THE INFLUENCE PARTICLE SIZE RICE HUSKS ASH AND ANTIOXIDANT TO VULCANIZATION CHARACTERISTIC OF COMPOUND GRIP HANDLE MOTOR
VEHICLE
Hari Adi Prasetya
Balai Riset dan Standardisasi Industri Palembang
Badan Pengkajian Kebijakan, Iklim, dan Mutu Industri, Kementerian Perindustrian RI e-mail : [email protected]
ABSTRACT
The objectives of this research were to study the effect of particle size fillers of
rice husk ash and antioxidants from rice husk to the grip handle motor vehicle
compound vulcanization characteristics. The research was designed as factorial
Completely Randomized Design, and each combination of the treatment was
repeated three times. The first factor was the rice husk ash particle size (100 mesh,
200 mesh, 300 mesh and 400 mesh) and the second factor of the antioxidant phenol
concentration (0.5 phr, 1 phr and 1.5 phr). The parameters were scorch time,
optimum vulcanization time and torsion modulus. The results showed that all the
treatments and their interactions have a significant influence on the vulcanization
characteristics of compound grip handle. The best treatment is a combination handle
grip compound treatment A3F3 (rice husk ash size of 300 mesh size and 1.5 phr of
antioxidant phenols), the vulcanization characteristics scorch time by 1,34 minutes,
the optimum vulcanization time of 1.01 minutes and torsion modulus 10,37 kg.cm.
PENGARUH UKURAN PARTIKEL ABU SEKAM PADI DAN ANTIOKSIDAN TERHADAP KARAKTERISTIK VULKANISASI KOMPON PEGANGAN SETANG
KENDARAAN BERMOTOR RODA DUA
Hari Adi Prasetya
Balai Riset dan Standardisasi Industri Palembang
Badan Pengkajian Kebijakan, Iklim, dan Mutu Industri, Kementerian Perindustrian RI e-mail : [email protected]
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh ukuran partikel bahan
pengisi abu sekam padi dan antioksidan dari sekam padi terhadap karakteristik
vulkanisasi kompon pegangan setang. Rancangan yang digunakan pada penelitian
ini adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) non faktorial, setiap perlakuan diulang 3
(tiga) kali. Faktor pertama adalah ukuran partikel abu sekam padi (100 mesh, 200
mesh, 300 mesh dan 400 mesh) dan faktor kedua konsentrasi antioksidan fenol (0,5
phr, 1 phr dan 1,5 phr). Parameter yang diamati meliputi waktu scorch, waktu
vulkanisasi optimum dan modulus torsi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semua
perlakuan dan interaksinya mempunyai pengaruh yang nyata pada karakteristik
vulkanisasi kompon pegangan setang. Perlakuan terbaik kompon pegangan setang
adalah kombinasi perlakuan A3F3 (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 300
mesh dan antioksidan fenol 1,5 phr), dengan karakteristik vulkanisasi waktu scorch
sebesar 1,34 menit, waktu vulkanisasi optimum sebesar 1,01 menit dan modulus
torsi 10,37 kg.cm.
PENDAHULUAN
Tahapan proses dalam industri barang jadi karet sebagai upaya memperbaiki
kelemahan karet, meliputi pencampuran, pembentukan kemudian vulkanisasi.
Pencampuran dimulai dengan mastikasi (pelunakan), kemudian ditambahkan
bahan-bahan penyusun kompon dengan jenis dan jumlah tertentu sesuai kemampuan
proses, ketersediaan biaya dan sifat fisik akhir vulkanisat yang diinginkan (Rihayat,
2007; Chuayjuljit et al., 2001). Vulkanisasi adalah proses pembentukan ikatan silang
(cross-linking) kimia dari rantai molekul yang berdiri sendiri, meningkatkan elastisitas
dan menurunkan plastisitas. Reaksi ini dapat terjadi jika di dalam molekul-molekul
karet berkontak dengan bahan-bahan tertentu. Proses vulkanisasi merupakan proses
terjadinya reaksi kimia antara molekul karet dengan bahan pemvulkanis (vulcanizing
agent) dengan bantuan bahan pencepat (accelerator) dan bahan penggiat (activator)
membentuk ikatan silang dengan struktur jaringan tiga dimensi dan akan terjadi
perubahan sifat karet dari plastis menjadi elastis. Sebelum proses vulkanisasi,
biasanya kompon karet diuji kematangannya (curing) dengan menggunakan
rheometer. Rheografnya diperoleh pada suhu tertentu dan menunjukkan juga bahwa
reaksi vulkanisasi ini berlangsung dengan waktu tertentu. Rheograf ini biasanya
digunakan sebagai acuan untuk suhu dan waktu vulkanisasi produk (Hasan et al,
2012).
Karakteristik vulkanisasi dan sifat fisik vulkanisat karet dipengaruhi oleh sistem
vulkanisasi dan bound rubber. Pertama, sistem vulkanisasi karet termasuk di
dalamnya rancangan formula karet, menghasilkan jenis dan jumlah ikatan silang total
(total crosslink density) monosulfida, disulfida, dan/atau polisulfida, dimana
ikatan-ikatan ini sangat berhubungan dengan sifat fisik vulkanisat karet (Fath, 1993) dan
karakteristik vulkanisasinya. Ikatan silang merupakan ikatan yang menghubungkan
diantara rantai molekul karet melalui jembatan belerang. Pembentukan ikatan silang
dapat diamati melalui peningkatan nilai torsi sebagai fungsi waktu dan suhu
vulkanisasi. Ikatan silang yang terbentuk adalah sebanding dengan torsi dan
diperoleh dari rheograf yang diamati dengan menggunakan rheometer. Ikatan silang
yang terbentuk menyebabkan peningkatan pada elastisitas karet (prinsip vulkanisasi
Penggunaan bahan pengisi pada kompon karet mempengaruhi karakteristik
vulkanisasi. Bahan pengisi dapat dicampurkan lebih awal pada proses mastikasi dan
penggilingan karet, dilakukan dengan cara mempersingkat waktu mastikasi karet,
atau dapat juga dilakukan dengan metode mencampurkan bahan pengisi tersebut
setelah proses mastikasi dan selanjutnya diikuti dengan pencampuran bahan kimia
ke dalam karet. Ukuran partikel kecil menyebabkan dispersi bahan pengisi di dalam
karet menjadi lebih mudah. Selain itu, viskositas karet rendah dan panas yang
dihasilkan oleh gesekan antara karet dan gilingan, bahan pengisi, dan antar molekul
karet, berpengaruh terhadap karakterisitik vulkanisat yang dihasilkan. Luas
permukaan lebih besar dan dispersi dari bahan pengisi semakin baik menyebabkan
pembentukan bound rubber meningkat dan proses urutan pencampuran seperti ini
sangat berhubungan dengan peningkatan sifat fisik pada vulkanisat karet.
Antioksidan berfungsi melindungi karet terhadap suhu tinggi, sinar matahari,
kerusakan karena oksigen dan ozon di udara, keretakan dan kelenturan, serta
ion-ion prooksidan, yaitu ion-ion tembaga, ion-ion mangan atau ion-ion besi (Haris, 2004). Selain itu
antioksidan dapat memberikan perlindungan terhadap degradasi yang padat di
dalam kondisi-kondisi operasi dinamis dan statis, melawan degradasi katalitis oleh
tembaga dan logam berat lainnya, antiozonant dan antioksidan kuat pada temperatur
tinggi dan tahan retak lentur pada campuran karet serta memberi perlindungan ozon
dan perlawanan jangka panjang lebih baik.
Karet pegangan setang sepeda motor (grip handle) merupakan salah satu
bentuk diversifikasi produk barang jadi karet. Dalam penggunaannya sering
mengalami keretakan atau pecah akibat panas matahari dan pengaruh ozon
sehingga terjadi pengusangan. Pengusangan akan mempengaruhi ketahanan fisik
karet pegangan setang sepeda motor, akibatnya akan mempengaruhi lama
pemakaian. Penggunaan antioksidan dari fenol sekam padi merupakan salah satu
usaha untuk substitusi impor antioksidan serta meningkatkan mutu barang jadi karet.
Selain itu fenol dari sekam padi sebagai bahan alami alternatif pengganti antioksidan
sintetis yang tidak bersifat degradable.
Tujuan penelitian ini untuk mengetahui sejauh mana ukuran partikel abu
sekam padi dan konsentrasi fenol sekam padi akan berpengaruh terhadap
kompon tetap elastis selama pengangkutan, pemakaian maupun dalam
penyimpanan.
METODE PENELITIAN Bahan dan Alat
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah SIR 20,
N-Butadiena rubber (NBR), Minarex oil, sulfur, ZnO, asam stearat,
N-Cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamide (CBS), caumaron resin, Mercaptodithiobenzothiazol
(MBTS), Tetramethylthiuram disulfide (TMTD), dietylen glikol, n-hexane, metanol,
kloroform, abu sekam padi dan fenol sekam padi.
Alat
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah timbangan metler p1210
kapasitas 1200 g, timbangan duduk merek Berkel kapasitas 15 kg, open mill L 40 cm
D18 cm kapasitas 1 kg, cutting scraf besar, alat press, cetakan sheet, autoclave,
glassware, peralatan ekstraksi dan gunting.
Rancangan Percobaan
Faktor yang dipelajari pada penelitian ini meliputi pengaruh bahan pengisi abu
sekam padi secara kombinasi dengan antioksidan fenol dari sekam padi untuk
pembuatan kompon karet. Konsentrasi abu sekam padi yang digunakan adalah 45
phr. Adapun kombinasi perlakuan sebagai berikut :
Faktor pertama ukuran partikel abu sekam padi :
A1 = ukuran 100 mesh
A2 = ukuran 200 mesh
A3 = ukuran 300 mesh
A4 = ukuran 400 mesh
Faktor kedua konsentrasi antioksidan fenol :
F1 = konsentrasi 0,5 phr
F2 = konsentrasi 1 phr
F3 = konsentrasi 1,5 phr
Prosedur Pembuatan abu Sekam Padi
Sekam padi yang telah dicuci dikeringkan, ditimbang 500 g masukkan ke
dalam cawan, lalu dibakar pada suhu 350 oC menggunakan tanur selama 24 jam.
Pengabuan dilanjutkan lagi pada suhu 700 oC selama 48 jam. Abu sekam padi yang
diperoleh didinginkan dalam desikator, selanjutnya dihaluskan sesuai ukuran pada
rancangan percobaan.
Pembuatan antioksidan fenol dari sekam padi dengan proses ekstraksi
Sekam padi dibersihkan dan dihaluskan kemudian diayak menggunakan
ayakan 50 mesh, sebanyak 25 g sampel dibungkus kertas filter dimasukkan dalam
tabung soxhlet kemudian dilakukan proses ekstraksi. Sampel pertama kali
diekstraksi dengan n-heksana untuk menghilangkan minyak dari sekam. Selanjutnya
diekstraksi dengan 1 : 1 campuran kloroform dan metanol. Setelah ekstraksi selesai,
residu disaring menggunakan kertas whatman No. 40. Metanol dan kloroform
dihilangkan dengan cara diuapkan pada suhu 80 0C.
Prosedur Pembuatan Kompon Karet
Pembuatan kompon dilakukan dengan menimbang semua bahan-bahan
sesuai dengan formulasi, kemudian dengan menggunakan alat two roll mill,
dilakukan penggilingan, mula-mula karet SIR 20 digiling sampai plastis, kemudian
tambahkan karet sintetis NBR, digiling sampai plastis dan tercampur sempurna
dengan karet SIR 20. Kemudian berturut-turut tambahkan asam stearat, ZnO, abu
sekam padi (sesuai rancangan percobaan) sampai homogen, kemudian tambahkan
CBS, TMTD, MBTS, fenol, caumoron resin, minyak minarex sampai homogen,
terakhir ditambah sulfur dan digiling sampai homogen. Selama penggilingan
temperatur dipertahankan 70 + 5 0C, dan sebelum divulkanisasi kompon dikondisikan
dulu selama 24 jam. Sampel diambil untuk diuji karakteristik vulkanisasinya
menggunakan rheometer.
Peubah yang diamati
Peubah yang diamati dalam penelitian ini meliputi parameter waktu scorch
HASIL DAN PEMBAHASAN Waktu Scorch (ts2) (menit)
Waktu scorch dilakukan untuk mengetahui waktu yang ditempuh kompon dari
awal pemanasan hingga awal vulkanisasi, atau disebut juga waktu induksi
(Wicaksono et al., 2004). Hasil pengujian waktu scorch kompon karet tertinggi
diperoleh pada perlakuan A1F3 (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 100 mesh
dan antioksidan fenol 1,5 phr ), yaitu 4,07 menit dan hasil pengujian waktu scorch
kompon karet terendah diperoleh pada perlakuan A3F3 (campuran ukuran abu sekam
padi ukuran 300 mesh dan antioksidan fenol 1,5 phr), yaitu 1,34 menit. Hasil
pengujian waktu scorch kompon karet dapat dilihat pada Gambar 1.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
A1F1 A1F2 A1F3 A2F1 A2F2 A2F3 A3F1 A3F2 A3F3 A4F1 A4F2 A4F3
3.65 3.59 4.07 3.92 2.87 2.76 1.41 2.35 1.34 1.5 2.17 2.2 Kombinasi Perlakuan Wak tu S c or ch, meni t
Gambar 1. Pengaruh perlakuan bahan pengisi abu sekam padi dan antioksidan fenol dari sekam padi terhadap waktu scorch kompon karet.
Gambar 1 menunjukkan bahwa nilai waktu scorch tertinggi diperoleh pada
perlakuan A1F3 (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 100 mesh dan
antioksidan fenol 1,5 phr) sebesar 4,07 menit. Waktu scorch yang semakin besar
menunjukkan kompon karet akan semakin matang. Waktu scorch merupakan
indikasi waktu yang diperlukan untuk proses awal pembentukan ikatan silang
molekul karet (Egwaikhide, 2013). Selain itu, adanya aktivitas karet terhadap bahan
alam mempunyai ikatan rangkap C dalam tiap unit monomernya, dengan adanya
pemanasan selama proses vulkanisasi dapat memutuskan rantai karbon karet,
sampai terbentuk monomer-monomer atau depolimerisasi (Schnabel, 1999).
Vulkanisasi merupakan proses irreversible (tidak dapat balik) yang menggabungkan
rantai-rantai molekul karet secara kimiawi dengan molekul belerang membentuk
ikatan tiga dimensi, sehingga karet mentah yang semula plastis setelah vulkanisasi
berubah menjadi elastis, kuat dan liat.
Waktu Vulkanisasi Optimum (tc90), menit
Waktu matang optimum (tc90) merupakan waktu yang diperlukan sejak awal
pemanasan untuk mematangkan kompon sampai kematangan optimum (Wicaksono
et al., 2004). Hasil pengujian waktu vulkanisasi optimum kompon karet terendah
diperoleh pada perlakuan A3F3 (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 300 mesh
dan antioksidan fenol 1,5 phr ), yaitu 1,01 menit dan hasil pengujian waktu
vulkanisasi optimum (tc90) kompon karet tertinggi diperoleh pada perlakuan A1F1
(campuran ukuran abu sekam padi ukuran 100 mesh dan antioksidan fenol 0,5 phr),
yaitu 5,43 menit. Hasil pengujian waktu vulkanisasi optimum kompon karet dapat
dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 menunjukkan bahwa nilai waktu vulkanisasi optimum (tc90) terbaik
diperoleh pada perlakuan A3F3 (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 300 mesh
dan antioksidan fenol 1,5 phr) sebesar 1,01 menit. Perlakuan panas cenderung
memecah unit-unit besar dan melunakkan molekul karet. Semakin tinggi suhu
vulkanisasi maka proses pemasakan kompon akan semakin cepat, dan mencapai
optimum pada suhu tertentu. Suhu vulkanisasi pada penelitian ini 140 0C, selain itu
pemasakan kompon karet juga dipengaruhi perbedaan viskositas campuran
bahan-bahan kimia yang ditambahkan. Perbedaan viskositas yang makin besar dapat
memperlambat pembentukan campuran yang homogen, akibatnya bahan-bahan
kimia yang digunakan tidak terdistribusi merata dalam campuran (Haghigat, 2007).
Modulus Torsi (t) (kg.cm)
Berlangsungnya proses vulkanisasi ditandai dengan meningkatnya modulus
torsi. Besarnya nilai modulus torsi dapat digunakan sebagai indikator banyaknya
ikatan silang yang terbentuk sebagai hasil vulkanisasi (Manna et al., 1997). Ikatan
silang yang terbentuk sebanding dengan angka modulus torsi dan diperoleh dari
rheograf yang diamati dengan menggunakan rheometer. Ikatan silang yang
terbentuk menyebabkan peningkatan pada elastisitas karet (Almosawi, 2013).
Hasil pengujian modulus torsi kompon karet tertinggi diperoleh pada
perlakuan A3F3 (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 300 mesh dan
antioksidan fenol 1,5 phr ), yaitu 10,37 kg.cm dan hasil pengujian modulus torsi
kompon karet terendah diperoleh pada perlakuan A1F1 (campuran ukuran abu sekam
padi ukuran 100 mesh dan antioksidan fenol 0,5 phr), yaitu 5,91 kg.cm.
Hasil pengujian Modulus Torsi kompon karet dapat dilihat pada Gambar 3.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai modulus torsi terbaik diperoleh pada
perlakuan A3F3 (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 300 mesh dan
antioksidan fenol 1,5 phr) sebesar 10,37 kg.cm. Modulus torsi yang tinggi akan
meningkatkan rapat ikatan silang karet dan menggambarkan kekuatan vulkanisat
yang baik (Honggokusumo, 2002). Rapat ikatan silang yang efektif selama proses
vulkanisasi sangat menentukan karakteristik fisik dan mekanik produk karet (Kahar,
2003). Perlakuan suhu 140 0C akan meningkatkan viskositas kompon akibatnya
sebagai bahan penguat dalam kompon karet sehingga meningkatkan viskositas.
Perlakuan suhu yang tinggi akan melunakkan karet sehingga viskositasnya lebih
rendah. Hal tersebut menyebabkan modulus torsi kompon karet lebih kecil
(Jovanovic et al, 2010).
Gambar 3. Pengaruh perlakuan bahan pengisi abu sekam padi dan antioksidan fenol dari sekam padi terhadap modulus torsi kompon karet.
KESIMPULAN
Ukuran partikel abu dan konsentrasi fenol sekam padi berpengaruh terhadap
karakteristik vulkanisasi kompon karet. Perlakuan terbaik kompon karet adalah
kombinasi perlakuan A3F3 (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 300 mesh dan
antioksidan fenol 1,5 phr), dengan karakteristik vulkanisasi waktu scorch sebesar
1,34 menit, waktu vulkanisasi optimum sebesar 1,01 menit dan modulus torsi 10,37
kg.cm.
DAFTAR PUSTAKA
Al-Mosawi, Maamori, Mohammad and Ali, I. 2013. Effect of Shells Powder on Scorch and
Cure Time of Elastomer Material. American Journal of Materials Engineering and
Chuayjuljit, S, Eiumnoh, S, and Potiyaraj, P. 2001. Using Silica From Rice Husk As A
Reinforcing Filler in Natural Rubber. Journal of Science. Chula University, 26(2) :
127-138.
Egwaikhide, A.P, Okieimen, F. E, Lawal, U. Rheological and Mechanical Properties of
Natural Rubber Compounds Filled with Carbonized Palm Kernel Husk Andcarb on
Black (N330). 2013. Science Journal of Chemistry, 1(5): 50-55.
Haghighat, M., A., Khorasani, S.NM., Zadhoush. 2007. Filler–Rubber Interactions in A
Cellulose-Filled Styrene Butadiene Rubber Composites. Journal of Applied Polymer
Science, 10 :748 – 754.
Hasan, A, Rochmadi, Sulistyo, H, and Honggokusumo, S. 2012. The Effect Of Rubber
Mixing Process on The Curing Characteristics of Natural Rubber. Makara,
Teknologi. 16 (2) : 109-115.
Honggokusumo, S., Bahar, N. 2002. Penggunaan Lignin Termodifikasi sebagai Bahan
Pelunak Kompon Karet. Prosiding Simposium Nasional Polimer II.
Jovanović, O, Budinski-Simendić, J.B, Milić, J, Aroguz, A, Ristić, I, Slobodan, P dan Korugic
-Karasz, L. 2010. The Effect of Filler Particles on the Properties of Elastomeric
Materials Based on Different Network Precursors. Contemp Sci Polym Mater,
1061(12); 167-193.
Kahar, N. 2003. Rapat Ikatan Silang pada Karet Alam yang Divulkanisir. Teknologi
Indonesia Jilid VIII. No. 2.
Manna, A.K., P.P.De, D.K. Tripathy. 1997. Chemical Interaction between Surface
Oxidizided Carbon Black and Epoxidized Natural Rubber. Rubber Chemical
Technology. 70(4): 624-633.
Meon, W., Blume, A and Luginsland, H.D. 2004. Rubber Compounding, Chemistry and
Applications : Silica and Silanes. Marcel Dekker, Inc. New York P : 293:372
Omofuma FE, Adeniye, SA and Adeleke, AE. 2011. The Effect of Particle Sizes on the
Performance of Filler: A Case Study of Rice Husk and Wood Flour. World Appl. Sci.
J., 14 (9): 1347-1352.
Schnabel, W. 1999. Polymer Degradation: Principles and Practical Applications. Hanser
International. Macmillan Publishing Co., Inc. New York
Wicaksono, R. Sutardi dan Herminiwati. 2004. Pembuatan Karet Riklim dari Ban Bekas
dengan Microwave Ditinjau dari Karakteristik Vulkanisasi Kompon. Majalah Kulit,
