BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Studi Temperatur Optimal Terhadap Kekuatan Tarik dan Makrostruktur pada Komposisi Campuran Polypropiline (PP) dan High-Densitiy Polyethylene (HDPE) dengan Mesin Ekstruder

(1)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengenalan Bahan Baku

Pada pengujian ini, penulis menggunakan bahan baku biji plastik yang

merupakan salah satu jenis polimer. Plastik adalah bahan yang mempunyai derajat

kekristalan lebih rendah daripada serat, dan dapat dilunakkan atau dicetak pada suhu

tinggi (suhu peralihan kacanya diatas suhu ruang). Plastik merupakan polimer

bercabang atau linier yang dapat dilelehkan diatas panas penggunaannya. Polimer

tersusun atas perulangan monomer menggunakan ikatan kimia tertentu. Ukuran

polimer, dinyatakan dalam massa (massa rata ukuran molekul dan jumlah

rata-rata ukuran molekul) dan tingkat polimerisasi, sangat mempengaruhi sifatnya, seperti

suhu cair dan viskositasnya terhadap ukuran molekul (misal seri hidrokarbon).

Polimer merupakan molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh

susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit

ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari

polimer.

polypropilene (PP) dan polyethylene (PE) adalah salah satu jenis polimer

termoplastik apabila dilihat dari sifat-sifat fisiknya. Disebut termoplastik adalah

karena jenis polimer ini akan mengeras jika didinginkan dan akan melunak bahkan

mencair jika dipanaskan dan proses ini bisa dilakukan berulang kali sehingga polimer

termoplastik dapat didaur ulang. Jenis polimer termoplastik lainnya adalah

poliysterene (PS), acrylonitryl butadine styrene (ABS), polymethil metacrylate (PMMA atau acrylik),dan lain sebagainya. Lalu ada jenis polimer lain yang sifatnya berkebalikan dengan sifat polimer termoplastik, yaitu polimer termoset. Polimer jenis

ini memiliki sifat tidak dapat didaur ulang karena jika dipanaskan akan mengeras

bahkan akan menjadi hangus atau menjadi arang.

Polimer termoplastik memiliki sifat – sifat khusus sebagai berikut.

 Berat molekul kecil

 Tidak tahan terhadap panas.

(2)



 Mudah untuk diregangkan.

 Fleksibel.

 Titik leleh rendah.

 Dapat dibentuk ulang (daur ulang).

 Mudah larut dalam pelarut yang sesuai.

 Memiliki struktur molekul linear/bercabang.

Contoh plastik termoplastik sebagai berikut.

- Polietilena (PE) = Botol plastik, mainan, bahan cetakan, ember, drum, pipa saluran, isolasi kawat dan kabel, kantong plastik dan jas hujan.

- Polivinilklorida (PVC) = pipa air, pipa plastik, pipa kabel listrik, kulit sintetis, ubin plastik, piringan hitam, bungkus makanan, sol sepatu, sarung tangan dan

botol detergen.

- Polipropena (PP) = karung, tali, botol minuman, serat, bak air, insulator, kursi plastik, alat-alat rumah sakit, komponen mesin cuci, pembungkus tekstil, dan

permadani.

- Polistirena = Insulator, sol sepatu, penggaris, gantungan baju.

Sedangkan polimer termoseting memiliki sifat sebagai berikut.

 Keras dan kaku (tidak fleksibel)

 Jika dipanaskan pertama kali akan melunak namun jika dipanaskan kembali tidak

dapat melunak lagi.

 Tidak dapat dibentuk ulang (sukar didaur ulang).

 Tidak dapat larut dalam pelarut apapun.

 Tahan terhadap asam basa.

 Mempunyai ikatan silang antarrantai molekul.

Contoh plastik termoseting :

Bakelit (untuk pembuatan peralatan listrik) = asbak, fitting lampu listrik, steker

(3)

1. Crystallinity (kristalinitas)

Struktur polimer yang tidak tersusun secara teratur umumnya memiliki warna

transparan. Karakteristik ini membuat polimer dapat digunakan untuk berbagai

aplikasi seperti pembungkus makanan, kontak lensa dan sebagainya. Semakin tinggi

derajat kristalisasinya, semakin sedikit cahaya yang dapat melewati polimer tersebut.

2. Thermosetting dan Thermoplastic (Daya tahan terhadap panas)

Berdasarkan ketahanannya terhadap panas, polimer dibedakan menjadi polimer

thermoplastic dan thermosetting. Polimer thermoplastic dapat melunak bila

dipanaskan, sehingga jenis polimer ini dapat dibentuk ulang. Sedangkan polimer

thermosetting setelah dipanaskan tidak dapat dibentuk ulang. Ketahanan polimer

terhadap panas ini membuatnya dapat digunakan pada berbagai aplikasi antara lain

untuk insulasi listrik, insulasi panas, penyimpanan bahan kimia dan sebagainya.

3. Branching (percabangan)

Semakin banyak cabang pada rantai polimer maka densitasnya akan semakin kecil.

Hal ini akan membuat titik leleh polimer berkurang dan elastisitasnya bertambah

karena gaya ikatan intermolekularnya semakin lemah.

4. Tacticity (taktisitas)

Taktisitas menggambarkan susunan isomerik gugus fungsional dari rantai karbon.Ada

tiga jenis taktisitas yaitu isotaktik dimana gugus-gugus subtituennya terletak pada satu

sisi yang sama, sindiotaktik dimana gugus-gugus subtituennya lebih teratur, dan

ataktik dimana gugus-gugus subtituennya terletak pada sisi yang acak.

Pada dasarnya plastik secara umum digolongkan ke dalam 3 (tiga) macamdilihat dari

temperaturnya, yakni :

1. Bahan Termoplastik (Thermoplastic) yaitu akan melunak bila dipanaskan dan

setelah didinginkan akan dapat mengeras.

Contoh bahan thermoplastik adalah : Polistiren, Polietilen, Polipropilen, Nilon,

Plastik fleksiglass dan Teflon.

2. Bahan Termoseting (Thermosetting) yaitu plastik dalam bentuk cair dandapat

(4)

Bakelit, Silikon dan Epoksi.

3. Bahan Elastis (Elastomer) yaitu bahan yang sangat elastis. Contoh bahanelastis

adalah : karet sintetis.

Beberapa keuntungan plastik adalah :

1. Massa jenis rendah (0,9-2,2 [g/cm3])

2. Tahan terhadap arus listrik dan panas, memiliki sedikit elektron bebas

untuk mengalirkan panas dan arus listrik.

3. Tahan terhadap korosi kimia karena tidak terionisasi untuk membentuk

elektron kimia. Pada umumnya tahan terhadap larutan kimia, dan logam

juga sangat sukar untuk larut.

4. Mempunyai permukaan dan penampakan yang sangat baik dan mudah

diwarnai.

Kerugian plastik adalah :

1. Modulus elastisnya relatif rendah.

2. Mudah mulur (Creep) pada suhu kamar.

3. Maksimum temperatur nominalnya rendah.

4. Mudah patah pada sudut bagian yang tajam.

5. Beberapa jenis plastik mengandung zat kimia berbahaya pada penyusunnya

(khususnya plastik dengan kode 1,3,6,7(khususnya polycarbonate)). Penomoran

jenis dan kode akan dibahas selanjutnya.

2.2 Penomoran Jenis dan Kode Polimer pada Kemasan

Kemasan makanan, minuman dan hampir semua peralatan rumah tangga dan

peralatan dapur kebanyakan berbahan polimer, polimer dalam kehidupan sehari-hari

lebih dikenal dengan sebutan plastik. Plastik memiliki beberapa jenis tergantung

kepada ujung dari rantai monomer dan kode dalam panah segitiga yang digunakan.

Secara umum ada 7 jenis plastik yang sering kita gunakan dalam kehidupan

sehari-hari yaitu polyethilen terephtalat (PET), High Density Polyehylene (HDPE), polyvinyl

chloride (PVC), Low Density Polyethylene (LDPE), polypropilene (PP),

polystirene(PS) dan other (7). Kode-kode yang menandakan bahan pembuatan

(5)

1998 di Amerika Serikat dan kemudian diadopsi oleh lembaga-lembaga

pengembangan sistem kode, seperti International Organization for

Standarization (ISO). Tujuan pemberian kode ini adalah untuk memudahkan

konsumen mengenali keamanan dan bahaya kemasan plastik. Kode ini biasanya di

cetak di bawah kemasan plastik berupa angka (dan huruf) dalam lingkaran segitiga

(logo daur ulang), yang biasanya tercantum di bagian bawah kemasan.

Gambar 2.1 Kode Jenis Plastik

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

Khusus plastik dengan kode 1, 3, 6, dan 7 (polycarbonate), seluruhnya

memiliki sifat bahaya secara kimiawi. Ini tidak berarti bahwa plastik dengan kode

yang lain secara utuh aman, plastik dengan kode 2, 4, 5, dan 7 (kecuali polycarbonate)

lebih aman untuk digunakan.

Simbol Dan Kode Jenis Plastik

1. Segitiga recycle dgn Nomor 1 PET /PETE — Polyethylene Terephthalate

Biasanya, pada bagian bawah kemasan botol plastik, tertera logo daur ulang

dengan angka 1 di tengahnya dan tulisan PETE atau PET (polyethylene terephthalate).

Biasa dipakai untuk botol plastik yang jernih/transparan/tembus pandang seperti botol

air mineral, botol jus, dan hampir semua botol minuman lainnya. Botol Jenis

PET/PETE ini direkomendasikan hanya sekali pakai,kenapa?Bila terlalu sering

dipakai, apalagi digunakan untuk menyimpan air hangat apalagi panas, akan

(6)

menggunakan bahan yang disebut dengan antimoni trioksida. Sifat : Jernih, kuat,

tahan pelarut, kedap gas danair, melunak pada suhu 80oC

Penggunaan : Botol minuman, minyak goreng, selai peanut butter, kecap dansambal,

traybiskuit.

Gambar 2.2 contoh produk berbahan Polyethylene Terephthalate (PET/PETE) dan strukturnya

2. Segitiga recycle dgn Nomor 2 HDPE –High Density Polyethylene

Umumnya, pada bagian bawah kemasan botol plastik, tertera logo daur ulang

dengan angka 2 di tengahnya, serta tulisan HDPE (high density polyethylene) di

bawah segitiga. Biasa dipakai untuk botol susu yang berwarna putih susu, tupperware,

galon air minum, kursi lipat, dan lain-lain. HDPE merupakan salah satu bahan plastik

yang aman untuk digunakan karena kemampuan untuk mencegah reaksi kimia antara

kemasan plastik berbahan HDPE dengan makanan/minuman yang dikemasnya. HDPE

memiliki sifat bahan yang lebih kuat, keras, buram dan lebih tahan terhadap suhu

tinggi. Sama seperti PET, HDPE juga direkomendasikan hanya untuk sekali

pemakaian, karena pelepasan senyawa antimoni trioksida terus meningkat seiring

waktu. Sifat : Keras hingga semi fleksibel, tahan terhadap bahan kimia dan

kelembaban, permeabel terhadap gas, permukaan berlilin (waxy), buram (opaque),

(7)

Penggunaan : Botol susu cair dan juice, tutup plastik, kantong belanja dan wadah es

krim.

Gambar 2.3 contoh produk berbahan High Density Polyethylene dan strukturnya

3. Segitiga recycle dgn Nomor 3 V —Polyvinyl Chloride

Tertera logo daur ulang (terkadang berwarna merah) dengan angka 3 di

tengahnya, serta tulisan V. Huruf V itu berarti PVC (polyvinyl chloride), yaitu jenis

plastik yang paling sulit didaur ulang. Plastik ini bisa ditemukan pada plastik

pembungkus (cling wrap), dan botol-botol. PVC mengandung DEHA yang dapat

bereaksi dengan makanan yang dikemas dengan plastik berbahan PVC ini saat

bersentuhan langsung dengan makanan tersebut karena DEHA ini lumer pada suhu

80oC. Reaksi yang terjadi antara PVC dengan makanan yang dikemas dengan plastik

ini berpotensi berbahaya untuk ginjal, hati dan berat badan. Sifat : Kuat, keras, bisa

jernih, bentuk dapat diubahdgn pelarut, melunak pada suhu 80oC

Penggunaan : Botol jus, air mineral, minyak sayur, kecap,sambal, pembungkus

(8)

Gambar 2.4 contoh produk berbahan V - Polyvinyl Chloride dan strukturnya

4. Segitiga recycle dgn Nomor 4 LDPE —Low Density Polyethylene

Tertera logo daur ulang dengan angka 4 di tengahnya, serta tulisan LDPE (low

density polyethylene) yaitu plastik tipe cokelat (thermoplastic/dibuat dari minyak

bumi), biasa dipakai untuk tempat makanan, plastik kemasan, dan botol-botol yang

lembek. Sifat mekanis jenis plastik LDPE adalah kuat, agak tembus cahaya, fleksibel

dan permukaan agak berlemak. Pada suhu di bawah 60oC sangat resisten terhadap

senyawa kimia, daya proteksi terhadap uap air tergolong baik, akan tetapi kurang baik

bagi gas-gas yang lain seperti oksigen. Plastik ini dapat didaur ulang, baik untuk

barang-barang yang memerlukan fleksibilitas tetapi kuat, dan memiliki resistensi yang

baik terhadap reaksi kimia. Barang berbahan LDPE ini sulit dihancurkan, tetapi tetap

baik untuk tempat makanan karena sulit bereaksi secara kimiawi dengan makanan

yang dikemas dengan bahan ini. Sifat : Mudah diproses, kuat, fleksibel, kedap air,

permukaan berlilin, tidak jernih tapi tembus cahaya, melunak pada suhu 70oC

Penggunaan : Pot yoghurt, kantong belanja (kresek),kantong roti dan makanan segar,

(9)

Gambar 2.5 contoh produk berbahan Low Density Polyethylene dan strukturnya

5. Segitiga recycle dgn Nomor 5 PP —Polypropylene

Tertera logo daur ulang dengan angka 5 di tengahnya, serta tulisan PP

(polypropylene) adalah pilihan terbaik untuk bahan plastik, terutama untuk yang

berhubungan dengan makanan dan minuman seperti tempat menyimpan makanan,

botol minum dan terpenting botol minum untuk bayi. Karakteristik adalah biasa botol

transparan yang tidak jernih atau berawan. Polipropilen lebih kuat dan ringan dengan

daya tembus uap yang rendah, ketahanan yang baik terhadap lemak, stabil terhadap

suhu tinggi dan cukup mengkilap.

Sifat : Keras tapi fleksibel, kuat, permukaan berlilin, tidak jernih tapi tembus cahaya,

tahan terhadap bahan kimia, panas dan minyak, melunak pada suhu 140oC

Penggunaan : Pembungkus biskuit, kantong chipskentang, krat serealia, pita perekat

(10)

Gambar 2.6 contoh produk berbahan Polypropylene dan strukturnya

6. Segitiga recycle dgn Nomor 6 PS —Polystyrene

Tertera logo daur ulang dengan angka 6 di tengahnya, serta tulisan PS

(polystyrene) ditemukan tahun 1839, oleh Eduard Simon, seorang apoteker dari

Jerman, secara tidak sengaja. PS biasa dipakai sebagai bahan tempat makan

styrofoam, tempat minum sekali pakai, dan lain-lain. Polystyrene merupakan polimer

aromatik yang dapat mengeluarkan bahan styrene ke dalam makanan ketika makanan

tersebut bersentuhan. Selain tempat makanan, styrene juga bisa didapatkan dari asap

rokok, asap kendaraan dan bahan konstruksi gedung. Bahan ini harus dihindari, karena

selain berbahaya untuk kesehatan otak, mengganggu hormon estrogen pada wanita

yang berakibat pada masalah reproduksi, dan pertumbuhan dan sistem syaraf, juga

karena bahan ini sulit didaur ulang. Pun bila didaur ulang, bahan ini memerlukan

proses yang sangat panjang dan lama. Bahan ini dapat dikenali dengan kode angka 6,

namun bila tidak tertera kode angka tersebut pada kemasan plastik, bahan ini dapat

dikenali dengan cara dibakar (cara terakhir dan sebaiknya dihindari). Ketika dibakar,

bahan ini akan mengeluarkan api berwarna kuning- jingga, dan meninggalkan jelaga.

Polistiren (PS) Sifat : Jernih seperti kaca, kaku, getas, buram, terpengaruh lemak dan

pelarut, mudah dibentuk, melunak pada suhu 95oC. Penggunaan : Wadah makanan

(11)

Sifat : Bentuk busa, ringan, getas, kaku, biasanya berwarna putih Penggunaan : Wadah

makanan siap saji, cup kopi.

Gambar 2.7 contoh produk berbahan Polystyrene

7. Segitiga recycle dgn Nomor 7 - OTHER

Untuk jenis plastik ―other‖ ini ada 4 macam, yaitu:

1. SAN –styrene acrylonitrile,

2. ABS –acrylonitrile butadiene styrene,

3. PC –polycarbonate,

4. Nylon

Jenis-jenis tersebut dapat ditemukan pada tempat makanan dan minuman

seperti botol minum olahraga, suku cadang mobil, alat rumah tangga, komputer, alat

elektronik dan plastik kemasan. SAN dan ABS memiliki resistensi yang tinggi

terhadap reaksi kimia, suhu, kekuatan, kekakuan dan tingkat kekerasan yg telah

ditingkatkan. Biasanya SAN terdapat pada mangkuk mixer, pembungkus termos,

piring, alat makan, penyaring kopi dan sikat gigi. Sedangkan ABS biasanya digunakan

sebagai bahan mainan lego dan pipa. Bahan-bahan ini merupakan salah satu bahan

plastik yang sangat baik untuk digunakan dalam kemasan makanan atau pun

minuman. PC (polycarbonate) dpt ditemukan pada botol susu bayi, gelas anak batita

(sippy cup), botol minum polikarbonat dan kaleng kemasan makanan serta minuman,

termasuk kaleng susu formula. Bahan ini dapat mengeluarkan bahan utamanya yaitu

(12)

imunitas. Contoh lain jenis plastik yang termasuk kode 7 misalnya polikarbonat.

Sifat : Keras, jernih, tahan panas

Penggunaan : Galon air mineral, botol susu bayi

Selain plastik yang disebutkan diatas, Melamin-formaldehid (MF), termasuk

jenis plastik berkode 7. Plastik ini tidak dapat didaur ulang (termoset). Melamin

terbuat dari resin dan formalin. Formalin pada melamin inilah yang dapat

membahayakan tubuh manusia. Melamin yang asli sebenarnya dapat tahan terhadap

suhu tinggi namun akhir-akhir ini beredar melamin produk Cina yang kualitasnya

berbeda dengan melamin asli. Sifat : Keras, kuat, mudah diwarnai, bebas rasa dan bau,

tahan terhadap pelarut dan noda, kurang tahan terhadap asam dan alkali Penggunaan :

Peralatan makan: gelas, mangkok, sendok, dan piring.

Gambar 2.8. contoh produk berkode recycle nomor 7

2.3 Pemanfaatan Polimer

Penggunaan polimer dalam kehidupan sehari – hari yang telah dikenal dan

digunakan secara umum yaitu:

1. Polyurethanes

Polyurethanes banyak digunakan untuk produk-produk yang terbuat dari foam, serat,

dan yang digunakan untuk elastomer dan pelapis (coating). Aplikasinya dalam

kehidupan sehari-hari misalnya untuk pembuatan wadah dari foam, untuk industri

(13)

2. Polyester

Poliester dibentuk dari monomer-monomer ester.Salah satu contoh polimer ini adalah

dakron.Dakron digunakan sebagai serat tekstil. Selain dakron dikenal pula Mylar,

yang digunakan sebagai pita perekam magnetik

3. Polypropylene (PP)

Biasanya digunakan untuk membuat karung, tali, botol dan sebagainya.

4. Polyethylene (PE)

Biasanya digunakan untuk pembungkus makanan, kantung plastik, ember dan

sebagainya.

5. Akrilat (flexiglass)

Beberapa polimer dibuat dari asam akrilat sebagai monomernya.Polimetilmetakrilat

atau flexiglass merupakan plastik bening, keras tetapi ringan.Polimer jenis ini banyak

digunakan untuk kaca jendela pesawat terbang dan mobil.

6. Bakelit

Bakelit banyak digunakan untuk alat-alat listrik.

7. PVC

PVC (polivinilklorida) biasanya digunakan untuk membuat pipa, selang, pelapis lantai

dan sebagainya

8. Teflon

Teflon atau politetrafluoroetilena memiliki sifat yang tahan terhadap bahan kimia dan

panas, sehingga seringkali digunakan untuk pelapis tangki atau panci anti lengket

9. Karet alam dan karet sintetis

Karet diperoleh dari getah pohon karet (lateks).Karet alam merupakan polimer

isoprena.Karet sintetis terdiri dari beberapa macam, misalnya polibutadiena,

polikloroprena dan polistirena.Karet sintetis yang telah banyak dikenal yaitu SBR.

SBR terdiri dari monomer stirena dan 1,3- butadiena, banyak digunakan untuk

pembuatan ban mobil.

Faktor utama yang perlu diperhatikan dalam memilih bahan plastik meliputi :

1. Aplikasi

Sebelum memilih bahan plastik, perlu dipertimbangkan apakah bahan tersebut

memenuhi kebutuhan aplikasi. Empat hal dapatdipertimbangkan sebagai

(14)

• Lingkungan penggunaan

Perlu meneliti pengaruh lingkungan terhadap produk yang dibuatdari bahan

plastik yang digunakan. Pengaruh lingkungan tersebutmeliputi suhu,

kelembaban dan daerah kerja, kemungkinan kontakdengan gas, unsur kimia,

atau larutan kimia, maupun keterbukaanalam (matahari, hujan atau radiasi)

• Jenis gaya eksternal yang dikenakan padanya

Perlu dianalisa jenis gaya eksternal seperti gaya tarik, lentur,kompresi, geser

atau friksi yang dikenakan di bawah lingkungan tersebut di atas dan bagaimana

kombinasi dari gaya-gaya di atas. Perlu diteliti apakah gaya-gaya ini dikenakan

sebagai beban tumbukan, tegangan berulang atau gaya dinamis. Setelah

mempertimbangkan faktor-faktor ini baru memilih bahan-bahanplastik yang

memiliki ketahanan terhadap gaya eksternal.

• Situasi khusus

Setiap negeri mempunyai standar kualitas tidak sama, sehinggabahan yang

dipilih harus memenuhi persyaratan standar di negara masing-masing, misalnya

bahan plastik yang digunakan dalambidang kelistrikan untuk di ekspor ke

Amerika Serikat harus memenuhi persyaratan ―Standar UL‖ untuk keamanan

termal danlistrik.

• Pengguna dan tujuan pemakaian

Faktor tersebut pantas memperoleh perhatian siapa penggunaproduk tersebut

misalnya anak-anak, atau orang dewasa barudipertimbangkan pemilihan bahan

yang sesuai atau tidakmembahayakan. Selanjutnya mempertimbangkan di mana

produk tersebut akan digunakan, apakah untuk tujuan produksi atau

untukkonsumen umum, baru kemudian memilih jenis bahan plastik yang di

kehendaki.

2. Sifat-sifat Bahan Plastik

Dengan mempertimbangkan faktor yang memenuhi aplikasi pemilihanbahan

plastik, barulah memilih bahan plastik yang memiliki sifat-sifatbahan tersebut seperti

berat spesifik, warna, transparansi, sifat,mekanik, elektronik, termal, kimiawi,

(15)

3. Pertimbangan Ekonomis

Harga merupakan salah satu faktor penentu dalam pemilihan jenisbahan plastik

baik dengan membandingkan harga produk sainganmaupun dengan bahan plastik lain

setelah mempertimbangkan biayaproses fabrikasi.

4. Keamanan dan Kesehatan

Merupakan salah satu faktor penting mempertimbangkan kesehatandan

keamanan orang yang bekerja pada proses fabrikasi dan atau pengguna produk akhir.

5. Limbah

Hal ini penting di carikan jalan keluar penanganannya, disertai kegiatan

promosi daur ulang dalam proses proses produksi.

2.4 Bahan baku

a. Polyethylene (PE)

Polyethylene merupakan polimer termoplastik yang mudah diolah maka dari

itu sering di cetak dengan penekanan, injeksi, ekstruksi, peniupan dan hampa udara.

Polyethylene massa jenis rendah (Low-Density Polyethylene) terutama digunakan

dalam bentuk tipis atau lembaran, misalnya : tas, botol-botol yang dapat dijepit tabung

tinta padapena, tali senar/dawai, isolator kabel, wadah alat dapur, botol minyak tanah,

dankantong tempat sampah. Sedangkan polyethylene massa jenis tinggi (High-Density

Polyethylene) digunakan untuk perpipaan, mainan, filament tenunan dan peralatan

rumah tangga.

Pada polyethylene massa jenis rendah (LDPE), molekul-molekulnya tidak

mengkristal secara baik tetapi memiliki banyak cabang. Polyethylene mengandung

unsur kimia karbon dan hidrogen dan juga dibuat melalui polimerisasi etena. Disisi

lain polyethylene tekanan rendah kurang bercabang dan merupakan rantai lurus karena

itu massa jenisnya lebih besar sebab mengkristal secara baik sehingga memiliki

kristalinitas tinggi. Karena kristal yang berbentuk baik itu mempunyai gaya antar

molekul yang kuat, maka bahan ini memiliki kekuatan mekanis yang tinggi dan titik

lunak yang tinggi pula. Polyethylene ini dibuat dengan jalan polimerisasi gas etilen

yang dapat diperoleh dengan memberi hydrogen gas petroleum pada pemecahan

minyak(nafia), gas alam atau asetelin. Melihat kristalinitas dan massa molekul, titik

(16)

tingkat resistansi kimia yang sangat baik dan tidak larut pada temperatur ruang karena

sifat kristalinitas mereka. Polietilena umumnya bisa dilarutkan pada temperatur yang

tinggi dalam hidrokarbon aromatik seperti toluena atau xilena, atau larutan terklorinasi

seperti trikloroetana atau triklorobenzena.

Produknya mempunyai fleksibilitas pada suhu ruang maupun rendah, kedap

air,tidak ber-reaksi dengan zat kimia, dapat disambung dengan cara dipanaskan dan

dapat diberi warna. Produknya mencakup: cetakan es, baki, pencuci film,

kain,kemasan, botol susu bayi, selang air, kabel koaksial dan bahan isolasi atau

peredam getaran untuk frekuensi tinggi. Semua produk-produk tersebut, dibuat

dengan cara: cetak-injeksi, cetak-tiup atau ekstrusi.

Tabel 2.1 Sifat fisik, mekanis dan termal dari Polyethylene

TYPICAL PROPERTIES of POLYETHYLENE

D638 Tensile Modulus (psi) 57,000 200,000 80,000

D638 Tensile Elongation at Break (%) 100 400 300

D790 Flexural Strength at Yield (psi) 1,500 4,600 3,500

D790 Flexural Modulus (psi) 29,000 174,000 88,000

D695 Compressive Strength (psi) 1,400 4,600 3,000

D695 Compressive Modulus (psi) 54,000 100,000 80,000

(17)

D785 Hardness, Shore D D45 D69 D62-D66

D256 IZOD Notched Impact (ft-lb/in) No

Break 1.3

D149 Dielectric Strength (V/mil) short time,

1/8" thick 460-700 450-500 2300

D150 Dielectric Constant at 1 MHz 2.25-2.30

2.30-2.35

2.30-2.35 D150 Dissipation Factor at 1 kHz 0.0002 0.0002 0.0005

D257 Surface Resistivity (ohm/square) at

50% RH > 10

15 _{> 10}15 _{> 10}15

D495 Arc Resistance (sec) 135-160 200-250 250-350

Sumber : http://boedeker.com/polye_p.htm

b. Polypropilene (PP)

Polipropilen dibentuk dengan berbagai teknik termoplastik, memiliki sifat-sifat

listrik yang baik, tahan terhadap impak, kekuatannya tinggi dan tahan terhadap suhu

tinggi serta zat-zat kimia.

Serat polipropilen dapat dijalin untuk dijadikan tali/tambang, jala dan tekstil.

(18)

–

mekaniknya dapat ditingkatkan sampai batas tertentu dengan jalan mencampurkan

serat gelas dan pemuaian termal juga dapat diperbaiki sampai setingkat dengan bahan

thermoseting. Sifat- sifat listriknya hampir sama dengan sifat-sifat pada polyethylene.

Tahan kimianya kira-kira sama bahkan lebih baik dari pada polyethylene massa jenis

tinggi (high-density polyethylene).

Polypropylene paling umum digunakan untuk cetakan plastik, dimana hal ini

disuntikkan ke dalam cetakan sementara cair, membentuk bentuk kompleks dengan

biaya yang relatif rendah dan volume tinggi; contoh termasuk tutup botol,botol, dan

alat kelengkapan. Polypropylene memiliki rumus molekul (C3H6)n. Massa jenisnya

rendah (0,90 - 0,92) termasuk kelompok yang paling ringan diantara bahan polimer,

dapat terbakar bila dinyalakan dibandingkan polyethylene massa jenis tinggi. Titik

lelehnya tinggi sekali (164°C), kekuatan tarik, kekuatan lentur dan kekuatannya lebih

tinggi tetapi tahan impaknya lebih rendah terutama pada temperatur rendah.

Table 2.2 Sifat fisik, mekanis dan thermal dari Polpropylene

TYPICAL PROPERTIES of POLYPROPYLENE

D790 Flexural Modulus (psi) 180,000 160,000 145,000

D695 Compressive Strength (psi) 7,000 6,000 -

(19)

D785 Hardness, Rockwell R 92 80 -

D149 Dielectric Strength (V/mil) short

time, 1/8" thick 500-660 475 500-650

D150 Dielectric Constant at 1 kHz 2.25 2.2-2.36 2.3

D150 Dissipation Factor at 1 kHz 0.0005-0.0018 0.0017 -

D257 Volume Resistivity (ohm-cm) at

50% RH 8.5 x 10

Ekstrusi adalah salah satu proses manufaktur yang mengkombinasikan

beberapa proses pengolahan meliputi pencampuran (mixing), pengulenan (kneading),

pengadukan (shearing), pemanasan (heating), pendinginan (cooling), dan pencetakan

(20)

memperkenalkan ekstrusi bahan logam, dengan mengekstrusi pipa lead. Dalam

prosesnya sebuah billet berbentuk silindris ditempatkan dalam sebuah wadah dan

didorong melalui sebuah cetakan terbuka dengan menggunakan sebuah ram. Hasil

produk keluar dari die dengan pengurangan penampang permukaan. Proses sederhana

ditunjukkan pada gambar 2.9 berikut ini

Gambar 2.9 Proses ekstrusi logam

Keterangan gambar:

1. Benda kerja (billet)

2. Wadah (container)

3. Cetakan (die)

4. Ram

5. Dummy block

6. Die backer

Proses ekstrusi dapat diperlakukan dalam bentuk kerja panas maupun dingin,

walaupun demikian, proses kerja panas lebih banyak untuk berbagai jenis metal

karena mengurangi gaya dorong yang diperlukan. Logam-logam seperti lead, copper,

aluminium, magnesium, dan paduan dari logam ini umumnya mudah dilakukan proses

ekstrusi karena logam ini memiliki kekuatan luluh yang rendah dan begitu juga

dengan suhu ekstrusinya.

2.5.2 Ekstrusi Bahan Termoplastik

Proses ekstrusi bahan termoplastik mempunyai prinsip yang hampir sama pada

proses ekstrusi bahan logam, hanya saja dalam mengekstrusi bahan polimer

termoplastik tidak lagi menggunakan ram seperti halnya ekstrusi logam, tetapi

(21)

Bahan baku yang digunakan dalam proses ekstrusi termoplastik ini juga

berbeda dengan ekstrusi logam. Jika pada ekstrusi logam bahan baku yang

dimasukkan dalam bentuk batangan, plat, ataupun lembaran, maka pada ekstrusi

termoplastik bahan baku yang digunakan adalah dalam bentuk biji plastik (pellet).

Hasil produk dari proses ekstrusi termoplastik juga beraneka ragam, seperti halnya

pada ekstrusi logam.

Proses ekstrusi memiliki beberapa keuntungan, yaitu:

 Produk beraneka ragam bentuk dan ukuran

 Relatih murah dan ekonomis

 Proses otomatis dan produktivitas tinggi

 Kualitas produk baik

 Tidak menghasilkan limbah

Prinsip pengoperasian untuk semua jenis ekstruder pada umumnya adalah sama, yaitu:

 Bahan baku dimasukkan ke dalam hopper dan dialirkan sepanjang ekstruder

 Ketika bergerak sepanjang ekstruder, die yang kecil membatasi volume dan

menghambat pergerakan bahan

 Akibatnya bahan mengalami tekanan yang tinggi

 Selama bergerak sepanjang ekstruder, screw memutar bahan (menguleni) dan

mengubahnya menjadi semisolid yangbersifat plastis

 Pada extrusion cooking adanya panas karena gesekan menyebabkan suhu

meningkat

 Setelah melewati barrel dimana tekanan meningkat, bahan didorong melalui

die

 Produk mengalami perubahan tekanan dari tinggi ke rendah sehingga

mengembang

 Produk mengalami proses pendinginan secara cepat karena air dari produk

menguap

Mesin ekstrusi (ekstruder) untuk bahan termoplastik umumnya terdiri dari

sebuah poros berulir tunggal (single screw) namun pada saat ini telah dikembangkan

(22)

yaitu jumlah screw yang digunakan.

1. single screw ekstruder (mesin ekstrusi poros berulir tunggal)

Ekstruder jenis ini memiliki satu buah screw yang berputar di dalam barrel.

Screw tersebut berfungsi untuk mendorong dan menekan bahan pellet hingga keluar

dari die.

Gambar 2.10 single screw extruder

(Sumber: http://www.polymerprocessing.com/operations/sscrew/big.html)

Dalam prosesnya bahan baku termoplastik berbentuk pellet dimasukkan ke

dalam hopper dan digerakkan melalui barrel dengan menggunakan sebuah poros

berulir tunggal yang berbentuk helical (single screw conveyor) untuk kemudian

dihantarkan hingga ke cetakan (die).

Kecepatan putaran screw merupakan parameter penting yang mempengaruhi:

 Lama produk dalam ekstruder

 Jumlah energi panas yang terbentuk

 Kecepatan transfer panas

2. twin screw ekstruder (mesin ekstrusi poros berulir kembar)

Ekstruder jenis ini memiliki dua buah screw yang berputar di dalam

barrel.Namun berdasarkan arah putarannya dibagi menjadi dua, yaitu

 co-rotating (berputar searah satu sama lain)

(23)

Gambar 2.11 twin screw ekstruder

(sumber: http://www.polymerprocessing.com/operations/tscrew/index.html)

Keuntungan mesin ini adalah:

 Tidak tergantung feed rate

 Kontrol transfer panas lebih baik

 Dapat digunakan untuk bahan berminyak, lengket atau basah

 Dapat digunakan untuk berbagai ukuran partikel

Sedangkan kerugiannya adalah:

 Harga relatif mahal

 Biaya pemeliharaan tinggi

 Pengoperasian lebih sulit

2.6 Sifat Mekanik Polimer

2.6.1. Kekuatan (Strength)

Kekuatan merupakan salah satu sifat mekanik dari polimer. Ada

beberapamacam kekuatan dalam polimer, diantaranya yaitu:

A. Kekuatan Tarik (Tensile Strength)

Kekuatan tarik adalah tegangan yang dibutuhkan untuk mematahkan suatu sampel.

Kekuatan tarik penting untuk polymer yang akan ditarik,contohnya fiber, harus

mempunyai kekuatan tarik yang baik.

B. Compressive strength

Adalah ketahanan terhadap tekanan.Beton merupakan contoh material yang

memiliki kekuatan tekan yang bagus.Segala sesuatu yang harusmenahan berat dari

(24)

Adalah ketahanan pada bending (flexing).Polimer mempunyai flexural strength jika

dia kuat saat dibengkokkan.

D. Impact strength

Adalah ketahanan terhadap tegangan yang datang secara tiba-tiba.Polimer

mempunyai kekuatan impak jika dia kuat saat dipukul dengan keras secara tiba-tiba

seperti dengan palu.

Gambar 2.12 Pembebanan Bahan

(sumber: http://rudimarvell.blogspot.com/2011/04/sifat-mekanik-logam-sifat-mekanik-bahan.html)

2.6.2. Elongation

Semua jenis kekuatan memberitahu kita berapa tegangan yang

dibutuhkanuntuk mematahkan sesuatu, tetapi tidak memberitahu kita tentang apa yang

terjadipada sampel kita saat kita mencoba untuk mematahkannya, itulah kenapa kita

mempelajari elongation dari polimer. Elongasi merupakan salah satu jenis deformasi.

Deformasi merupakan perubahan ukuran yang terjadi saat material diberi gaya. %

Elongasi adalah panjang polimer setelah di beri gaya (L) dibagi dengan panjang

sampel sebelum diberi gaya (Lo) kemudian dikalikan 100%. Elongation-to-break

(ultimate elongation) adalah regangan pada sampel pada saat sampel patah.

2.6.3. Modulus

Modulus diukur dengan menghitung tegangan dibagi dengan elongasi. Satuan

(25)

2.6.4. Ketangguhan (Toughness)

Ketangguhan adalah pengukuran sebenarnya dari energi yang dapat diserap

oleh suatu material sebelum material tersebut patah.

2.7 Perilaku Thermoplastik Saat Diuji Tarik

Perilaku mekanika polimer thermoplastik sebagai respon terhadap

pembebanan secara umum dapat dijelaskan dengan mempelajari hubungan antara

struktur rantai molekulnya dan fenomena yang teramati.

Gambar 2.13 Spesimen Uji Tarik dan Perilaku Polimer Termoplastik pada saat mengalami pembebanan pada Mesin Uji Tarik

(sumber: http://diajengsekar.blogspot.com/2013/08/dasar-tegangan-dan-regangan.html)

Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan

tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut “Ultimate Tensile

Strength” disingkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik maksimum.

Menurut Hukum Hooke (Hooke’s Law), pada tahap sangat awal dari uji tarik, hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan

panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva

pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut:

(26)

 Stress:

σ =

𝑭

𝑨

Dimana F adalah gaya tarikan (N) ; A luas penampang (mm2) ; σ adalah tegangan

(MPa). Nilai F didapat dengan menggunakan rumus F=Load x 9,807N dimana Load adalah beban atau gaya yang diberikan pada saat benda putus (break).

 Strain:

ε

= ∆𝑳

𝑳𝒐𝒙𝟏𝟎𝟎%

ΔL adalah pertambahan panjang (mm) ; Lo adalah panjang awal (mm) ; ε adalah regangan (%)

 Maka hubungan antara stress dan strain dapat dirumuskan:

E =

𝛔

𝛆

; dimana E adalah Modulus Elastisitas

Untuk memudahkan pembahasan, grafik pada gambar 2.13 kita modifikasi

sedikit dari hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan

antara tegangan dan regangan (stress vs strain). Selanjutnya kita dapatkan gambar

2.14, yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah

gradien kurva dalam daerah linier, dimana perbandingan tegangan (σ) dan regangan

(ε) selalu tetap. E diberi nama “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva

SS (SS curve).

Gambar 2.14 Kurva tegangan-regangan

(sumber: http://diajengsekar.blogspot.com/2013/08/dasar-tegangan-dan-regangan.html)

(27)

 Pada daerah linear dinyatakan apabila sebuah bahan diberi beban sampai pada

titik sebelum titik luluh, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut

akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula)

sehingga disebut dengan daerah deformasi elastis, yaitu regangan ―nol‖ pada

titik 0. Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik luluh, hukum Hooke

tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan sehingga

disebut dengan daerah deformasi plastis. Terdapat konvensi batas regangan

permamen (permanent strain) sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu

kurang dari 0.03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0.005%. Tidak ada

standarisasi yang universal mengenai nilai ini.

 Titik luluh (yield strength) adalah batas atau titik atau daerah peralihan fase

elastis dan fase plastis

 Ultimate tensile strength adalah merupakan besar tegangan maksimum yang

didapatkan dalam uji tarik.

 Titik putus adalah merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.

 Modulus elastisitas (young modulus) adalah kecenderungan suatu benda untuk

berubah bentuk sepanjang sumbu ketika stress berlawanan diaplikasikan

sepanjang sumbu itu; itu didefinisikan sebagai rasio tegangan tarik terhadap

regangan tarik.

Perilaku mekanik dari polimer thermoplastik secara umum dapat

dikelompokkan menjadi 3 bagian, yaitu: (1) Perilaku Elastik, (2) Perilaku Plastik, dan

(3) Perilaku Visko-Elastik.

Berikut Kurva Tegangan Regangan Suatu Polimer Thermoplastik:

(28)

pada waktu (time-dependent). Hal ini dapat dijelaskan dari 2 mekanisme yang terjadi

pada daerah elastis, yaitu: (1) distorsi keseluruhan bagian yang mengalami deformasi,

dan (2) regangan dan distorsi ikatan-ikatan kovalennya. Perilaku elastik non-inear

atau non-proporsional pada daerah elastis terutama berhubungan dengan mekanisme

distorsi dari keseluruhan rantai molekulnya yang linear atau linear dengan cabang.

Gambar 2.16 Perilaku Elastik Polimer Thermoplastik (Rahmat Saptono, 2007 )

Perilaku plastis pada polimer thermoplastik pada umumnya dapat dijelaskan

dengan mekanisme gelinciran rantai (chain sliding). Ikatan sekunder sangat berperan

dalam mekanisme ini sebagaimana diilustrasikan dalam gambar. Mula-mula akan

terjadi pelurusan rantai liner molekul polimer yang keadaannya dapat diilustrasikan

seperti ‗mie‘ dengan ikatan sekunder dan saling kunci mekanik. Selanjutnya akan

terjadi gelinciran antar rantai molekul yang telah lurus pada arah garis gaya.

Ikatan sekunder dalam hal ini akan berperan sebagai semacam ‗tahanan‘ dalam

proses gelincir atau deformasi geser (shear) antar rantai molekul yang sejajar searah

dengan arah garis gaya. Dengan demikian dapat dijelaskan bahwa ikatan sekunder

sangat menentukan ketahanan polimer thermoplastik terhadap deformasi plastik atau

yang selama ini kita kenal dengan kekuatan (strength) dari polimer.

Gelinciran rantai molekul polimer thermoplastik dapat pula dilihat sebagai

aliran viskos dari suatu fluida. Kemudahan molekul polimer untuk dideformasi secara

permanen dalam hal ini berbanding lurus dengan viskositas dari polimer.Dari

(29)

kecepatan antar rantai molekul yang dapat menyebabkan deformasi permanen

tergantung pada viskositasnya.

Gambar 2.17 Perilaku Plastik Polimer Thermoplastik (Rahmat Saptono, 2007 )

Perilaku penciutan (necking) dari polimer thermoplastik amorphous agak

sedikit berbeda dengan perilaku penciutan logam pada umumnya. Hal ini disebabkan

karena pada saat terjadi penciutan akan terjadi kristalisasi yang menyebabkan

penguatan lokal pada daerah tersebut dan penurunan laju deformasi.

Gambar 2.18 Penciutan dan Kristalisasi Polimer Thermoplastik Amorphous pada Pengujian Tarik (Rahmat Saptono, 2007 )

Visko-elastisitas berhubungan perilaku polimer thermoplastik saat dideformasi

(30)

dapat disimulasikan dengan mengkombinasikan persamaan Pegas Hooke dan

Dashspot. Regangan, misalnya, dapat diasumsikan seri atau paralel, menggunakan

Elemen Maxwell dan Elemen Voight-Kelvin.

Gambar 2.19 Deformasi pada polimer setelah pengujian tarik (Callister)

Keterangan Gambar 2.17:

A. Elastis – Getas

B. Elastis – Plastik

C. Elastisitas tinggi

2.8 Makrostruktur Pada Polimer

Makrostruktur pada polimer dapat menentukan sifat bahan/produk polimer,

baik sifat fisik maupun kimianya. Sebagian besar kajian analitik dan karakterisasi

polimer mutakhir dilakukan atas makrostruktur dan dampaknya atas sifat struktural

maupun fungsional bahan.

Pengamatan struktur makro dapat menggunakan mikroskop optik dengan

pembesaran tertentu. Pengamatan struktur makro adalah salah satu cara untuk

mengetahui metalurgi permukaan benda uji, sehingga dapat diketahui sifat mekanik

dari material tersebut.

Pada pengamatan struktur makro, terdapat porositas. Porositas adalah

besarnya persentasi ruang-ruang kosong atau besarnya kadar pori yang terdapat pada

(31)

Polimer mempunyai kecenderungan berisi rongga akibat adanya air yang

terbentuk selama atau sesudah percetakan dan kemudian kering sehingga

menimbulkan rongga-rongga udara. Dapat ditambahkan bahwa selain air yang

mengawali pemakaian ruangan dan kelak menjadi rongga, terjadi juga rongga-rongga

udara langsung pada jumlah persentase yang kecil.

Gambar 2.20 Porositas pada polimer

Porositas adalah ukuran dari ruang/rongga kosong (pori-pori) di antara

material, dan merupakan fraksi dari volume ruang kosong terhadap total volume, yang

bernilai antara 0 dan 1, atau sebagai persentase antara 0-100%.

Porositas dapat berpengaruh pada sifat mekanik seperti kekerasan. Semakin

tinggi persentase porositas lapisan maka kekerasan akan menurun demikian pula

sebaliknya lapisan dengan densitas yang semakin tinggi akan memiliki kekerasan

yang semakin tinggi pula. Namun pada sifat mekanik seperti kekuatan tarik, semakin

tinggi persentase porositas lapisan suatu material maka kekuatan tarik akan cenderung

semakin tinggi karena hubungan kekerasan dari suatu bahan berbanding terbalik

dengan kekuatan tarik. Kekerasan adalah ketahanan material terhadap deformasi local

(permukaan), sementara kekuatan tarik adalah ketahanan material terhadap deformasi

plastis yang terjadi diseluruh permukaan material (global). Sehingga jika suatu bagian

dari material memiliki kekuatan tarik yang baik, maka material tersebut semakin ulet

sehingga memiliki sifat yang semakin lunak dan tidak getas, Sementara itu sifat dari

material yang memiliki kekerasan mempunyai sifat getas dan cenderung tidak lunak

atau ulet. Karena itu, semakin ulet material maka akan semakin kuat pula material