILIZATION OF THE NANOCOMPOSITE
POLYPROPYLENE / MONTMORILONITE WITH ANTIOXIDANTS COMMERCIAL AND SYNTHESIS
OF AROMATIC AMINES AS STABILISER THE SUBSTANTIVE AT CYCLICAL
NATURAL RUBBER
ABSTRACT
Research has been done using the commercial antioxidants for the stabilization of thermal oxidation on the polymer nanocomposite PP and PP / MMT and modified aromatic amine antioxidant compound by the method of Michael addition and Friedel Craft's to produce antioxidants that can be tied to a chain of natural rubber cyclically. Nanocomposite preparation is done in an internal mixer at a temperatureof 180 C for 10 min and rotor speed of 65 rpm. Measurement of the degree of degradation degree of oxidation was measured by using FTIR besarn carbonyl index. Effect of antioxidant concentration has also been carried out in this research. Modification of antioxidant products were analyzed by FTIR method. This new antioxidant effectiveness in comparison with conventional antioxidants with FTIR test. The results obtained indicate that the antioxidant Piperidinol and B225 which is a mixture of Irganox 1010 / Irganox 1076 1: 1 is very effective to restrain the rate of degradation of the nanocomposite polypropylene and PP / MMT. While the antioxidant Irganox acid and Irganox Alcohol less effective
Keywords : Stabilization, Antioxidant, oksidation degradation, FTIR, stabilization factor.
.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR i
ABSTRAK ABSTRACT
iii iv DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR
vii viii
BAB 1 PENDAHULUAN 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Identifikasi Masalah 4
1.3 Perumusan Masalah 4
1.4 Pembatasan Masalah 4
1.5 Tujuan Penelitian 4
1.6 Manfaat Penelitian 5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 6
2.1 Komposit dan Nano Komposit 2.1.1 Material Penyusun Komposit 2.1.2 Nanokomposit
2.1.3 Pembuatan Nano Komposit
2.1.4 Bahan Pengisi (Filler) Nanokomposit
6 7 7 8 9 2.2 Polipropilena
2.2.1 Sifat-sifat Kimia dan Fisika Polipropilena 2.2.2 Grafting Polipropilena
2.2.3 Penggunaan Polipropilena
11 14 15 17 2.3 Montmorilonit (MMT)
2.3.1 Struktur dan Sifat Kimia Montmorillonit 2.3.2 Modifikasi Montmorillonit
2.3.2.1 Modifikasi Monmorillonit dengan Pertukaran Ion
18 19 20 20
2.3.2.1 Modifikasi Montmorilonit Secara Organik 2.3.3 Pemanfaatan Montmorillonit
22 25 2.4 Karet Alam Siklis
2.4.1 Cara Pembuatan Karet Alam Siklis 2.4.2 Reaksi Siklisasi
2.4.3 Degradasi Polimer dan Pemutusan Rantai (Chain Selson)
25 28 30 34
2.5 Antioksidan 34
2.6 Mekanisme Reaksi Oksidasi Polimer 35
2.7 Fouruer Transform Infrared (FTIR) 37
BAB 3 METODE PENELITIAN 39
3.1 Waktu dan Tempat 39
3.2 Alat dan Bahan 39
3.2.1 Alat 39
3.2.2 Bahan 40
3.3 Prosedur Penelitian
3.3.1 Persiapan Polipropilena Montmorillonit Nanokomposit
3.3.2 Uji Degradasi Terhadap Nanokomposit Polipropilen Montmorillonit 3.3.3 Preparasi Film Lapisan Tipis dan PP/MMT untuk Analisis FTIR 3.3.4 Analisis Laju Alir Leleh (Melt Index, MFI)
3.3.5 Modifikasi Antioksidan Amina Aromatis
41 41 42 42 42 43
3.4 Prosedur Kerja 44
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Spektra Infrared Film Polipropilena
47 47 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
60 60
5.2 Saran 60
DAFTAR PUSTAKA 61
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman Tabel
Tabel Tabel Tabel Tabel
2.2 Harga Rata-rata Kapasitas Tukar Kation 3.1 Alat-alat yang digunakan
3.2 Bahan-bahan yang Digunakan
3.3 Komposisindan Kondisi Sampel PP/MMT/PP-c-MA/AO 4.1 Perbandingan Puncak Serapan Infrared
21 39 40 41 48
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman Gambar
Gambar
Gambar Gambar Gambar Gambar
Gambar
2.6 Struktur Polipropilena
2.10 Reaksi Kimia dari Grafting PP dan MA dengan Adanya Coagen TRIS
2.11 Mekanisme Kerja Fungsionalisasi dari Polar 2.1 Struktur Montmorilonit (Othmer, 1964)
2.2 Jenis-jenis Senyawa Alkil Ammonium (MorganA,B, 2007) 2.3 Skema Modifikasi Secara Organik dari Elay Menggunakan Kation Alkilamonium
2.4 Jenis-jenis Nanokomposit yang Terbentuk Akibat Interaksi Polimer dengan Lapisan Silikat (Olad, 2010)
11
16 16 19 23 23 24 Gambar
Gambar Gambar Gambar Gambar
Gambar Gambar
2.5 Reaksi Degradasi Hofmann dari Alkil Amonium pada Permukaan Clay dan Kestabilan Termal dari Kation Imidazolium (morgan,A B
2017)
2.2 Struktur Kimia Karet Alam Siklis (CNR) 2.3 Struktur dan Fisik Karet Alam dan CNR 2.4 FITR
4.1 Spektra Infrared Film Polipropilena sebelum Diekspose dalam Panas oven
4.2 Spektra Infrared Film Polipropilena Teroksidasi setelah Diekspose
dalam Panas Oven Selama 125 Jam
4.11 Mekanisme Penstabilan Senyawa Radikal oleh Hindered Fenol
24 28 23 37 47 47 55
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Polipropilene (PP) merupakan komoditi poliolefin komersial yang utama digunakan sebagai bahan baku dalam berbagai industri dan teknologi dikarenakan keunggulan sifat fisik kimia, lebih mudah diperoleh dengan harga yang relatif murah. Akan tetapi, polipropilena juga banyak memiliki keterbatasan sifat fisik kimia seperti rendahnya ketahanan panas dan lebih mudah rapuh akibat degradasi di udara bebas. Sekarang ini dunia industri dan para peneliti banyak yang mengembangkan material nanokomposit polipropilena/montmorrilonite sebagai bahan baru yang diharapkan tahan terhadap panas. Hal ini terjadi karena kelebihan material nano-clay yang mampu menyebar pada matriks polipropilena secara merata dengan kehadiran berbagai zat penyerasi seperti polipropilena-cangkok-anhidrat maleat.
Bahan bahan yang terbuat dari polipropilena ini sangat rentan dan mudah terjadi kerusakan (degradasi), baik saat proses pengolahan maupun saat penggunaannya, yang dipengaruhi oleh intensitas cahaya, panas, oksigen, kelembaban, ozon, dan sebagainya. Proses degradasi polipropilena menyebabkan menurun kualitas sifat kimia, fisika, dan mekanik polipropilena dan berakibat menjadi tidak tahan lama penggunaannya. Oleh karena itu, dari sudut kepentingan industri dan teknologi serta ilmu pengetahuan studi degradasi stabilisasi terhadap bahan polimer sangat penting dilakukan. Banyak peneliti telah melakukan dan mengkaji penelitian tentang fotodegradasi disamping degradasi oksidasi termal.
Pencegahan proses degradasi oksidasi termal yang sering dilakukan adalah dengan penambahan antioksidan (AO). Akan tetapi penggunaan antioksidan yang memiliki berat molekul kecil juga tidak efektif karena dapat terjadi kerugian fisik akibat penguapan, migrasi karena terbaa pelarut air dan lain-lain. Untuk mengatasi hal ini maka dibuat dua metode, pertama, dengan cara meningkatkan berat molekul antioksidan yang digunakan seperti yang sudah banyak digunakan di kalangan
industri. Telah banyak antioksidan dengan berat molekul tinggi yang sudah diproduksi secara komersial, seperti Irgnonox-1010 dan Irganox 1076, Wingstay, dan BHT. Pendekatan kedua adalah dengan cara mencangkokkan (grafting) suatu antioksidan reaktif , senyawa antioksidan acrylic, pada polimer induk. Senyawa senyawa hindered fenol, sebagai contoh, telah dicangkokkan pada berbagai rani polimer poliolefin dengan cara proses leleh menggunakan inisiator organik yang sesuai.
Karet alam siklis (cyclic natural rubber, CNR) merupakan hasil modifikasi karet alam yang menjadi salah satu produk unggulan industri hilir karet. Karet alam siklis memiliki potensi yang cukup besar untuk digunakan sebagai bahan baku perekat (adhesive) dan cat karena memiliki sifat fisik yang khas, yaitu ringan, kaku, dan tahan terhadap abrasi (daya gesek) serta mempunyai daya rekat yang baik terhadap logam, kayu, karet, kulit, tekstil dan kertas (Departemen perindustrian, 2009). Dalam industri, karet alam siklis banyak digunakan sebagai bahan resin dalam pembuatan cat, tinta dan sebagai bahan perekat.
Akan tetapi karet alam siklis ini sangat rentan (vulnerable) terhadap reaksi oksidasi degradasi oleh senyawa ozon, oksigen atau terhadap sinar utraviolet (uv).
Oleh karena itu penyimpanan CNR dalam waktu relatif lama akan menyebabkan terjadinya perubahan sifat fisik dan kimia CNR atau degradasi yang ditunjukan oleh perubahan warna menjadi kecoklatan, lebih keras dan mempengaruhi kelarutan karet alam siklis ini dalam pelarut-pelarut organik. Reaksi oksidasi degradasi pada polimer dapat terjadi dengan mudah yang banyak dipengaruhi oleh struktur kimia, pemanasan dan penyinaran dan dengan mudah menyebabkan terjadinya pemutusan rantai atau reaksi silang rantai (cros-linking) (Al-Malaika, 1983).
Metode untuk menghasilkan produk polimer yang stabil terhadap serangan ozon dan oksigen sangat penting. Salah satu metode yang efektif adalah dengan penggunaan antioksidan yang ditambahkan atau diikatkan pada produk polimer.
Meskipun banyak antioksidan yang tersedia untuk mencegah atau memperlambat reaksi oksidasi degradasi seperti senyawa-senyawa amina dan fenol, akan tetapi tidak
efektif dalam penggunaannya karena permasalahan mudah menguap dan mudah terbawa oleh pelarut (leaching).
Salah satu metode untuk mempertahankan keberadaan dan fungsi antioksidan pada suatu polimer adalah dengan cara mengikat molekul antioksidan dengan cara mereaksikan senyawa antioksidan pada rantai polimer. Keberuntungan dengan terbentuknya polimer-antioksidan (Polimer-grafted-AO) diharapkan akan mampu memproteksi serangan ozon atau oksigen lebih efektif dan efisien.
Penggunaan Monomer antioksidan yang dapat diikatkan atau dapat dipolimerisasikan pada rantai polimer telah dilakukan oleh banyak peneliti diantaranya oleh Al- Cappoci
Dalam penelitian ini dipelajari bagaimana perubahan sifat fisik kimia akibat perlakuan pemanasan dengan atau tanpa penggunaan berbagai jenis antioksidan komersial pada material nanokomposit PP/MMT dan karet alam siklis serta bagaimana proses meningkatkan berat molekul antioksidan. Oleh karena itu peneliti akan melakukan penelitian dengan judul “Stabilisasi Nanokomposit Polipropilena/MMT Dengan Antioksidan Komersial Dan Sintesa Antioksidan Amina Aromatis Sebagai Stabiliser Panas Yang Substantif Pada Karet Alam”
(2005). Salah satu metode yang efektif adalah dengan mencangkokan suatu senyawa antioksidan pada polimer dengan cara menempelkan suatu monomer aktif antioksidan pada rantai polimer (grafting). Beberapa antioksidan yang sering digunakan adalah senyawa hindered phenol dan hindered amin (HALS).
Avira dan Joseph (1994) berhasil mencangkokkan senyawa antioksidan diphenylamine pada karet alam dan dapat memperlambat serangaan ozon dan oksigen pada produk karet alam tersebut. Ghonamy et al (2010) telah menunjukkan metode untuk mengikat antioksidan hindered phenol yang memiliki gugus metil dapat langsung berikatan dengan rantai karet alam pada posisi ortho dan para dengan kehadiran radikal bebas peroksida. Antioksidan seperti styrenated phenol dan diphenylamine dan lain lain dapat berikatan pada rantai karet alam hidoksil dengan cara modifikasi reaksi Fridel Craft’s juga terbukti efekti untuk menjaga degradasi polimer.
1.2. Identifikasi Masalah
1. Bagaimana ketahanan matriks polipropilena terhadap degradasi oksidasi termal dan pengaruh filler montmorrilonite (MMT) pada nanokomposit PP/MMT.
2. Apakah perbedaan gugus aktif antioksidan mempengaruhi laju degradasi oksidasi polipropilene dalam PP/MMT
3. Bagaimana pengaruh gugus aktif dan konsentrasi antioksidan dapat menghambat laju degradasi oksidasi suatu polimer.
4. Apakah efektifitas penggunaan antioksidan dapat ditingkatkan dengan cara memperbesar berat molekul antioksidan dan dengan proses pencangkokan antiokidan pada rantai polimer.
1.3. Perumusan Masalah
1. Bagaimana pengaruh jenis antioksidan terhadap proses penghambatan laju degradasi oksidasi termal pada nanokomposit PP/MMT.
2. Bagaimana sintesa antioksidan baru yang mudah tercangkok pada rantai karet alam siklis.
1.4. Pembatasan Masalah
1. Dalam penelitian ini bahan baku yang digunakan merupakan bahan komersial PP dan CNR.
2. Bahan bahan kimia yang digunakan pada penelitian ini langsung digunakan tanpa melalui proses pemurnian.
1.5. Tujuan Penelitian
1. Untuk mengetahui bagaimana pengaruh jenis gugus aktif antioksidan dalam menghambat laju degradasi oksidasi termal pada nanokomposit PP/MMT.
2. Untuk mensintesis antioksidan dengan berat molekul tinggi dan mengetahui efektifitas terhadap laju degradasi pada karet alam siklis.
3. Untuk mengetahui bagaimana mekanisme dan kinetika laju reaksi aging dan degradasi pada nanokomposit PP/MMT dan karet alam siklis
1.6. Manfaat Penelitian
Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi efektifitas penggunaan antioksidan pada polimer PP dan CNR serta nanokomposit PP/MMT cara menemukan metode yang tepat untuk memperlambat terjadinya aging dan degradasi produk karet alam siklis dengan penambahan antioksidan dan stabiliser ke dalam produk karet alam siklis.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Komposit dan Nanokomposit
Komposit adalah material yang disusun dari campuran dua atau lebih penyusun makro yang berbeda dalam bentuk dan/atau komposisi dan tidak larut satu dengan yang lain disebut material komposit. Komposit akan memiliki kekuatan yang dapat diatur (tailorability), tahanan lelah (fatigue resistance) yang baik, tahan korosi, dan memiliki kekuatan jenis (rasio kekuatan terhadap berat jenis) yang tinggi. Komposit dibuat untuk menggabungkan sifat yang diperlukan yang tidak dapat ditemukan dalam bahan tunggal, yang sangat menarik adalah menggabungkan polimer organik dan anorganik dengan sifat masing-masing yang sangat berbeda sebagai komponen murni. Secara umum polimer organik mempunyai sifat yang fleksibel, tangguh, dan mudah untuk diproses, tetapi polimer organik ini relatif mudah rusak, baik secara kimia atau mekanis. Sebaliknya, bahan anorganik biasanya jauh lebih sulit, memiliki sifat barrier yang lebih baik, dan memiliki stabilitas kimia yang baik, tetapi rapuh dan sulit untuk diproses. Komposit organik-anorganik dapat menghasilkan suatu kombinasi dari sifat- sifat ini, sehingga bias keras, tangguh, kestabilan kimia, dan merupakan material yang tahan lama serta mudah untuk diproses. Namun, penggabungan bahan organik dan anorganik ini juga dapat memberikan komposit yang lembut, rapuh, tidak stabil, dan benar-benar tidak berguna.
Faktor-faktor penting yang mempengaruhi sifat suatu komposit adalah fraksi volume, ukuran, bentuk dan penyebaran dari komponen. Dalam komposit, satu komponen komposit dapat tertutup oleh komponen yang lain yang membentuk fase kontinyu, tetapi juga mungkin bahwa komponen membentuk fase kontinyu. Interaksi antara komponen yang berbeda mungkin menyebabkan perubahan dalam struktur kimia atau fisik dari komponen, terutama dalam tingkat beberapa nanometer pertama dari antarmuka. Efek ini menjadi sangat penting ketika daerah antarmuka antara berbagai komponen besar. Daerah antarmuka meningkat dengan menurunnya ukuran komponen komposit, dan akibatnya sifat dapat berubah dengan mengubah ukuran
komponen dalam komposit. Untuk nanokomposit, dengan ukuran komponen dari sekitar 10 nm, 1 cm3 komposit dapat berisi beberapa ratus meter persegi permukaan antarmuka, ini menyebabkan perubahan struktur terhadap efek antarmuka yang sangat besar dari material. Penambahan komponen ketiga yang berkonsentrasi pada perubahan interaksi antarmuka dapat memiliki efek yang kuat terhadap sifat komposit.
Komponen ketiga bisa berupa surfaktan yang terdapat pada antarmuka yang diadsorpsi secara fisika, atau mungkin filler yang merupakan spesies reaktif yang dicangkokkan pada permukaan atau bahkan mungkin bereaksi dengan kedua fase membentuk ikatan kimia antara dua fase. Modifikasi antarmuka sering digunakan untuk meningkatkan sifat mekanik dari komposit.
2.1.1 Material Penyusun Komposit
Matrik dan fiber adalah bahan pembentuk material komposit dimana fiber sangat berperan dalam memberikan kekuatan dan kekakuan komposit. Namun aspek lain yang menjadi sumber kekuatan komposit di dapat dari matrik yang memberikan ketahanan terhadap temperatur tinggi, ketahanan terhadap tegangan geser dan mampu mendistribusikan beban. Pada material komposit matrik memberikan pengaruh yang lebih besar dalam pengikatan material penyusun selain bertugas untuk mendistribusikan beban dan memberikan perlindungan dari pengaruh lingkungan.
Pada material Komposit Matrik Polimer (KMP), fungsi utama fiber penguat adalah menaikkan kekuatan dan kekakuan komposit sehingga didapatkan material yang kuat dan ringan.
2.1.2 Nanokomposit
Istilah nanoteknologi digunakan untuk mendeskripsikan kreasi dan ekploitasi suatu material yang memiliki ukuran struktur diantara atom dan material ukuran besar yang didimensikan dengan ukuran nanometer (1 nm = 10-9m). Sifat dari material dengan dimensi nano sangat berbeda secara signifikan dari atomnya juga dari partikel besarnnya. Pentingnya nanoteknologi pertama kali dikemukakan oleh Feynman pada tahun 1959 (Muller, 2009).
Pada beberapa tahun terakhir, perkembangan dari ilmu dan teknologi nano sangat cepat, terutama karena ketersediaan strategi baru untuk mensintesis nanomaterial dan alat-alat baru untuk karakterisasi dan manipulasi. Beberapa metode sintesis nanopartikel (kabel nano dan tabung nano) dan perakitanya telah ditemukan.
Kabel nano dan tabung nano dengan variasi materi anorganik telah ditemukan, disamping atom karbonnya. nanostruktur juga cocok untuk simulasi dan pemodelan komputer, ukuranya menjadi cukup kecil untuk mendukung kekuatan yang tinggi (Rao,et.al, 2004).
Nanokomposit merupakan material padat multi fase, dimana setiap fase memiliki satu, dua, atau tiga dimensi yang kurang dari 100 nanometer (nm), atau struktur padat dengan dimensi berskala nanometer yang berulang pada jarak antar bentuk penyusun struktur yang berbeda. Material-material dengan jenis seperti itu terdiri atas padatan anorganik yang tersusun atas komponen organik.
Ikatan antar partikel yang terjadi pada material nanokomposit memainkan peran penting dalam peningkatan dan pembatasan sifat material. Partikel-partikel yang berukukuran nano itu mempunyai luas permukaan interaksi yang tinggi. Makin banyak partikel yang berinteraksi, kian kuat pula material. Inilah yang membuat ikatan antarpartikel makin kuat, sehingga sifat mekanik materialnya bertambah. Namun penambahan partikel-partikel nano tidak selamanya akan meningkatkan sifat mekaniknya. Ada batas tertentu yang mana saat dilakukan penambahan, kekuatan material justru makin berkurang. Namun pada umumnya, material nanokomposit menunjukkan perbedaan sifat mekanik, listrik, optik, elektrokimia, katalis, dan struktur dibandingkan dengan material penyusunnya (Hadiyawarman,dkk, 2008)
2.1.3 Pembuatan Nanokomposit
Pembuatan material nanokomposit dapat dilakukan dengan melakukan pendekatan- pendekatan yang mudah dan kompleks. Salah satunya adalah menggunakan pendekatan simple mixing. Dalam metode ini, peningkatan kekuatan mekanik material terjadi akibat penambahan nanopartikel SiO2 pada epoxy resin. Permukaan nanopartikel yang sangat luas berinteraksi dengan rantai polimer, sehingga mereduksi
mobilitas rantai polimer. Interaksi ini meningkatkan kekuatan mekanik komposisit tersebut jauh di atas kekuatan polimer itu sendiri. Hasil yang diperoleh adalah material yang ringan dengan kekuatan tinggi.
2.1.4 Bahan Pengisi (Filler) Nanokomposit.
Bahan pengisi adalah suatu aditif padat yang ditambahkan ke dalam matrik polimer untuk meningkatkan sifat-sifat bahan , pengisi fungsional menghasilkan peningkatan spesifik dalam sifat mekanik dan sifat fisis. Perlakuan dari bahan pengisi memungkin menjadi pendukung beberapa mekanisme beberapa pengisi membentuk ikatan kimia dengan materik sebagai penguat. Beberapa penelitian telah menunjukan bahan pengisi mempunyai peranan penting dalam memodifikasi sifat-sifat dari berbagai bahan polimer sebagai contoh, dengan cara menambahkan pengisi akan meningkatkan sifat mekanik, elektrik, termal, optik dan sifat-sifat pemrosesan dari polimer, sementara dapat juga mengurangi biaya produksi . Peningkatan sifat–sifat tergantung pada banyak faktor-faktor termasuk aspek rasio dari bahan pengisi, derajat disprsi dan orientasi dalam matriks, dan adhesi pada interface matriks - bahan pengisi. Partikel- partikel inorganik untuk bahan pengisi polimer telah digunakan secara luas oleh karena pada umumnya lebih murah dalam pembiayaan. Bahan pengisi yang sering digunakan adalah , fiber glas, mika, talk, SiO2 dan CaCO3 biasanya membentuk mikro komposit dengan peningkatan sifat-sifat ,(Makadia, 2000; Ray dan Okamoto 2003).
Berbagai jenis pengisi digunakan dalam polimer alam dan polimer sintetik adalah untuk memperbaiki dan meningkatkan sifat-sifat fisik bahan. Penambahan pengisi bertujuan mengurangkan biaya, mewarnai, menguatkan atau mengukuhkan bahan polimer. Secara umumnya, keupayaan penguatan sesuatu pengisi dipengaruhi oleh tiga ciri yang utama yaitu ukuran partikel dan luas permukaan, bentuk dan struktur permukaan serta aktivitas dan sifat-sifat kimia permukaan. Pengisi penguat pada umumnya mempunyai ukuran partikel yang kecil, permukaan yang aktif secara kimia, permukaan yang memiliki pori dan bentuk yang tidak seragam dapat meningkatkan adhesi (Rakov, 2013).
Peningkatan sifat fisik bahan polimer dikaitkan dengan ukuran partikel pengisi.
Contohnya, tegangan dan modulus polimer berpengisi bergantung kepada ukuran partikel . Ukuran partikel pengisi yang kecil meningkatkan darajat penguatan polimer berbanding dengan ukuran partikel yang besar (Leblanc, 2001). Beberapa jenis pengisi diantaranya bahan pelunak, pemercepat, pengaktif, antioksidan dan lain-lain.
Bahan pelunak adalah bahan-bahan yang ditambahkan untuk memudahkan pencampuran karet dengan bahan-bahan kimia lainnya, terutama campuran bahan pengisi memerlukan waktu yang lebih singkat. bahan pelunak ini juga berfungsi sebagai bahan pembantu pengolah yaitu mempermudah pemberian bentuk dan membuat barang-barang jadi karet lebih empuk. Bahan ini bersifat licin dan mengkilap. Contohnya : asam stearat, parafin, wax, faktis, resin, damar dan lain-lain.
Bahan pemercepat berfungsi untuk membantu dalam mengontrol waktu dan temperatur pada proses vulkanisasi dan dapat memperbaiki sifat vulkanisasi karet.
Beberapa jenis bahan pemercepat antara lain bahan pemercepat organik. Misalnya, Marcapto Benzhoathizole Disulfida (MBTS), Marcapto Banzhoathizole (MBT), dan Diphenil Guanidin (DPG), Tetra Metil Thiura Disulfarat (TMTD) dan bahan pemercepat anorganik, misalnya Karbonat, Timah hitam, Magnesium, dan lain-lan. (James E.
Mark, BurakErman, 2005).
Bahan pengaktif adalah bahan yang dapat meningkatkan kerja dari bahan pemercepat. Umumnya bahan pemercepat tidak dapat bekerja baik tanpa bahan pengaktif. Bahan pengaktif yang bisa digunakan adalah ZnO, asam stearat, PbO, MgO dan sebagainya pada umumnya sekitar 2 sampai 5 phr . Campuran bahan pengaktif, bahan pemercepat dan belerang (S) disebut sistem vulkanisasi dari kompon (vulcanising system of the coumpond).
Bahan antioksidan adalah bahan yang digunakan untuk mengurangi proses oksidasi pada vulkanisat, antioksidan dapat memperlambat pengrusakan pada produk barang jadi karet. Penambahan bahan antioksidan diperlukan karena kadar antioksidan alam dari karet cukup rendah, akibatnya dapat menyebabkan karet mudah lengket, keras, retak-retak dan rapuh. proses oksidasi dapat terjadi karena panas, radiasi, ozon, oksigen, cuaca dan sebagainya. Antioksidan berfungsi mencegah atau mengurangi
kerusakan produk plastik karena pengaruh oksidasi yang dapat menyebabkan pemutusan rantai polimer. Tanda-tanda yang terlihat apabila produk plastik rusak adalah polimer menjadi rapuh, kecepatan alir polimer tidak stabil dan cenderung menjadi lebih tinggi, sifat kuat tariknya berkurang, terjadi retak-retak pada permukaan produk, terjadi perubahan warna, jenis bahan antioksidan diantaranya Butilated Hidroksi Toluen (BHT) dan Phenil-Beta-Naphthyl-amine (PBN).
2.2. Polipropilena
Berdasarkan ilmu kimia, polipropilen (PP) adalah suatu makromolekul termoplastik (dapat dilelehkan) rantai jenuh (tidak memiliki ikatan rangkap) yang terdiri dari propilen sebagai gugus yang berulang seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.6.
Gambar 2.6. Struktur polipropilena
Berdasarkan kekakuan polimer terhadap temperatur, polipropilen dapat digolongkan sebagai polimer termoplastik karena dapat melunak jika dipanaskan, mengalir jika diberi tekanan, dan akan kembali ke sifat padatan jika didinginkan.
Berdasarkan letak gugus metil terhadap rantai utama, struktur molekul polipropilen dapat dibedakan menjadi 3 macam, yaitu:
a. Isotaktik : semua gugus metil terletak pada salah satu sisi rantai polimer sehingga polipropilen bersifat kristalin.
b. Sindiotaktik : gugus metil terletak berselang-seling pada kedua sisi rantai polimer.
Jenis ini sulit ditemukan karena pembuatannya sulit (temperatur operasi -78oC).
c. Ataktik: gugus metil terletak tak beraturan terhadap sisi rantai polimer sehingga polipropilen ataktik bersifat amorf.
Kebanyakan polipropilena komersial merupakan isotaktik dan memiliki kristalinitas tingkat menengah di antara polietilena berdensitas rendah dengan polietilena berdensitas tinggi; modulus Youngnya juga menengah. Melalui penggabungan partikel karet, PP bisa dibuat menjadi liat serta fleksibel, bahkan di suhu yang rendah. Hal ini membolehkan polipropilena digunakan sebagai pengganti berbagai plastik teknik, seperti ABS. Polipropilena memiliki permukaan yang tak rata, seringkali lebih kaku daripada beberapa plastik yang lain, ekonomis, dan bisa dibuat
translusen (bening) saat tak berwarna tapi tidak setransparan polistirena, akrilik maupun plastik tertentu lainnya.
Polipropilena (PP) adalah sebuah polimer termoplastik yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai aplikasi, diantaranya pengemasan, tekstil (contohnya tali, pakaian dalam termal, dan karpet), alat tulis, berbagai tipe wadah terpakaikan ulang serta bagian plastik, perlengkapan laboratorium, pengeras suara, komponen otomotif, dan uang kertas polimer. Polimer adisi yang terbuat dari propilena monomer, permukaannya tidak rata serta memiliki sifat resistan yang tidak biasa terhadap kebanyakan pelarut kimia, basa asam Pengolahan lelehnya polipropilen bisa dicapai melalui ekstrusi dan pencetakan. Metode ekstrusi (pelelehan) yang umum menyertakan produksi serat pintal ikat dan tiup (hembus) leleh untuk membentuk gulungan yang panjang buat nantinya diubah menjadi beragam produk yang berguna seperti masker muka, dan penyaring.
Teknik pembentukan yang paling umum adalah pencetakan suntik, yang digunakan untuk berbagai bagian seperti cangkir, alat pemotong, botol kecil, topi, wadah, perabotan, dan suku cadang otomotif seperti baterai. Teknik pencetakan tiup dan injection-stretch blow molding juga digunakan, yang melibatkan ekstrusi dan pencetakan. Ada banyak penerapan penggunaan akhir untuk PP karena dalam proses pembuatannya bisa ditambah dengan aditif serta sifat molekul yang spesifik. Berbagai aditif antistatik bisa ditambahkan untuk memperkuat resistensi permukaan PP terhadap debu dan pasir. Kebanyakan teknik penyelesaikan fisik, seperti pemesinan, bisa pula digunakan pada PP. Perawatan permukaan bisa diterapkan ke berbagai bagian PP untuk meningkatkan adhesi (rekatan) cat dan tinta cetak.
Polipropilena dapat mengalami degradasi rantai saat terkena radiasi ultraungu dari sinar matahari. Jadi untuk penggunaan propilena di luar ruangan, bahan aditif yang menyerap ultraungu harus digunakan. Polimer bisa dioksidasi pada suhu yang tinggi, ini merupakan permasalahan yang umum dalam proses pencetakan.
Antioksidan secara normalnya ditambahkan untuk mencegah degradasi atau oksidasi polimer.
Polipropilena (PP) merupakan salah satu polimer yang paling banyak digunakan dalam industri, tetapi karena sifatnya yang non polar, maka penggunaannya terbatas dengan teknologi yang ada. Untuk mengatasi keterbatasan ini, PP umumnya difunsionalisasi dengan berbagai monomer, termasuk metakrilat glisidil (GMA) dan anhidrida maleat (MA). Untuk reaksi-reaksi radikal bebas, diharapkan bahwa monomer bisa dicangkokkan tanpa mempengaruhi bentuk rantai polimer, namun ini jarang terjadi. Penggunaan kopolimer yang telah dimodifikasi gugus fungsinya akan memperkuat antarmuka antara komponen polimer yang saling bercampur karena berkurangnya interaksi yang kuat. Ini menjadi pilihan industri dalam menghasilkan produk yang berguna dari campuran yang sangat tidak kompatibel. Umumnya, kompatibilitas dan adhesi dapat ditingkatkan dengan menambahkan komponen ketiga, dengan sebuah blok yang cocok atau kopolimer cangkok yang dapat bertindak sebagai agen pengemulsi antarmuka antara fase immicible (compatibiliser), atau dengan campuran polimer yang mempunyai dua gugus fungsi yang sesuai, yang mampu meningkatkan interaksi tertentu atau reaksi kimia.
2.2.1.
Polipropilena mempunyai kondiktifitas panas yang rendah (0,12 W/m), tegangan permukaan yang rendah, kekuatan benturan yang tinggi, tahan terhadap pelarut organik, bahan kimia anorganik, uap air, asam dan basa, isolator yang tetapi dapat dirusak oleh asam nitrat pekat, mudah terbakar dengan nyala yang lambat. Titik leleh 170
Sifat-sifat kimia dan fisika polipropilena
0
C dan suhu dekomposisi 3800C (Cowd, 1991). Pada suhu kamar polipropilena nyaris tidak larut dalam toluene, dalam silena larut dengan pemanasan, akan tetapi polipropilena dapat terdegradasi oleh zat pengoksidasi seperti asam nitrat dan hydrogen peroksida (Al-Malaika, 1983). Polipropilena isotaktik memiliki sifat kekakuan yang tinggi, daya rentang yang baik, resistensi terhadap asam , alkali dan pelarut. Densitas polipropilena berkisar antara 0,90 – 0.91, titik leleh (Tm) dari 165
0
C – 170
0
C, dan dapat digunakan sampai 120
0
C.
2.2.2 Grafting Polipropilena
Sifat poliolefin dapat dikembangkan dengan modifikasi kimia melalui polaritas atau fungsionalitas dari rantai polimer. Grafting atau pencangkokan radikal bebas dari monomer vinil dari poliolefin adalah salah satu pendekatan yang sudah lama dilakukan dan termurah sehingga diterapkan dalam berbagai proses industri yang ada.
Proses pencangkokan radikal bebas telah dikembangkan selama bertahun-tahun untuk kimia polimer dengan modifikasi reaktif dengan adanya pelarut atau tanpa pelarut, misalnya dalam pelelehan polimer. Sebuah sistem pencangkokan terdiri dari, setidaknya tiga komponen (reaktan): polimer, monomer reaktif (mengandung ikatan tidak jenuh seperti gugus vinyl) dan inisiator radikal bebas (seperti peroksida).
Sejumlah besar faktor yang perlu dioptimalkan untuk memaksimalkan hasil pencangkokan dan untuk meminimalkan reaksi samping dalam poliolefin meliputi:
(A) Struktur dasar polimer
(B) Struktur dan konsentrasi monomer dan komonomer (C) Struktur dan konsentrasi inisiator
(D) Efisiensi Mixing; efisien pencampuran monomer dan inisiator dengan polimer.
(E) Suhu; suhu pengolahan yang lebih tinggi umumnya akan mendukung degradasi poliolefin, mengurangi waktu paruh inisiator, memodifikasi kecepatan atau spesifisitas reaksi, dan pengaruh berbagai kelarutan dan parameter rheologi.
Berbagai macam monomer dan makromonomer telah berhasil dicangkokkan pada substrat poliolefin dengan reaksi kimia radikal bebas termasuk dengan berbagai monosubstitusi (misalnya ester akrilat, vinil silane, dan stirena) dan senyawa disubstitusi (misalnya glisidil methakrilat, anhidrida maleat, oxazoline, ester maleat, dan turunan maleimide).
Gambar 2.10 Reaksi kimia dari Grafting PP dan MA dengan adanya coagen TRIS
.
Gambar 2.11 Mekanisme kerja fungsionalisasi dari polar PP-g-MA
Kelompok Maleic anhidrid bereaksi dengan kehadiran gugus fungsional terhadap permukaan dari pengisi untuk mengurangi tekanan interfacial dan meningkatkan adhesi oleh kreasi satu interaksi kutub yang spesifik ikatan hidrogen atau gaya Van der Waals, yang tergantung pada jenis bahan pengisi, berbagai fungsionalitas permukaan tersedia untuk asam atau anhidrid untuk saling berhubungan. Jenis kedua dari interaksi terdiri dari co-crystallization, berat molekular dengan rantai molekular dari matriks polimer memberi rintangan fisik. Oleh karena itu, kompatibiliser harus kompatibel dengan fase tunggal (secara umum tanpa kutub) dan harus menciptakan interaksi spesifik dengan yang lain. Kerentanan yang melekat pada monomer untuk mengalami homopolimerisasi di bawah kondisi pengolahan mencair merupakan faktor penting dalam menentukan tingkat homopolimer yang dibentuk sebagai produk sampingan selama modifikasi polimer dan panjang dari rantai
yang dicangkokkan. Reaksi grafting PP dengan MA dapat dilihat dalam Gambar 2.10.
dan mekanisme dari tindakan PP-g-MA sebagai kompatibeliser dapat dilihat dalam gambar 2.11
Polipropilena adalah merupakan suatu polimer ideal yang sering digunakan sebagai lembar kemasan. Polipropilena memiliki sifat kelembapan yang baik kecuali terjadi kontak dengan oksigen. Oksigen yang masuk kedalam sistem akan dapat mempengaruhi makanan atau materi lain yang ditutup dengan polipropilena. Lapisan yang terlindung oleh polipropilena tersebut diharapkan dalam kondisi kedap udara agar dapat dengan maksimal melindungi kandungan materi yang terbungkus didalamnya. Untuk pemanfaatan kegunaan dari polipropilena tersebut, dapat dilakukan modifikasi terhadap polipropilena. Lembar propilena yang sangat tipis dipakai sebagai dielektrik dalam pulsa berdaya tinggi tertentu serta
2.2.3 Penggunaan polipropilena
kondensator frekuensi radio.
Kebanyakan barang dari plastik polipropilen juga untuk digunakan untuk keperluan medis atau labolatorium karena mampu menahan panas di dalam autoklaf.
Sifat tahan panas ini menyebabkannya digunakan sebagai bahan untuk membuat ketel ditingkat konsumen. PP merupakan sebuah polimer utama dalam barang-barang tak tertenun. Sekitar 50% digunakan dalam popok atau berbagai produk sanitasi yang dipakai untuk menyerap air (hidrofil), bukan yang secara alami menolak air (hidrofobik). Penggunaan tak tertenun lainnya yang menarik adalah saringan udara, gas, dan cair dimana serat bisa dibentuk menjadi lembaran atau jaring yang bisa dilipat atau lapisan yang menyaring dalam batas-batas 0,5 sampai 30 mikron. Aplikasi ini bisa ditemukan di dalam rumah sebagai saringan air atau saringan tipe pengondisian udara. Wilayah permukaan tinggi serta polipropilena hidrofobik alami yang tak tertenun merupakan penyerap tumpahan minyak yang ideal dengan perintang apung yang biasanya diletakkan di dekat tumpahan minyak di sungai.
PP digunakan pula sebagai pengganti polivinil klorida (PVC) sebagai insulasi untuk kabel listrik LSZH (Low Smoke Zero Halogen) dalam lingkungan ventilasi rendah, terutama sekali diterowongan. Ini karena PP mengeluarkan sedikit asap serta
halogen yang tak bertoksik, yang akan menghasilkan asam dalam kondisi suhu tinggi.
PP dibentuk dalam pencetakan plastik dimana ia disuntikkan ke dalam cetakan keadaan meleleh, membentuk berbagai bentuk yang kompleks pada volume yang tinggi dan biaya yang relatif rendah. Hasilnya bisa berupa tutup botol, botol, dll.
Polipropilena yang diproduksi dalam bentuk lembaran telah digunakan secara meluas untuk produksi stationary folder, pengemasan, dan kotak penyimpanan. Warna yang beragam, durabilitas, serta sifat resistensi PP terhadap debu membuatnya ideal sebagai sampul pelindung untuk kertas serta berbagai bahan yang lain. Karakteristik tadi juga membuat PP digunakan dalam stiker kubus rubik. Expanded polipropilena (EPP) merupakan bentuk busanya polipropilena. Karena kekakuannya yang rendah, EPP tetap mempertahankan bentuknya sesudah mengalami benturan. EPP digunakan secara luas dalam miniatur pesawat dan kendaraan yang dikontrol radio lainnya. Dikarenakan kemampuannya menyerap benturan, EPP menjadi bahan yang ideal untuk pesawat RC bagi para pemula dan amatir
2.3 Montmorilonit (MMT)
Montmorilonit ( Na,Ca)0,33(Al,Mg)12 Si4O10(OH)2 nH2
Mineral montmorillonit mempunyai kapasitas penukar kation yang tinggi sehingga ruang antar lapis montmorillonit mampu mengakomodasikan kation dalam jumlah yang besar serta menjadikan montmorillonit sebagai material yang unik (Wijaya dkk, 2004).
O, merupakan salah satu jenis dari kelompok mineral lempung yang bersifat lunak dengan tingkat kekerasan 1 pada skala Mohs, berat jenis antara 1,7 - 2,7, mudah pecah, terasa berlemak jika diusap, mempunyai sifat mengembang apabila kena air. Monmorilonit merupakan mineral lempung yang menyusun hampir 85% dari bentonit. Menurut Knight, 1896 nama lain dari bentonit adalah Soap Clay, Taylorit, Bleaching clay, Fullers earth, Konfolensit, Saponit, Smegmatit.
2.3.1 Sruktur dan sifat kimia montmorillonit
Struktur bangun lembaran montmorillonit terdiri dari 2 lapisan tetrahedral yang disusun unsur utama Si(O, OH) yang mengapit satu lapisan oktahedral yang disusun oleh unsur M(O,OH) (M = Al, Mg, Fe) yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 yang disebut juga mineral tipe 2:1. Ruang dalam lembaran montmorillonit dapat mengembang dan diisi oleh molekul-molekul air dan kation-kation lain. (Haerudin dkk, 2002).
Gambar 2.1 Struktur montmorilonit. (Othmer, 1964)
Kandungan montmorillonit dalam lempung bentonit biasanya 75-85%
(Orthman, 2000). Mineral-mineral dalam kelompok ini kadang-kadang disebut smektit dan mempunyai komposisi yang beragam. Rumus material montmorillonit sering dinyatakan Al3O3.4SiO2.H2O + xH2O (Tan, 1982). Muatan negatif montmorilonit umumnya berasal dari substitusi isomorfik yaitu penggatian kation bervalensi tinggi dengan kation valensi yang lebih rendah dengan syarat jari-jari atom relatif sama.
Hanya terdapat sedikit muatan yang berubah, karena semua gugus hidroksil berlokasi dalam bidang permukaan yang ditutupi oleh jaringan atom-atom oksigen. Van Olphen (1977) mengemukakan nilai KTK monmorilonit kira-kira 70 me/ 100g, luas permukaan antara 700–800 m2/g dan oleh karena besarnya nilai ini maka montmorilonit memperlihatkan sifat plastis dan melekat kuat jika basah.
Montmorilonit umumnya berukuran sangat halus, sedangkan komponen- komponen dalam lapisan tidak terikat kuat. Jika mengadakan persentuhan dengan air, maka ruang di antara lapisan mineral mengembang, menyebabkan volume tanah liat dapat berlipat ganda. Terdapat tanda bahwa jarak dasar (basal spacing) montmorilonit meningkat secara seragam jika terjadi penyerapan air. Beberapa peneliti mencatat bahwa meningkatnya jarak dasar dapat berlangsung perlahan-lahan, yaitu pertanda pembentukan kulit hidrasi di sekeliling kation-kation yang terdapat di antara lapisan.
Tingginya daya mengembang atau mengerut dari montmorilonit menjadi alasan kuat, mengapa mineral ini dapat menyerap dan memfiksasi ion-ion logam dan persenyawaan organik. Jerapan persenyawaan organik menjurus pembentukan kompleks organo-mineral. Ion-ion organik dipercaya dapat menggantikan kedudukan kation-kation organik di dalam ruang antar misel. Jerapan persenyawaan organik sperti gliserol dan etilen glikol merupakan penciri dalam mengidentifikasi montmorilonit dengan analisa difraksi sinar-x. Jika montmorilonit dipanaskan dalam oven pada suhu 105°C, maka biasanya mineral ini dicirikan oleh puncak difraksi dari jarak dasar 10 Å, sedangkan nilai untuk kondisi kering udara adalah 12,4 – 14 Å.
Dari keanekaragaman jenis tanah liat, monmorilonit ditemukan dalam bentuk tanah kebanyakan montmorilonit termasuk oktaeder, dan banyak ditemukan pada jenis tanah Vertisol, Mollisol, Affisol maupun Entisol. Tingginya daya plastis, mengembang dan mengkerut, mineral ini menyebabkan tanah menjadi plastis jika basah dan keras jika kering. Retakan-retakan pada permukaan tanah akan terlihat jika permukaan tanah mengering.
2.3.2 Modifikasi Montmorillonit
2.3.2.1 Modifikasi montmorilonit dengan pertukaran ion
Lempung tanah biasanya mengandung muatan negatif yang memungkinkan terjadinya reaksi pertukaran kation. Muatan ini berasal dari satu atau lebih dari beberapa reaksi yang berbeda. Huskic (2009) menguraikan dua sumber utama dari muatan negativ tersebut, yaitu: substitusi isomorfis dan disosiasi dari gugus hidroksil yang terbuka.
Ion-ion yang dapat dipertukarkan adalah ion-ion yang berada di sekitar mineral
lempung silika alumina. Reaksi pertukaran ion bersifat stoikiometris dan berbeda dengan penyerapan atau sorpsi dan desorpsi . Pertukaran ion adalah suatu proses dimana kation yang biasanya terdapat di antarlapis kristal digantikan oleh kation dari larutan. Dalam air, kation dalam permukaan lapisan menjadi lebih mudah digantikan oleh kation lain yang terdapat dalam larutan, yang dikenal dengan”exchangeable cation”. Kemampuan tersebut dinyatakan dalam mili equivalent per 100 gram lempung kering yang disebut Cation Exchange Capacity (CEC) atau Kapasitas Tukar Kation (KTK). Kapasitas tukar kation (KTK) tanah didefinisikan sebagai kapasitas tanah untuk menyerap dan mempertukarkan kation. Harga-harga KTK mineral lempung bervariasi menurut tipe dan jumlah koloid dalam lempung tersebut. Tabel 2.2 nenunjukkan harga rata-rata KTK berbagai mineral lempung.
Tabel 2.2 Harga Rata-Rata Kapasitas Tukar Kation Jenis Mineral KTK (mek/100 gram) Kaolin 3-5
Halloysit 2H2
Halloysit 4H
O 5-10
2
Montmorillonit 80-150 O 10-40 Illit 10-40 Vemikulit 0-40 Klorit 10-40 Sepiolit-Attapulgit 20-30
KTK Mineral Lempung (Grim, 1953)
Diantara mineral-mineral yang lain, montmorillonit mempunyai harga KTK yang paling tinggi. Faktor utama tingginya harga KTK pada montmorillonit yaitu pemutusan ikatan dan substitusi dalam struktur kristal. Pemutusan ikatan di sekitar sudut satuan silika-alumina dalam montmorillonit akan menimbulkan ketidakseimbangan muatan permukaan. Substitusi Al3+ untuk Si4+ dalam lembar tetrahedral dan substitusi ion-ion valensi lebih rendah, terutama Mg2+ untuk Al3+
dalam lembar oktahedral menghasilkan muatan yang tidak seimbang pada satuan struktur montmorillonit.
2.3.2.2 Modifikasi montmorilonit secara organik
Polimer dan lapisan silika atau montmorilonit yang dicampur secara fisika tidak dapat membentuk nanokomposit, tetapi hanya terjadi pemisahan dalam bentuk fase diskrit.
Ini merupakan alas an mengapa permukaan tanah liat perlu dimodifikasi untuk dapat terjadinya eksfoliasi dan dispersi dalam matriks polimer. Montmorillonit (magnesium aluminium silikat: Mx(Al4xMgxSi8O20(OH)4) adalah jenis tanah liat smektit, yang morfologinya merupakan lembar tipis berlapis. Mereka dapat memiliki panjang sampai 1000 nm dengan ketebalan sekitar 1 nm, yang mengarah ke area permukaan yang besar, dan aspek rasio yang tinggi. Montmorilonit ini digabungkan oleh muatan negatif yang besar, dan terletak di dalam kristal, dan mempunyai beberapa muatan positif pada tepinya. Oleh karena itu, sangat sulit untuk mendispersikan platelet tanah liat (hidrofilik) dalam sebagian besar polimer yang bersifat hidrofobik. Permukaan lempung montmorilonit perlu diperlakukan dengan alkil rantai panjang dari molekul organik. Seperti halnya dalam kasus PP, menggunakan kompatibilizer seperti anhidrida maleat untuk dicangkokkan ke PP, ini digunakan untuk mencapai dispersi yang lebih baik sehingga menyebabkan terjadinya eksfoliasi (Olad, 2009)..
Modifikasi permukaan clay ini penting dilakukan untuk dapat terbentuknya misibilitas dan dispersi dari clay sehingga akan didapatkan sifat-sifat yang diinginkan. Dalam melakukan modifikasi organik terhadap lapisan clay yang anorganik juga harus diperhatikan. Dalam keadaan murni, lapisan silikat hanya larut dengan polimer hidrofilik, seperti poli (etilena oksida), atau poli (vinil alkohol). Untuk membuat lapisan silikat larut dengan matriks polimer lainnya, adalah dengan mengubah permukaan lapisan silikat yang hidrofil menjadi organophilik, sehingga memungkinkan terjadi interkalasi dengan berbagai polimer (Charu,S., 2008).
Umumnya, hal ini dapat dilakukan dengan reaksi pertukaran ion dengan surfaktan kationik termasuk dengan senyawa alkilammonium atau kation alkilphosphonium (alkilammonium primer, sekunder, tersier, dan kuaterner) seperti diperlihatkan dalam Gambar 2.2 dan skema dari reaksi pertukaran ion secara organik dengan ion-ion dari senyawa alkilammonium (onium) dapat dilihat dalam Gambar 2.3. Dalam penelitian ini senyawa alkilamonium yang digunakan adalah oktadecylamin
Gambar 2.2 Jenis-jenis senyawa alkil ammonium (Morgan,A.,B., 2007)
Gambar 2.3 Skema modifikasi secara organik dari clay menggunakan kation alkilamonium
Alkilammonium atau kation alkylphosphonium dalam organosilika dapat menurunkan energi permukaan matrik anorganik dan meningkatkan sifat basah dari polimer, ini akan memberikan jarak interlayer lebih besar. Selain itu, kation alkilammonium atau alkil phosphonium dapat memberikan gugus-gugus fungsi yang dapat bereaksi dengan matriks polimer, atau dalam beberapa kasus memulai polimerisasi monomer untuk meningkatkan kekuatan antarmuka antara matriks anorganik dan polimer. Jenis nanokomposit yang terbentuk akibat interaksi polimer dengan lapisan silikat dapat dilihat dalam gambar 2.4. Perlakuan organik dari tanah liat yang hidrofilik menjadi montmorilonit hidrofobik inilah yang memungkinkan terjadinya interaksi antarmuka dengan banyak matriks polimer yang berbeda, tetapi
dalam modifikasi ini ada yang harus di pertimbangkan yaitu stabilitas termal yang diperlukan dalam aplikasi material akhir.
Gambar 2.4 Jenis-jenis nanokomposit yang terbentuk akibat interaksi polimer dengan lapisan silikat (Olad,2010)
Gambar 2.5 Reaksi Degradasi Hofmann dari alkil ammonium pada permukaan clay dan kestabilan termal dari kation imidazolium (Morgan,A.,B., 2007) Alkil amonium, sementara ini sangat sukses dalam sintesis dan pengembangan bahan polimer nanokomposit, secara termal tidak stabil di atas 200 °C, dan mengalami degradasi Hofmann pada suhu ini dapat dilihat dalam Gambar 2.5. Ketika ini terjadi, permukaan antar muka dari polimer/tanah liat akan hancur dan materi secara termal dapat mengatur ulang untuk memberikan struktur mikrokomposit, sehingga meniadakan setiap keunggulan yang telah diperoleh pada struktur nanokomposit.
Untuk aplikasi, penggunaan suhu akhir yang lebih tinggi, imidazoliums tampaknya
memiliki janji besar, karena mampu menangani suhu; 300 °C dan tersedia dalam berbagai struktur yang dapat disesuaikan dengan aplikasi polimer nanokomposit.
2.3.3 Pemanfaatan Montmorillonit
Sifat montmorilonit yang dapat menyerap air dan cairan dengan mudah, mempunyai sifat mengembang (swelling) seperti gel, membuatnya berguna secara ekonomi.
Banyak industri, termasuk tekstil dan bahan kimia, menggunakannya sebagai adsorben untuk mengeluarkan pengotor. Montmorillonit juga digunakan dalam pelumas pengeboran dan sebagai plastisizer dalam pasir cetak yang digunakan dalam pengecoran, asbes, wol mineral, lumpur pemboran, semen portland dalam beton, keramik.
Disamping itu montmorillonit juga banyak digunakan dalam berbagai industri lainnya, untuk emulsi, insektisida, sabun, obat-obatan, kosmetik, cat, dalam pembuatan kertas, sebagai pelembut air untuk menghilangkan kalsium, menghilangkan warna dari minyak mineral dan sayuran, juga digunakan sebagai penyangga katalis dan pernyerap dalam pemurnian minyak bumi.
Lapisan silikatnya dari montmorilonit yang dapat diinterkalat dan dieksfoliasi menjadikannya banyak digunakan sebagai pengisi nanokomposit diantaranya untuk meningkatkan sifat termal ( Leszczynska, A., 2007), spinnabilitas, penyerapan air, dan dapat mengurangi sifat flammabilitas dari nanokomposit tersebut (Qin, H., et. all, 2004), meningkatkan sifat mekanik (Ding, C., et. All., 2005 ; Kim, N., T., dan Hoang, T., 2006 ; Sharma, S.K., 2009, ; Castel C. D., 2010; Drozdov A.D., 2010 ; Kord B., et.all., 2011dan Barleany D.R., 2011), meningkatkan sifat fire retardancy (Wang, D., Y., et all, 2011), dan meningkatkan derajat degradasi (Shi., D., et.all., 2007).
2.4. Karet Alam Siklis
Karet siklo (cyclised rubber) adalah produk yang diperoleh dari hasil siklisasi karet alam, termasuk ke dalam kelompok modifikasi tipe 1, karena modifikasi berlangsung tanpa masuknya senyawa lain ke dalam molekul karet (Alfa, 2000). Peristiwa lain yang juga termasuk modifikasi tipe 1 adalah peristiwa depolimerisasi karet alam yaitu
terjadinya pemendekan rantai molekul karet alam hingga berat molekulnya turun, dan peristiwa perubahan struktur molekul karet alam dari keadaan isomer cis menjadi trans. Karet siklo adalah turunan dari karet alam yang telah berubah menjadi resin atau bahan termoplastik yang keras dan rapuh, yang dihasilkan dari pemanasan karet alam dengan adanya katalis asam. Menurut Goonetileke et al. (1993), karet siklo pertama kali dibuat pada tahun 1920 dan sejak itu banyak hasil-hasil penelitian tentang karet siklo yang kemudian dikembangkan, baik dari karet alam maupun karet sintetik, dengan menggunakan katalis asam para toluen sulfonik, asam sulfat dan asam stannit.
Fisher dan McColm (1927) menambahkan, apabila karet alam dicampur dengan asam sulfat atau asam p-sulfonat pada gilingan kemudian dipanaskan maka akan dihasilkan karet siklo. Menurut Janssen (1956) penambahan asam sulfat juga dapat dilakukan pada lateks kebun, dimana setelah menggumpal karet digiling sehingga berwujud lembaran, kemudian dipanaskan. Metode lain pembuatan karet siklo adalah dengan cara melarutkan karet terlebih dahulu dalam pelarut karet, lalu dipanaskan bersama katalis yang bersifat asam (Edward, 1955).
Dalam proses siklisasi, pengurangan ikatan rangkap dalam struktur molekul karet alam berhubungan dengan pembentukan struktur cincin (Goonetileke et al.
1993). Siklisasi yang ideal akan menghasilkan struktur cincin karet siklo yang tidak lagi memiliki ikatan rangkap dalam struktur molekulnya. Pada kenyataannya, keadaan tersebut sulit tercapai, karena pada struktur molekul karet siklo yang diperoleh dari berbagai penelitian masih terdapat ikatan rangkap.
Menurut Naunton (1961) pemanasan karet alam dengan adanya katalis asam akan merubah karet menjadi bahan lain berupa resin, yaitu suatu isomer karet alam dengan pengurangan derajat ketidakjenuhan yang cukup besar. Asam sebagai katalis dianggap merupakan kelompok yang penting dalam pembuatan karet siklo secara komersial. Kelompok ini meliputi asam sulfat dan turunan organiknya dengan struktur umumnya R-SO2-X, dimana gugus X adalah hidroksil atau halogen (seperti p-toluene sulphonic acid), fenol yang mengandung sulfur atau asam fosfat dan senyawa lainnya seperti hydrogen fluorida.
Naunton (1961) menambahkan, senyawa asam yang paling sering digunakan sebagai katalis dalam pembuatan karet siklo adalah asam sulfonat, sulfonil klorida dan asam sulfat. Produk hasil siklisasi secara umum dikenal dengan nama “Thermoprene”, dan diketahui bahwa aplikasi terpenting dari produk ini adalah sebagai perekat dan bonding agent. Karet siklo bersifat non polar, polimer non kristalin yang rantai-rantai molekulnya telah dikeraskan oleh formasi cincin. Sifat penting yang dimiliki oleh karet siklo adalah daya rekat yang sangat baik pada permukaan logam dan permukaan licin lainnya. Sifat penting lainnya yang masih perlu dilihat adalah kemampuan larut karet siklo dalam pelarut karet (Goonetileke et al., 1993).
Coomarasamy et al.(1981) menambahkan bahwa penampakan dan sifat karet siklo tergantung dari metode pembuatannya dan jenis asamnya. Karet siklo yang dibuat dari karet padat, biasanya hanya sesuai digunakan sebagai bahan penguat, karena viskositas larutannya tinggi serta sukar larut dalam pelarut karet. Karet siklo tidak larut dalam air sehingga sangat baik digunakan sebagai bahan baku tinta cetak, selain itu karet siklo dapat juga digunakan sebagai bahan penguat pada pembuatan kompon karet alam, misalnya pengganti resin stiren yang biasanya digunakan sebagai bahan penguat pada pembuatan sol, pengisi barang jadi karet, kulit sintetik, pelapis tekstil dan kertas serta sebagai
bahan isolator listrik (Alfa, 1999).
Menurut Nadarajah et al.(1975), terdapat dua kegunaan utama dari karet siklo, yaitu sebagai “organic reinforcing resin” untuk karet dan sebagai “binder” pada industri cat. Spesifikasi utama dari kegunaan karet siklo sebagai “ organic reinforcing resin” adalah karet siklo dengan tingkat siklisasi di atas 70% dan bersifat “brittle”
(keras tetapi rapuh) sedangkan untuk penggunaan karet siklo sebagai “ binder” pada cat dan tinta cetak membutuhkan persyaratan antara lain resin karet siklo harus mempunyai ketahanan terhadap bahan-bahan kimia, ketahanan terhadap suhu yang tinggi dan abrasi, serta dapat dicampur (blending) (Nadarajah et al., 1975). Meskipun demikian, resin karet siklo kurang cocok bila dijadikan sebagai perekat untuk bahan- bahan yang lentur/fleksibel. Hal ini disebabkan karena karet siklo cair yang direkatkan pada suatu permukaan akan mengeras kembali. Resin karet siklo memiliki derajat
keasaman (pH) relatif netral dan mampu bertahan terhadap proses hidrolisis, pengikisan, panas, alkali, serta asam yang tidak memiliki sifat pengoksidasi. Resin karet siklo juga mudah larut dalam pelarut aromatik dan cukup larut dalam pelarut alifatik, serta memiliki tahan listrik yang cukup tinggi (1017 ohm) sehingga dapat dijadikan sebagai isolator yang baik dalam industri elektronik. Dari sisi kesehatan, resin karet siklo bersifat netral dan tidak memiliki sifat racun (non-toxic) serta tidak larut dalam air sehingga aman dan ramah bagi lingkungan.
Gambar 2-2: Struktur Kimia Karet Alam Siklis (CNR)
2.4.1. Cara Pembuatan Karet Alam Siklis
Karet alam siklis dibuat melalui reaksi siklisasi. Siklisasi adalah perubahan bentuk struktur suatu rantai lurus menjadi rantai berupa cincin. Reaksi siklisasi karet alam didahului oleh reaksi isomerasi. Struktur cincin terbentuk karena adanya pemanasan dan penambahan katalis asam pada lateks, reaksi ini menyebabkan ikatan rangkap yang terdapat pada struktur molekul karet terputus dan saling berikatan (Alfa, 1999).
Mekanisme reaksi siklisasi karet alam berhubungan dengan protonisasi ikatan rangkap secara acak. Pada tahap pertama akan terbentuk ion karbonium yang disebabkan oleh adanya donor proton yaitu asam sulfat atau katalis yang bersifat asam lainnya. Tahap kedua adalah terbentuknya struktur monosiklik atau polisiklik akibat adanya ion karbonium tidak stabil yang tersiklisasi. Karet siklo dengan struktur polisiklik adalah produk akhir dari reaksi siklisasi karet alam (Verseen, 1987).
CH3 CH2
CH3
CH3
CH3
CH3 CH2 Cyclic Natural Rubber
Proses pengolahan karet siklo pertama kali dibuat pada tahun 1927. Pengolahan karet siklo dari karet alam dapat dilakukan pada karet dalam bentuk padat, larutan atau dalam bentuk lateks. Karet siklo pada awalnya dibuat berdasarkan teknologi siklisasi karet padat. Karet alam padat dicampur dengan katalis asam sulfat atau asam para toluen sulfonat pada gilingan karet, kemudian lembaran yang diperoleh dipanaskan sehingga dihasilkan karet siklo. Penambahan asam sulfat juga dapat dilakukan pada karet alam dalam keadaan berupa lateks (Fisher dan McColm, 1927). Teknologi siklisasi yang paling banyak digunakan untuk memproduksi karet siklo secara komersial adalah siklisasi karet alam dalam keadaan larutan karet. Teknologi siklisasi larutan karet ini mempunyai keunggulan karena prosesnya terhindar dari pengaruh oksidasi dan mampu menghasilkan karet siklo yang mudah larut dalam pelarut karet, tetapi biaya pengolahannya sangat tinggi. Biaya pengolahan siklisasi larutan karet meliputi biaya pengolahan karet padat dari lateks kebun menjadi karet padat, biaya pelarutan karet padat dan penggunaan pelarut serta katalis asam dalam jumlah yang besar (Coomarasamy et al., 1981). Menurut Coomarasamy et al. (1981), siklisasi yang paling ideal bagi negara penghasil lateks yang besar seperti Indonesia adalah siklisasi dalam keadaan lateks. Teknologi ini sudah lama dikenal, namun produk karet siklo yang diperoleh mempunyai kelemahan yaitu sukar larut dalam pelarut karet. Karet siklo yang diperoleh dari lateks sukar larut diduga disebabkan oleh karet alam sendiri yang merupakan rantai panjang dan adanya bahan bukan karet dalam karet terutama protein. Karet siklo yang sukar larut dapat juga terjadi akibat reaksi oksidasi, untuk memperoleh karet siklo yang mudah larut diperlukan pemutusan rantai molekul karet sebelum disiklisasi. Reaksi oksidasi selama siklisasi dapat dicegah dengan penambahan anti oksidasi (anti oksidan) atau direaksikan dalam suasana inert/lembam, dibawah lingkungan nitrogen (Alfa, 1999). Kandungan protein dalam lateks dapat menghambat reaksi siklisasi, sehingga diperlukan penurunan atau penghilangan terhadap kadar protein lateks. Penurunan kadar protein dilakukan dengan cara hidrolisis protein menggunakan enzim (Yapa dan Lionel, 1980). Menurut Naunton (1961), karet siklo dapat dibuat dengan cara memperlakukan karet dengan katalis bersifat asam pada suhu antara 50oC- 150oC. Asam yang biasa digunakan adalah
asam sulfat, asam para toluene sulfonat dan sulfonil klorida. Prinsip dari metode ini adalah pemanasan karet yang telah ditambah sejumlah asam pada suhu 125oC-145oC selama satu sampai empat jam. Reaksi siklisasi sangat eksotermis khususnya pada awal reaksi, sehingga pendinginan diperlukan untuk mencegah panas yang terlalu tinggi (Naunton, 1961). Pencampuran antara lateks pekat dengan asam sulfat mengakibatkan timbulnya banyak panas. Campuran selama berlangsungnya reaksi siklisasi perlu didinginkan untuk mencegah terjadinya penggumpalan atau bahkan pengarangan (charring). Menurut Veersen (1951), proses pengolahan karet siklo (siklisasi) dari bahan dasar berupa karet alam secara umum dilakukan dengan menggunakan agent electrophil atau panas. Siklisasi karet alam dari bahan dasar berupa lateks dengan jenis agent electrophil yang digunakan yaitu asam sulfat (H2SO4). Ke dalam 134 gram lateks pekat yang telah dimantapkan dengan 2.0 persen surfaktan terik, ditambahkan 161 gram H2SO4 pekat. Lateks dipanaskan pada suhu 120oC selama 2 jam, campuran reaksi diencerkan dengan air sebanyak 3 kali volume campuran reaksi. Dispersi yang diperoleh disaring, dicuci kemudian dikeringkan (Veersen, 1951).
2.4.2 Reaksi Siklisasi
Siklisasi dapat didefenisikan sebagai perubahan bentuk struktur rantai molekul dari keadaan rantai lurus menjadi rantai berupa cincin. Siklisasi yang ideal akan menghasilkan struktur cincin karet siklo yang tidak lagi memiliki ikatan rangkap dalam struktur molekulnya karena adanya pemanasan dan penambahan katalis asam.
Menurut Stern (1967) pemanasan karet alam bercampur dengan katalis asam dapat merubah rantai molekul karet alam menjadi struktur seperti cincin, yaitu suatu bentuk karet tersiklisasi. Proses siklisasi akan menghilangkan atau mengurangi jumlah ikatan rangkap yang dimiliki molekul karet alam dan dihasilkan karet siklo berbentuk seperti resin. Siklisasi karet alam melibatkan perubahan struktur molekul karet alam tanpa treikatnya bahan lain, karena mendapat perlakuan pemanasan dan reaksinya dikatalisis oleh asam sulfat (Alfa, 2007).
Karet siklo merupakan turunan dari karet alam yang telah berubah menjadi resin atau bahan termoplastik yang keras tetapi rapuh, yang dihasilkan dari pemanasan karet alam dengan adanya katalis asam (Goonetilleke, 1993). Menurut Barron (1948) karet siklo merupakan turunan karet alam yang dihasilkan dengan cara menggiling karet bersama 5% asam sulfat pekat, lalu dipanaskan pada 120o
Karet siklo yang dihasilkan dapat berupa material keras yang rapuh seperti gutta perca, balat keras, atau berupa serbuk amorpus berwarna keputihan. Bentuk yang terakhir ini merupakan bentuk final reaksi sempurna dari karet siklo. Karet siklo dapat dibuat melalui metode siklisasi karet padat, larutan karet atau lateks, menggunakan berbagai katalis asam. Penampakan dan sifat-sifat karet siklo tergantung pada metode dan katalis asam yang digunakan, serta suhu dan lamanya reaksi siklisasi (Alfa, 2000).
Sifat produk dari karet siklo sangat tergantung kepada teknologi siklisasi dan katalis asam yang digunakan. Karet siklo yang baik adalah mudah larut dalam pelarut karet.
Selain itu, karet siklo memiliki beberapa sifat diantaranya ringan, kaku, tahan terhadap daya gesek, mempunyai daya rekat yang baik terhadap logam, kayu, karet, kulit dan tekstil, mempunyai sifat adhesi yang baik, bersifat non polar dan merupakan polimer non kristalin yang rantai-rantai molekulnya telah dikeraskan oleh formasi cincin (Goonetilleke, 1993). Kegunaan karet siklo yaitu sebagai resin penguat untuk karet dan sebagai binder pada industri cat. Karet siklo juga dapat digunakan sebagai pengisi sekaligus penguat pada barang jadi karet seperti dalam pembuatan sol sepatu dengan tingkat kekerasan tertentu (Coomarasamy, 1981).
C. Dalam hal ini, karet siklo adalah hasil modifikasi secara kimia yang digolongkan kedalam modifikasi tipe I karena struktur molekulnya mengalami perubahan dari keadaan rantai lurus menjadi rantai siklis tanpa masuknya senyawa baru (Alfa, 2000).
Menurut Veersen (1951), mekanisme reaksi siklikasi karet alam berhubungan dengan protonisasi ikatan rangkap secara acak. Pada tahap pertama akan terbentuk ion karbonium dikarenakan adanya donor proton yaitu asam sulfat atau katalis yang bersifat asam lainnya. Pada tahap kedua, ion karbonium yang tidak stabil tersebut akan tersiklikasi membentuk struktur monosiklik atau polisiklik. Pada karet siklo dengan struktur monosiklik masih tersisa ikatan rangkap sebanyak 50 persen dari jumlah awal