BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Polietilena
Pengembangan polietilena telah dilakukan dengan mengembangkan pembentukkan material baru termoplastik elastomer (TPE), bahan tersebut berbeda fase, morfologi dan dapat diproduksi baik sebagai blok kopolimer atau sebagai campuran TPE yang mengalami disosiasi pada temperatur tinggi. Hal ini memungkinkan materi mengalir cepat dan mengeras ketika suhu diturunkan. Karet alam memiliki afinitas yang melekat dengan beberapa termoplastik olefin yang memungkinkan pembentukan dari TPE dicirikan oleh morfologi skala sub-mikron dan sifat fisik yang sangat baik.
Berbagai jenis termoplastik telah banyak digunakan untuk mempersiapkan termoplastik elastomer kompatibilitas tinggi. Ini termasuk polipropilen, low-density
polyethylen, uv-low-density polyethylene, linear low density polyethylene, diklorinasi
polietilen, polistiren, poliamida, etilena-vinil aseta, kopolimer, dan poli metil metakrilat. Polietilena densitas tinggi juga digunakan untuk mempersiapkan termoplastik-karet alam dengan peningkatan sifat tarik dan kekerasan dengan penambahan karet alam cair sebagai pengkompatibilizer. (Charoen Nakason, 2006)
Campuran polimer yang mempunyai kompatibilitas pencampuran antara komponen konstituen dari poliblend dapat dibuat dengan menggunakan kompatibilitas reaktif atau aditif yang berbeda, kompatibilitas pencampuran mempengaruhi morfologi dan sifat dari poliblend. Strategi compatibilitas pencampuran memfokuskan pada aplikasi seperti plastik daur ulang pasca-konsumen tanpa penyortiran, produksi film multi-layer, kemasan produk, serta perkembangan bahan baru berdasarkan plastik/ plastik elastomer/campuran elastomer. (Magdy dkk, 2008).
Sintesis polimer oleh anionik dari kondensasi polimerisasi vinil menawarkan besar keuntungan divinilbenzen yaitu (1) dapat digunakan dengan mudah divinilbenzen tersedia monomer vinil (2) monomer kelompok hadir dalam rantai polimer ada di kesetimbangan dengan propagasi anion. Hal ini memungkinkan sintesis yang lebih tinggi dari polimer dengan penambahan beberapa dosis berulang stirena, (3) memulai kelompok menjadi bagian dari unit ulang di polimer, sehingga memudahkan menyesuaikan sifat fisik dan (4) rantai hidup-ujung polimer vinil dapat dimanipulasi untuk fungsionalisasi, kopolimerisasi blok terhadap sintesis molekul struktur yang unik. (Shuncong Mao dkk, 1998).
Polietilena dibagi menjadi produk massa jenis rendah (<0,94 g cm3) dan produk massa jenis tinggi (>0,94 g/cm3). Perbedaan massa jenis ini timbul dari strukturnya yaitu polietilena massa jenis tinggi adalah merupakan polimer linear dan polietilena massa jenis rendah adalah merupakan polimer bercabang (Cowd, M.A., 1990).
Polietilena massa jenis rendah sebagiannya (50-60%) adalah padatan kristalin, melelah pada suhu kira-kira 115oC, dengan massa jenis antara 0,91 g/cm3 – 0,94 g/cm3. Polietilena jenis ini dapat larut dalam banyak pelarut pada suhu diatas 100oC, sampai hanya sedikit pelarut yang dapat melarutkannya pada atau mendekati suhu kamar.
Polietilena massa jenis tinggi sebagian besar adalah padatan kristalin (diatas 90%), mengandung kurang dari 1 rantai/ 200 atom karbon pada cabang utama. Titik lelehnya diatas 127oC (atau 135 oC) dan massa jenisnya antara 0,95 g/cm3 – 0,97 g/cm3 (Billmeyer, 1984).
Reaksi adisi adalah sebuah reaksi dimana dua atau lebih molekul bergabung membentuk suatu produk yang disertai dengan pemutusan ikatan rangkap. Selama polimerisasi etilena, ada ribuan etilena yang bergabung bersama membentuk polietilena.
---CH2-CH2---n
Gambar 2.1. Polimerisasi Etilena
2.2. Karet alam.
Karet alam umumnya diperoleh dari getah pohon Havea Braziliensis menurut cara pengolahannya, karet alam dibedakan menjadi : smoked sheet, crepe dan remills. Karet havea braziliensis merupakan hidrokarbon poliisoprena dengan berat molekul 200.000 - 500.000. Karet didapat dalam bentuk lateks, cairan dispersi, karet yang mengandung 25% - 40 % poliisoprena. Karet alam terbentuk secara polimerisasi alam melalui reaksi adisi monomer isoprena membentuk cis- isoprena.
CH3 C =C ---CH2 H CH2 ---n
Gambar 2.2.Struktur cis-1,4- poliisoprena.
Lembaran karet yang terbentuk tidak hanya mengandung cis poliisoprena tetapi juga mengandung komponen lain.
Tabel 2.1 Komponen kimia karet alam
No kompnen Kandungan % 1 Cis poliisoprena 94,2 2 Protein 2,5 3 Ekstrak 2,5 4 Air 0,5 5 Abu 0,3 (Sumber Morton, 1973)
Lembaran karet berwarna kecokelatan dan agak transparan. Pada temperatur diatas 200oC karet mengalami degradasi oleh panas. Karet alam memiliki sifat kuat tarik tinggi, sifat dinamik dan sifat listrik yang baik, kurang resisten terhadap minyak dan ozon dan memiliki gaya adhesi yang baik (Eirich, 1978). Bila karet berada dalam lingkungan minyak atau pelarut organik karet akan mengalami penggembungan
Table 2.2. Sifat – sifat karet alam
(Sumber : Studebaker, 1984)
Dari tabel diatas dapat disimpulkan bahwa karet alam mempunyai beberapa kelebihan dibanding material lain, yaitu mempunyai kekenyalan yang tinggi dengan kalor yang terjadi rendah, daya rekat cukup tinggi, ketahanan leleh cukup tinggi, sangat elastis, mempunyai kekuatan tumbuk (Impact Strength) yang baik. Serta kuat tarik yang tinggi. Sedangkan kelemahan karet alam yaitu: Relatif dapat terdegradasi oleh sinar UV dan ozon karena mempunyai ikatan rangkap, serta mudah mengalami pengembunan (swelling). No Parameter 1 Massa jenis (g/cm3) 0,91 – 0,93 2 Indeks bias (nd25) 1,519 3 Kuat tarik 300 – 4000 4 Elongasi (%) 100 -700
5 Modulus tarik (105 psi) 0,025
6 Titik leleh (oC) Tidak tajam (Amorf) 7 Titik transisi gelas (oC) -70
8 Suhu pakai (oC) -50 sampai 80
9 Kekerasan 20 – 100
10 Sifat dinamik Baik
11 Sifat listrik Baik
12 Permanen set Rendah
13 Adhesi Baik
14 Ketahanan cuaca Cukup 15 Ketahanan ozon Rendah 16 Ketahanan
minyak/pelarut organik
Rendah
Sifat khas yang dimiliki karet adalah elastisitasnya. Karet memiliki kemampuan untuk dideformasi, tetapi sifat elastis karet membuatnya dapat mudah kembali kebentuk semula. Sifat ini dapat pula diamati dalam karet alam. Modulus elastisitas karet alam sangat kecil dengan kurva tegangan yang tidak linear. Dalam keadaan tanpa tegangan, karet alam akan memiliki rantai molekul yang saling bergulung dan kusut. ( Morton, 1973).
Parameter termodinamika yang digunakan mengamati deformasi elastis ini adalah entropi, yang mengukur derajat ketidakstabilan sistem. Entropi akan naik dengan naiknya derajat ketidakteraturan, karet yang mengalami perenggangan, rantainya menjadi lebih lurus dan rapat, sistem menjadi lebih teratur. Untuk keadaan ini entropi akan naik, jika rantai-rantai kembali ke bentuk bergulung semula. Dua gejala yang dihasilkan dari efek entropi, karet akan mengalami kenaikkan suhu, dan modulus elastisitas akan naik jika suhu dinaikkan, berbeda dengan bahan- bahan lain.
2.2.1. Karet Alam SIR 3L
Standar mutu karet bongkahan di Indonesia tercantum dalam standar Indonesia Rubber (SIR). SIR adalah karet bongkahan (karet lemah) yang telah dikeringkan dan dikilang menjadi bandela-bandela dengan ukuran yang telah ditentukan. Perbedaan SIR 3L, SIR 5, SIR 10 dan SIR 20 adalah pada standar spesifikasi mutu kotoran, kadar abu dan kadar-kadar zat penguap yang sesuai dengan skema standar Indonesia Rubber.
Karet alam SIR 3L berasal dari koagulan (lateks yang mudah menggumpal) atau hasil olahan seperti lum, sit angin, getah keping, sisa dan lain-lain, yang diperoleh dari perkebunan rakyat dengan asal bahan baku yang sama dengan koagulum. Prinsip tahapan proses pengolahan SIR 3L yaitu sortasi bahan baku, pembersihan dan pencampuran makro, peremahan, pengeringan, pengempaan, bandela dan pengemasan.
Langkah proses pengolahan karet alam SIR 3L : bahan baku koagulum (lum mangkok, sleb, sit angin, getah sisa, dll) disortasi dan dilakukan pembersihan dan pencampuran makro juga pembersihan dan pencampuran mikro. Pengeringan kantung
selama 10 hari sampai 20 hari. Peremahan, pengeringan, pengempaan bandela (setiap bandela 33 kg atau 35 kg), pengemasan dan karet alam SIR 3L siap untuk diekspor (Ompusunggu, 1987).
Tebel 2.3. Standar Indonesia Rubber (SIR)
No Parameter SIR 3L SIR 5 SIR 10
1 Kadar kotoran maksimum 0,03% 0,05% 0,10%
2 Kadar abu maksimum 0,50% 0,50% 0,75%
3 Kadar zat atsiri maksimum 1,0% 1,0% 1,0%
4 PRI minimum 60 60 50
5 Plastisitas –P0 minimum 30 30 30
6 Limit warna (skala lovibond) maksimum
6 -
7 Kode warna kuning hijau -
Sumber : Thio Goan loo, 1980
(Tim penulis Penebar Swadaya 1993)
2.3. Dikumil peroksida
Senyawa-senyawa turunan proksida umumnya berfungsi sebagai senyawa inisiator dalam proses polimerisasi dan dalam penentuan ikatan silang berbagai polimer sintetis, polimer alam dan materialnya. Senyawa peroksida ini dapat digunakan sebagai pembentuk radikal bebas dengan adanya energi panas pada temperatur yang tergantung pada jenis peroksidanya. Seperti yang ditunjukkan dibawah ini dekomposisi 160oC. (Thitithammawong, 2007 dan Nakason 2008).
C CH3 CH3 O O . H3C C Pemanasan 160 oC C CH3 CH3 O 2 H3C CH3 2 + C
=
O 2 CH3 Acetophenon . 2 RH (substrat) 2 CH4 + 2 R . C CH3 CH3 OH + 2 R .Dari dekomposisi dikumil peroksida pada 160oC menghasilkan sejumlah kecil produk metana, asetophenon, 2 phenilpropanol-2, dan radikal 2-phenilpropanoxy, radikal metal. Kedua radikal ini sangat reaktif untuk mengabstraksi atom-atom hidrogen dari rantai polimer. (Naskar 2004)
Tabel.2.4. Sifat-sifat dikumil peroksida No Parameter
1 Rumus molekul C18H22O2
2 Berat molekul 270,37
3 Kepadatan 1,56
4 Titik leleh 38-41ºC
5 Kelarutan Larut dalam air
6 Titik didih 130 º C
7 Temperatur t1/2 = 1 menit 179 oC 8 Temperatur Crosslink yang khas 160
9 Efesiensi Crosslink 50 % http://www.chemblink.com/products/80-43-3.htm, Thitithammawong, 2007. 2.4. Divinil benzen. CH=CH2 CH=CH2 Gambar.2.4. Divinilbenzen
Tabel 2.5. Sifat-sifat divinilbenzen
No Parameter
1 Rumus molekul C10H10
2 Massa molar 130.19 g mol−1
3 Titik lebur -66.9 ke -52°C
4 Titik didih 195°C
5 Kelarutan dalam air Tidak Larut
6 Kelarutan dalam pelarut lain Tidak larut dalam air. Larut dalam etanol dan eter.
Divinilbenzen (DVB) terdiri dari sebuah cincin benzena berikatan dengan dua kelompok vinil. Hal ini terkait dengan stirene (vinilbenzen) dengan penambahan bahan vinil kedua kelompok. Divinilbenzen, seperti biasanya yang dihadapi, adalah campuran 2:1 m-dan p-divinilbenzen, juga mengandung isomer etil benzen yang sesuai. Ini dibuat oleh dehidrogenasi termal dari isomerik dietil benzen.
Ketika bereaksi bersama-sama dengan stirene, divinilbenzene dapat digunakan sebagai monomer reaktif dalam resin poliester. Stirene dan divinilbenzene bereaksi bersama untuk membentuk kopolimer stirene-divinilbenzene, S-DVB atau sty-DVB. Hasil ikatan silang polimer terutama digunakan untuk produksi resin pertukaran ion.
http://en.wikipedia.org/wiki/Divinylbenzene.
2.5. Karakterisasi Campuran Polimer
Karakterisasi dilakukan untuk mengetahui dan menganalisa campuran polimer. Karakterisasi yang dilakukan menggunakan faurier transform infrared spectroscopy (FT-IR), scanning electron microscopy (SEM) dan uji tarik.
2.5.1. Faurier transform infrared spectroscopy (FT-IR)
Pada tahun 1965, Cooley dan Turky mendemonstrasikan teknik spektroskopi FT-IR (Faurier transform infrared spectroscopy). Pada dasarnya teknik ini sama dengan spektroskopi inframerah biasa, kecuali dilengkapi dengan cara penghitungan “Faurier
transform” dan pengolahan data untuk mendapatkan resolusi dan kepekaan yang lebih
tinggi. Teknik ini dilakukan dengan penambahan peralatan interferometer yang telah lama ditemukan oleh Michelson pada akhir abad 19. Mikchelson telah mendapat informasi spektrum dari suatu berkas radiasi dengan mengamati interferogram yang diperoleh dari interfemeter tersebut. Fellet (1970) juga telah menggunakan perhitungan Faurier transform pada spektrofotometer dalam bidang astronomi.
Penggunaan spektrofotometer FT-IR untuk analisa banyak diajukan untuk identifikasi suatu senyawa. Hal ini disebabkan spektrum FT-IR suatu senyawa (misalnya senyawa organik) bersifat khas, artinya senyawa yang berbeda akan mempunyai spektrum yang berbeda pula. Vibrasi ikatan kimia pada suatu molekul
menyebabkan pita serapan hampir seluruhnya di daerah spektrum IR yakni 4000-400cm-1.
Pada temperatur biasa molekul organik frekuensi vibrasinya dalam keadaan tetap. Masing-masing ikatan mempunyai vibrasi renggangan (stretching) dan vibrasi tekuk (bending) yang dapat mengasorbsi energi radiasi pada frekuensi itu. Yang dimaksud vibrasi renggangan adalah terjadinya terus menerus perubahan jarak antara dua atom di dalam suatu molekul. Vibrasi renggang ini ada dua macam, yaitu renggang simetris dan tidak simetris. Yang dimaksud vibrasi tekuk adalah terjadinya perubahan sudut antara dua ikatan kimia. Ada empat macam vibrasi tekuk, yakni vibrasi tekuk dalam bidang ( Inplane bending) yang dapat berupa vibrasi “scissoring” (deformasi) atau vibrasi “rocking” dan vibrasi keluar bidang (out of plane bending) yang dapat berupa “Wagning” atau berupa twisting (Gambar 2.8).
Vibrasi Renggang Simetris Vibrasi Renggang tak simetris Vibrasi Lentur Seissering (deformasi) Vibrasi Lentur Rocking + + + -Waging Twisting Vibrasi Lentur Keluar Bidang Vibrasi Renggang
(+) gerakan keluar bidang kertas, keatas (-) gerakan keluar bidang kertas, kebawah
Gambar 2.5. Macam-Macam Vibrasi Pada FTIR
Formulasi bahan polimer komersial dengan kandungan aditif bervariasi seperti pemplastis, pengisi, pemantap dan antioksidan, memberikan kekhasan pada spektrum inframerahnya. Analisis inframerah memberikan informasi tentang kandungan aditif, panjang rantai, dan struktur rantai polimer. Disamping itu, analisis IR dapat digunakan untuk karakterisasi bahan polimer yang terdegradasi oksidatif dengan munculnya gugus karbonil dan pembentukkan ikatan pada rantai polimer. Gugus lain yang menunjukkan terjadinya degradasi oksidatif adalah gugus hidroksida dan karboksilat.
Umumnya pita serapan polimer pada spektrum inframerah adalah adanya ikatan C-H renggangan pada daerah 2880 cm-1 – 2900cm-1 dan renggangan dari gugus fungsi lain yang mendukung untuk analisis suatu material (Kemp, 1979).
Banyak faktor yang mempengaruhi frekuensi vibrasi suatu ikatan dalam molekul dan tidak mungkin memisahkan pengaruhnya dari suatu yang lain, sebagai contoh serapan ikatan C=O dalam gugus keton (RCOCH3) lebih rendah dari pada dalam RCOCl. Perubahan frekuensi struktur C=O ini karena perbedaan massa diantara CH3 dan Cl.
2.5.2. Scanning Electron Microscopy (SEM)
SEM adalah alat yang dapat membentuk bayangan permukaan spesimen secara makroskopik. Berkas elektron dengan diameter 5-10 nm diarahkan pada spesimen interaksi berkas elektron dengan spesimen menghasilkan beberapa fenomena yaitu hamburan balik berkas elektron, sinar x, elektron sekunder, elektron auger dan absorpsi elektron.
Teknik SEM pada hakekatnya merupakan pemeriksaan dan analisa permukaan. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang tebalnya sekitar 20μm dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan gambar tofografi dengan segala tonjolan, lekukan dan lubang pada permukaan. Gambar tofografi diperoleh dari penangkapan elektron sekunder yang dipancarkan oleh spesimen. Sinyal elektron sekunder yang dihasilkan ditangkap oleh detektor dan diteruskan ke monitor. Pada monitor akan diperoleh gambar yang khas yang menggambarkan struktur permukaan spesimen. Selanjutnya gambar di monitor dapat dipotret dengan menggunakan film hitam putih atau dapat pula direkam kedalam suatu disket.
Sampel yang dianalisa dengan menggunakan teknik ini harus mempunyai permukaan dengan konduktivitas tinggi, karena polimer mempunyai konduktivitas rendah, maka bahan perlu dilapisi dengan bahan konduktor (bahan penghantar) yang tipis. Bahan yang biasa digunakan adalah perak, tetapi jika dianalisa dalam waktu yang lama, lebih baik digunakan suatu campuran emas dan paladium.
2.5.3. Kekuatan Tarik
Kekuatan tarik adalah salah satu sifat dasar dari bahan polimer yang terpenting dan sering digunakan untuk karakteristik suatu bahan polimer. Kekuatan tarik suatu bahan didefinisikan sebagai besarnya beban maksimum (Emaks) yang digunakan untuk memutuskan spesimennya bahan dibagi dengan luas penampang awal (A0).
σ = 𝐹𝑚𝑎𝑘𝑠
𝐴𝑜 (2.1)
σ = kg/mm2 F = kgf Ao = mm2
Bila sutu bahan dikenakan beban tarik yang disebut tegangan (gaya persatuan luas), maka bahan akan mengalami perpanjangan (regangan). Kurva tegangan terhadap regangan merupakan gambaran karakteristik dari sifat mekanik suatu bahan. Untuk bahan polimer bentuk kurva tegangan-regangan terlihat pada Gambar 2.6.
Tegangan lumer Kuat tarik Tegangan putus Perpanjangan Lumer T eg an g an Regangan
Gambar 2.6. Kurva tegangan-regangan bahan polimer.
Pada kurva di atas ada tiga tahapan proses yang terjadi. Tahap pertama (sampai titik A) kenaikkan regangan bahan polimer berbanding lurus dengan tegangan, bila tegangan dilepaskan spesimen bahan akan kembali pada bentuk semula (bahan bersifat elastis). Bila tegangan diperbesar melampaui beban maksimum (σ0) molekul bahan akan mengalami orientasi ke arah tarik dan akan menjadi perubahan regangan yang
besar. Sampai titik B, semua molekul sudah terorientasi secara teratur dan membentuk struktur kristalin yang lebih kuat. Pertambahan regangan menjadi lebih kecil dan tegangan akan naik drastis sampai bahan terputus pada titik C dengan besar tegangan = σ1. Daerah antara titik A dan C disebut daerah plastis, bila bahan tidak bersifat plastis maka spesimen bahan akan terputus setelah titik A.
Disamping bersama kekuatan tarik (σ) sifat mekanik bahan juga diamati dari sifat kemulurannya (ε) yang didefinisikan sebagai :
ε = I0− I0
I0 𝑥 100% (2.2)
ε = dalam %
IF,I0 = panjang specimen setelah dan sebelum diberi tekanan (mm). (wirjosentono, 1993).
