AGRIPLUS, Volume 22 Nomor : 01Januari 2012, ISSN

(1)

AGRIPLUS, Volume 22 Nomor : 01Januari 2012, ISSN 0854-0128

PENGARUH KADAR PLASTICIZER MINARE, FILLER HYBRID ABU SAWIT DAN FILLER ABU SAWIT DENGAN PENINGKATAN KADAR SILIKA TERHADAP MORFOLOGI DAN

SIFAT THERMOPLASTIC VULCANIZATE BARBASIS KARET ALAM Oleh: Irdoni HS.1), Bahruddin1), Nirwana1), Baihaki1), Permata T. Hagana S.1)

ABSTRACT

Indonesia was the strategic area that was for material development based of natural rubber. Production of material thermoplastic vulcanizate (TPV) from nature rubber was potential for the Indonesian product that was promising, but did not yet produce commercial product of TPV. This research aimed at considering influence of increment level of plasticizer minarex and filler hybrid ratio towards morphology and the characteristics of TPV was based on nature rubber. To make blend of Natural Rubber used roll mill with the condition for the operation in room temperature and the speed turned roll 20 rpm. Dynamic vulcanization was done inside internal mixer with the permanent mass ratio of PP/NR 30/70 in the temperature 1800C and rotor speed 60 rpm. Sulphur was used as vulcanizing agent, the sulphur composition was used 3 phr (per hundred rubber). Property that in analysis was the strength pulled of TPV (tensile strength) the mixture of PP/NR that was tested by using universal testing machine, standard that was used ISO 527-2 type 5A. Morfologi the mixture was analysed by using the Scanning Electron Microscopy (SEM). Results showed that even more level of plasticizer minarex and the palm ash filler composition in filler hybrid ratio that it reduce the characteristics of TPV mechanics result from aglomeration filler that was seen in the analysis of morphology. The characteristics of mechanics and morphology best was received in TPV with the increase level of plasticizer minarex 5 phr (per hundred rubber) good used filler hybrid and palm ash filler with increase level of silica.

Key words: carbon black, filler hybrid, nature rubber, palm ash, plasticizer minarex, TPV

PENDAHULUAN

Indonesia merupakan daerah yang

strategis untuk pengembangan komoditi

berbahan dasar karet. Hal ini dimungkinkan karena Indonesia memiliki lahan perkebunan karet terluas di dunia yaitu sebesar 3,4 juta ha pada tahun 2009 (Sjafriani, 2010). Namun Indonesia baru bisa menempati posisi sebagai produsen karet alam terbesar kedua di dunia dengan produksi 2,4 juta ton pada tahun 2009. Pembuatan bahan thermoplastic vulcanizate (TPV) dari bahan karet alam merupakan potensi produk Indonesia yang menjanjikan, namun belum menghasilkan produk TPV komersial.

TPV memiliki sifat seperti karet yang tervulkanisasi, namun bisa diproses seperti plastik. Penelitian-penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa karet alam mempunyai

daya ikat yang baik dengan plastik poliolefin, dan dapat terdistribusi dengan baik dalam matriks plastik jika fasanya divulkanisasi (Sabet, 2000). Disamping itu, kombinasi karet alam dengan termoplastik memungkinkan peningkatan sifat-sifat karet alam, mengubah karet alam menjadi bahan baru, dan penggunaannya dapat diperluas (Pascual dkk., 2005). Beberapa

penelitian sudah mengembangkan

metode-metode untuk meningkatkan performance

material TPV tersebut, namun belum

menghasilkan produk TPV sebagaimana yang diharapkan. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk meningkatkan sifat mekanik TPV adalah dengan penambahan filler. Selain itu distribusi filler dalam matriks TPV sangat tergantung pada plasticizer. Plasticizer secara umummembantu proses penyebaran filler di

(2)

dalam polimer dan meningkatkan sifat elastis dari polimer.

Penelitian menggunakan campuran dua jenis filler aktif (filler hybrid) yaitu abu sawit yang merupakan limbah padat proses pengolahan sawit, hasil pembakaran cangkang dan sabut sawit di boiler yang memiliki kandungan silika cukup besar, dan dipadukan dengan carbon black yang merupakan filler yang umum digunakan dalam campuran dengan karet serta harganya relatif murah. Penelitian ini melewati serangkaian proses pencampuran (blending),

dimana proses pencampuran pembuntukan

kompon karet dilakukan di dalam roll mill, dan pembentukan material TPV dilakukan di dalam internal mixer.

METODOLOGI

Penelitian dilakukan dengan metode eksperimen. Bahan-bahan yang digunakan meliputi plastik polipropilen (PP) sebagai komponen termoplastik, karet alam (NR) jenis SIR 20 sebagai komponen elastomer, Minarex sebagai plasticizer, abu sawit/carbon black sebagai filler hybrid, sulfur sebagai vulcanizing agent, Ma-g-PP sebagai compatibilizer, MBTS sebagai accelarator, Seng Oksida (ZnO) dan Asam Stearat sebagai aktivator dan co-aktivator, Trimethilquinone (TMQ) sebagai anti egradant, Nitrogen Cair sebagai bahan pengeras sampel uji SEM.

Peralatan yang digunakan yaitu

peralatan untuk persiapan sampel TPV meliputi roll mill, internal mixer dan peralatan untuk pengujian sampel meliputi hot press, alat potong Dummbell, peralatan uji stress-strain yaitu universal testing machine, peralatan untuk pengamatan morfologi sampel skala mikron yaitu Scanning Electron Microscopy (SEM), peralatan untuk uji penyerapan air, peralatan

untuk uji kadar air abu sawit,

AtomicAbsorptionSpectrophotometric (AAS). Abu sawit terlebih dahulu diayak sampai ukuran 200 mesh lalu dibakar di dalam furnace pada suhu 4000C selama 4 jam sehingga diperoleh abu yang memiliki warna abu-abu.

Pemanasan bertujuan menghilangkan karbon dan kadar air yang terkandung di dalam abu (Aldores, 2010). Kemudian dianalisa persentase kandungan silikanya dengan AAS.

Proses penyiapan kompon karet dapat dilakukan dengan cara penambahan filler dan bahan aditif pada roll mill. Karet alam(Natural Rubber) dan plasticizer minarex dicampur terlebih dahulu dalam alat roll mill pada suhu kamar (±300C) dengan kecepatan putaran roll 20 rpm.Karet dan plasticizer dimastikasi dengan menggiling karet alam dan plasticizer selama ±15 menit sampai teksturnya halus dan lunak,

kemudian ditambahkan abu sawit/carbon

black(filler), dilanjutkan dengan penambahan bahan aditif TMQ selama ±5 menit. Setelah itu ditambahkan ZnO, asam stearat, dan MBTS secara berturut-turut. Kemudian ditambahkan sulfur sebagai bahan vulcanizing untuk memvulkanisasi karet. Setelah semua bahan

aditif ditambahkan, maka dilakukan

penggilingan/mastikasi akhir selama ±5 menit. Di dalam internal mixer dilakukan pencampuran kompon karet dengan PP dan Ma-g-PP, pada suhu 180oC dan kecepatan rotor 60 rpm selama ± 10 menit. Berdasarkan penelitian Gusnita (2010), rasio PP/NR dibuat sebesar 30/70 dan komposisi MAPP sebesar 5% massa.

Tabel 1. Tahapan proses pencampuran material dalam Roll Mill

Tahapan Aktivitas Waktu Proses (menit ke) 1 Karet alam(Natural Rubber) - 2 Penambahan Minarex 5

3 Abu sawit/carbon black (Filler)

20

4 Penambahan TMQ 40

5 Penambahan ZnO 45

6 Penambahan Asam Stearat 55

7 Penambahan MBTS 70

8 Penambahan Sulfur 80

9 Penghentian proses pencampuran

(3)

Tabel 2.Tahapan proses pencampuran material dalam Intenal Mixer

Tahapan Aktivitas Waktu proses (menit ke) 1 Pelelehan PP - 2 Penambahan Ma-g-PP 4 3 Penambahan kompon karet 6 4 Penghentian proses pencampuran 10

Pengujian Sifat Mekanik

Untuk material TPV, standar yang biasa digunakan adalah ISO 527-2 5A.Sebelum dilakukan analisa uji tarik, sampel campuran PP/Karet alam di bentuk seperti lembaran flat dengan menggunakan alat hot press.Caranya dengan memotong sampel kecil-kecil (±1 cm), kemudian potongan sampel ditempatkan pada cetakan (spisel) berbentuk persegi dengan panjang sisi 13 cm dan ketebalan 2 mm (ISO 527-2 5A).Kedua permukaan spisel ditutupi dengan glossing plate. Alat hot press dipersiapkan dan diset pada suhu 1800C, kemudian sampel yang telah berada didalam cetakan dipanaskan hingga mencair sempurna. Setelah itu, sampel dipress dengan tekanan 10 bar secara berulang-ulang (±15 kali). Kemudian sampel dipress kembali pada tekanan 50 bar selama 2 menit.Setelah itu, sampel didinginkan dan terbentuklah sampel campuran PP/NR dalam bentuk lembaran-lembaran.

Tahap berikutnya adalah pemotongan

lembaran untuk membentuk spesimen

menggunakan alat dumbbell.Jumlah spesimen pada uji tarik minimal 4 spesimen yang dipotong dari setiap titik pada lembaran sampel.Setelah itu, dilakukan uji tarik dengan beban 100 kgf dan kecepatan 500 mm/menit.Hasil uji tarik yang diperoleh berupa grafik hubungan tegangan (stress) terhadap regangan (strain) dari masing-masing spesimen uji.Sifat mekanik yang diuji adalah tensile strength dan elongation at break.

Pengujian Scanning Elektron Microscopy (SEM)

Sebelum dilakukan analisa SEM, sampel yang akan discan terlebih dahulu di rendam di dalam nitrogen cair selama ±2 menit agar tekstur campuran menjadi keras dan awet. Kemudian sampel dipatahkan. Perendaman sampel pada nitrogen cair bertujuan agar pemukaan sampel tidak rusak pada saat dipatahkan. Setelah itu, sampel di rendam di dalam larutan siklohexane selama 12 jam agar fasa karet yang terdistribusi kedalam matriks PP larut. Dengan ini akan telihat jelas distribusi karet alam di dalam matriks plastik yang ditunjukkan dengan ruang kosong pada permukaan sampel. Kemudian sampel dilapisi emas (coating emas) agar sampel bersifat konduktor. Setelah itu sampel discan dengan perbesaran 1500x sampai 10.000x. Perbesaran ini dipilih karena memungkinkan untuk dapat mengamati distribusi abu sawit di dalam kompon karet dengan cukup jelas (Gusnita, 2010).

HASIL DAN PEMBAHASAN Sifat Mekanik

Parameter yang menjadi dasar utama dalam menilai sifat mekanik suatu material adalah nilai tensile strength, elongation at break dan elastic modulus. Hasil analisa uji tarik material TPV untuk variasi kadar Plasticizer dalam setiap nisbah filler hybrid (carbon black/abu sawit) sebanyak 30 phr dapat dilihat pada Gambar 1, 2, dan 3.

Gambar 1. Pengaruh penambahan plasticizer minarex untuk setiap nisbah filler hybrid

terhadap tensilestrength 5.9 4.4 3.1 3.7 3.3 3.3 3.7 2.5 2.3 1.7 4.1 4.3 2.5 3.3 4.1 0 1 2 3 4 5 6 7 100/0 70/30 50/50 30/70 0/100 T ens ile st re ng th (M P a )

Nisbah filler hybrid (carbon black/abu sawit) (30phr)

5phr 15phr 25phr

(4)

Gambar 2. Pengaruh penambahan plasticizer minarex untuk setiap nisbah filler hybrid

terhadapelongation at break

Gambar 3.Pengaruh penambahan plasticizer minarex untuk setiap nisbah filler hybrid

terhadapelastic modulus

Gambar 1, 2 dan 3 menunjukkan pengaruh penambahan plasticizerminarex untuk setiap nisbah filler hybridpada material TPV terhadap tensile strength, elongation at break dan elastic modulus. Sifat tensile strength

mengalami penurunanketika penambahan

plasticizer minarex 5 phr menjadi 15 phr yaitu sebesar 32,9% (dari 4,07 MPa menjadi 2,69

MPa) dan mengalami kenaikan ketika

penambahan plasticizer 25 phr yaitu 26,8% (dari 2,69 Mpa menjadi 3,67 Mpa) untuk rata-rata penambahan filler hybrid.

Penurunan nilai tensile strength ketika penambahan plasticizer 5 phr menjadi 15 phr terjadi karena kadar plasticizer yang bertambah menyebabkan free volume pada karet yang seharusnya terisi oleh filler akan terisi oleh plasticizer itu sendiri, sehingga sifat mekanik dari TPV yang diharapkan dapat meningkat dari penambahan filler khususnya nilai tensile strength tidak tercapai. Sifat tensile material TPV untuk kadar plasticizer minarex 15 phr kurang baik dan tidak homogen. Kondisi seperti ini mengindikasi bahwa distribusi fillerdi dalam matriks karet tidak merata. Keadaan ini disebabkan oleh sifat plasticizer sebagai pendistribusi filler tidak optimal dan terjadi aglomerasi (penggumpalan) penyebaran filler dalam matriks karet. Ketika Plasticizer minarex ditambahkan sebanyak 25 phr nilai tensile strength kembali mengalami kenaikan, tetapi apabila dibandingakan dengan nilai tensile strength pada kadar plasticizer minarex 5 phr nilai tersebut mengalami penurunan karena jumlah plasticizer yang berlebih dalam matriks karet menyebabkan kekentalan karet menurun sehingga interaksi antar molekular pada karet

akan semakin kecil. Penambahan kadar

plasticizer dalam polimer akan menurunkan nilai tesile strength tetapi meningkatkan nilai elongation (Wypych, 2004).

Nilai elongation at break mengalami peningkatan optimum pada kadar plasticizer minarex 25 phr, jika dibandingkan dengan kadar plasticizer minarex 5 phr dan 15 phr. Kenaikan ini sesuai dengan teori menurut Wypych (2004) ketika kuantitas plasticizer terlalu besar dalam polimer, polimer tersebut menjadi lebih fleksibel, elongation meningkat tetapi nilai tensile dan modulus menurun, karena perbandingan kadar plasticizer minarex dan komposisi filler hybrid akan optimal dalam jumlah tertentu, menurut Hoffman (1989) kadar plasticizer optimal antara 5-25 phr yang digunakan dalam membantu penyebaran filler dalam matriks karet, sedangkan komposisi filler hybrid optimal dalam matriks karet dalam pembentukan Thermoset Rubber (TR) menurut Rattanasom (2006) yaitu 30 phr, dan dari penelitian ini dapat disimpulkan perbandingan optimal plasticizer minarex dan filler hybrid didalam matriks karet yaitu 1:6 phr

123 ₁₁₆ 69 53 78 25 56 14 20 35 112 158 48 93 152 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 100/0 70/30 50/50 30/70 0/100 E lo ng a tio n a t brea k (%)

Nisbah filler hybrid (carbon black/abu sawit) (30phr) 5phr 15phr 25phr 33.3 27.6 27.6 28 28 35 33 _32.6 28.7 18 28.6 24.2 24.7 24.9 29.8 0 5 10 15 20 25 30 35 40 100/0 70/30 50/50 30/70 0/100 M o du lus E la st ic (M P a )

Nisbah filler hybrid (carbon black/abu sawit) (30phr)

5phr 15phr 25phr

(5)

(5phr plasticizer minarex dan 30 phr filler hybrid dengan nisbah carbon black/abu sawit (70/30)) dengan nilai tesile strength yaitu 4,4MPa dan elongation at break yaitu sebesar 116%. Selain itu, proses pencampuran di dalam internal mixer yang tidak sempurna menyebabkan material TPV sesuai dengan ASTM D5046 tidak akan terbentuk dan hanya menghasilkan polimer yang bersifat kaku (modulus meningkat). Secara berturut-turut peningkatan nilai modulus rata-rata yaitu 26,44MPa, 28,9MPa, dan 29,46MPa dengan kadar plasticizer minarex yaitu 25phr, 5phr, dan 15phr.

Peningkatan nilai modulus pada kadar plasticizer minarex 15 phr terjadi karena abu sawit yang berukuran cukup besar yaitu 75μm (200 mesh), di dalam filler hybrid tidak mampu masuk ke dalam free volume yang dibentuk akibat penambahan plasticizer minarex, sehingga terbentuk pori-pori dan tonjolan pada permukaan hasil morfologi TPV seperti pada Gambar 5 dan Gambar 7. Begitu juga yang tejadi pada

penambahan plasticizerminarex 5 dan 25 phr, nilai moduluselastic yang dihasilkan relatif cukup besar. Hal ini mengindikasi material yang terbentuk akibat penambahan abu sawit di dalam fillerhybrid hanya menambah kekakuan material TPV yang dihasilkan. Sehingga abu sawit yang digunakan pada penelitian ini belum dapat digolongkan sebagai filler aktif, karena semakin banyak komposisi abu sawit di dalam filler hybrid, sifat mekanik material TPV yang diharapkan cenderung semakin menurun.

Setiap jenis plasticizer memiliki karakteristik tersendiri dalam membantu penyebaran filler dan meningkatkan sifat mekanik material TPV. Karakteristik tersebut dapat terlihat dari perbedaan nilai tensile strength dan elongation at break yang dihasilkan oleh

masing-masing filler yang digunakan.

Perbandingan tensile strength dan elongation at breakpada material TPV dengan berbagai jenis plasticizer dapat dilihat pada Tabel 3.

Tabel 3. Perbandingan tensile strength dan elongation at break pada material TPV berbasis karet alam dengan jenis plasticizer dan filler yang berbeda

Jenis campuran Sifat mekanik

Tensile strength (MPa) Elongation at break (%)

TPV berbasis karet alam dengan penambahan plasticizer minyak nabati 2 phr dan filler carbon black 30 phr (Firdaus, 2009)

7,99 301

TPV berbasis karet alam dengan penambahan plasticizer

paraffin 5 phr dan filler abu sawit 30 phr(Gusnita, 2010)

10,84 51

TPV berbasis karet alam dengan penambahan plasticizer minyak nabati 25 phr dan filler abu sawit 30 phr(Gusnita, 2010)

5 248

TPV berbasis karet alam dengan penambahan plasticizer

minarex 5 phr dan filler hybrid 30 phr (abu sawit/carbon black) (30/70)(Penelitian ini, 2011)

4,4 116

Berdasarkan Tabel 3 dapat dilihat perbandingan hasil tensile strength dan elongation at break material TPV terbaik dari beberapa penelitian dengan variasi jenis plasticizer dan filler, diantaranya yaitu minyak nabati dan paraffin sebagai plasticizer serta abu sawitdancarbon blacksebagai filler.Penelitian

pembuatan TPV berbasis karet alam untuk jenis plasticizer minyak nabati dan filler carbon black dilakukan oleh Firdaus (2009), hasil terbaik diperoleh pada campuran filler 30 phr dengan tensile strength 7,99 MPa dan elongation at break 301%. Kemudian Gusnita (2010) juga melakukan penelitian pembuatan TPV dengan

(6)

menggunakan 2 jenis plasticizer yang berbeda yaitu paraffin dan minyak nabati serta filler abu sawit dimana hasil tensilestrengthterbaik yaitu

10,84 MPa diperoleh pada penambahan

plasticizer paraffin sebanyak 5 phr dan nilai elongationat break terbaik yaitu 248% diperoleh ketika penambahan plasticizer minyak nabati dengan kadar 25 phr, dimana filler yang ditambahkan sebanyak 30 phr untuk masing-masing plasticizer. Dan pada penelitian ini digunakan plasticizer minarex dengan variasi kadar dan nisbah filler hybrid (carbon black/abu sawit), dimana sifat mekanik yang diperoleh relatif masih rendah, yaitu 4,4 MPa untuk tensile strength dan 116% untuk nilai elongation at break dengan kadar plasticizer minarex 5 phr dan nisbah filler hybridcarbon black/abu sawit (70/30).

Hasil analisa sifat mekanik untuk TPV yang menggunakan variasi rasio plasticizer minarex (5, 15 dan 25 phr) dan variasi rasio abu sawit yang telah difurnace (15, 30 dan 50 phr) ditunjukkan pada Gambar 4, 5 dan 6.

Gambar 4. Pengaruh kadar plasticizerminarex pada tiap kadar fillerabu sawit terhadap

tensilestrength pada komposit PP/NR

Gambar 5. Pengaruh kadar plasticizerminarex padatiap kadar fillerabu sawit terhadap elongation at break pada komposit PP/NR

Gambar 6. Pengaruh kadar plasticizerminarex pada tiap kadar fillerabu sawit terhadap

moduluselastic pada komposit PP/NR. (Keterangan:Untuk sampel dengan kadarplasticizer 25phr dan

kadar filler 15 phr tidak dilakukan pengujian sifat mekanik). Pada gambar 4, 5 dan 6 dapat dilihat pengaruh penambahan kadar plasticizer minarex untuk tiap ukuran filler abu sawit terhadap tensilestrength, elongation at break dan modulus elastic dari komposit PP/NR. Tensilestrength mengalami penurunan sebesar 35,9% saat penambahan plasticizer minarex 5 phr menjadi 15 phr dari 2,53 MPa menjadi 1,62 MPa dan mengalami kenaikan sebesar 32,1% pada penambahan plasticizer sebanyak 25 phr dari 3.98 2.83 2.73 2.04 1.7 0.87 2.3 2.85 3.57 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 15 30 50 Te n sile S tr en g th (M Pa ) Filler (phr) Silika Murni Plasticizer 5 phr Plasticizer 15 phr Plasticizer 25 phr 30 75 60 31 34 27 6 18 21 17 0 10 20 30 40 50 60 70 80 15 30 50 Elo n g a tio n a t B re a k (% ) Filler (phr) Silika Murni Plasticizer 5 phr Plasticizer 15 phr Plasticizer 25 phr 30 35.3 20.4 27.3 32 17 16.6 29.6 33.6 49.4 0 10 20 30 40 50 60 15 30 50 M o d u lu s Ela stisita s (M Pa ) Filler (phr) Silika Murni Plasticizer 5 phr Plasticizer 15 phr 30

(7)

1,62 MPa menjadi 2,14 MPa untuk rata rata penambahan filler abu sawit.

Penurunan nilai tensile strength ketika penambahan plasticizer 5 phr menjadi 15 phr terjadi karena kadar plasticizer yang bertambah menyebabkan free volume pada karet yang seharusnya terisi oleh filler akan terisi oleh plasticizer itu sendiri, sehingga sifat mekanik dari campuran yang diharapkan dapat meningkat dari penambahan filler khususnya nilai tensile strength tidak tercapai. Sifat tensile material campuran untuk kadar plasticizer minarex 15 phr kurang baik dan tidak homogen. Kondisi seperti ini mengindikasi bahwa distribusifillerdi dalam matriks karet tidak merata. Keadaan ini disebabkan oleh sifat plasticizer sebagai pendistribusi filler tidak optimal dan terjadi aglomerasi (penggumpalan) penyebaran filler dalam matriks karet. Ketika plasticizer minarex ditambahkan sebanyak 25 phr nilai tensile strength kembali mengalami kenaikan, tetapi apabila dibandingkan dengan nilai tensile strength pada kadar plasticizer minarex 5 phr nilai tersebut mengalami penurunan karena jumlah plasticizer yang berlebih dalam matriks karet menyebabkan kekentalan karet menurun sehingga interaksi antar molekular pada karet akan semakin kecil.

Sifat mekanik terbaik terdapat pada kadar plasticizer dan kadar filler 5 phr dan 15 phr dengan nilai tensile strength dan elongation at break berturut-turut 2,83 MPa dan 60%. Ini disebabkan kadar plasticizer yang tidak terlalu banyak dan minarex merupakan jenis plasticizer mineral oil aromatic yang dapat meningkatkan flexibility, workability dan elongation(Wypych, 2004). Semakin kecil kadar plasticizer yang digunakan maka akan menghasilkan sifat mekanik dari TPV yang lebih baik (Surya, 2010). Elongation at break sudah mencapai nilai maksimum pada kadar 5 phr, sehingga penambahan plasticizer akan menurunkan nilai elongation at break dari material campuran.

Plasticizer dalam jumlah yang banyak juga menyebabkan free volume yang terbentuk hanya diisi oleh plasticizer saja. Akibatnya filler yang seharusnya terdistribusi ke dalam free volume tersebut tidak saling mengikat dan menjadi menumpuk di permukaan (aglomerasi). Hal ini mengakibatkan interfacial force melemah, sehingga jarak antara partikel karet akan semakin jauh, akibatnya ikatan yang terjadi antar partikel karet akan terlepas, menyebabkan struktur campuran PP/NR menjadi tidak rata.

Modulus elastisitas atau yang lebih dikenal dengan sebutan kuat lentur merupakan beban awal yang diperlukan untuk membuat material sampel uji berubah menjadi elastis. Secara berturut-turut nilai modulus rata-rata yaitu 26,57 MPa, 21,07 MPa, dan 27,67 MPa dengan penambahan kadar plasticizer minarex 5phr, 15phr, dan 25phr. Dari Gambar 5 dapat dilihat modulus akan naik seiring dengan semakin banyaknya kadar filler di dalam kompon karet. Peningkatan jumlah kadar filler dalam kompon karet akan meningkatkan nilai modulus, meskipun kenaikannya tidak linier (Herminiwati, 2003).

Pada variasi kadar plasticizer 25 phr dan kadar filler 15 phr tidak dilakukan pengujian sifat mekanik. Ini dikarenakan karena terlalu dominannya kadar plasticizer yang diberikan dan terlalu kecilnya kadar filler yang ditambahkan sehingga terjadi aglomerasi filler yang sangat signifikan sehingga pada variasi ini sampel tidak dapat diuji.

Setiap jenis plasticizer memiliki karakteristik tersendiri dalam membantu penyebaran filler dan meningkatkan sifat mekanik material TPV. Karakteristik tersebut dapat terlihat dari perbedaan nilai tensile strength dan elongation at break yang dihasilkan oleh

masing-masing filler yang digunakan.

Perbandingan tensile strength dan elongation at breakpada material TPV dengan berbagai jenis plasticizer dapat dilihat pada Tabel 4.

(8)

Tabel 4. Perbandingan tensile strength dan elongation at break pada material komposit PP/NR denganjenis plasticizer dan filler yang berbeda

Jenis campuran Sifat mekanik Tensile strength (MPa) Elongation at break (%) Viskositas plasticizer (centistoke) Komposit PP/NR dengan penambahan

plasticizer paraffin 5 phr dan filler abu

sawit 30 phr(Gusnita, 2010).

10,84 247 7,5 – 100

Komposit PP/NR dengan penambahan

plasticizer minyak sawit 5 phr dan filler

abu sawit 30 phr(Surya, 2010).

5,98 357 19,26

Komposit PP/NR dengan penambahan

plasticizer minarex 5 phr dan filler abu

sawit 15 phr (Penelitian ini, 2011).

2,83 60 85,19 – 175,15

Pada Tabel 4 dapat dilihat perbandingan hasil tensile strength dan elongation at break material TPV terbaik dari beberapa penelitian dengan variasi jenis plasticizer dan filler, diantaranya yaitu minyak sawit dan paraffin sebagai plasticizer serta abu sawitsebagai filler. Gusnita (2010) melakukan penelitian pembuatan TPV dengan menggunakan plasticizerparaffin dan filler abu sawit dimana hasil tensilestrengthterbaik yaitu 10,84 MPa diperoleh pada penambahan plasticizer paraffin sebanyak 5 phr dan nilai elongationat break terbaik yaitu 248% diperoleh ketika penambahan plasticizer minyak nabati dengan kadar 25 phr, dimana filler yang ditambahkan sebanyak 30 phr untuk masing-masing plasticizer.

Surya (2010) meneliti pembuatan TPV dengan menggunakan plasticizer minyak sawit dan filler abu sawit yang menghasilkan sifat terbaik pada kadar plasticizer 5 phr dan kadar filler 30 phr. Nilai tensile strength dan elongation at break yang dihasilkan adalah 5,98 MPa dan 357%. Sedangkan pada penelitian ini didapatkan hasil yang sangat rendah dengan sifat mekanik terbaik pada kadar plasticizer 5 phr dan kadar filler 15 phr. Nilai tensile strength dan elongation at break yang didapatkan berturut-turut 2,83 MPa dan 60%. Ini disebabkan karena jenis minarex yang digunakan adalah tipe minarex H yang memiliki viskositas jauh lebih besar dibandingkan dengan plasticizer jenis paraffin dan minyak sawit. Tingginya viskositas dari plasticizer menyebabkan ikatan antar molekul karet menjadi sangat renggang dan

mengakibatkan banyaknya free volume yang terbentuk sehingga filler yang ditambahkan ke

dalam kompon karet akan mengalami

aglomerasi. Hal ini akan mengakibatkan sifat mekanik dari campuran PP/NR akan semakin menurun.

Morfologi TPV

Morfologi dari material TPV diketahui berdasarkan hasil uji SEM (Scanning Electron Microscopy). Dalam analisis foto SEM dapat diketahui bentuk dan perubahan permukaan dari material yang diuji. Pada prinsipnya bila terjadi perubahan pada material, misalnya patahan, lekukan, dan perubahan struktur dari permukaan, maka material tersebut cenderung mengalami perubahan energi. Energi yang berubah tersebut dapat dipancarkan, dipantulkan, dan diserap serta diubah bentuknya menjadi fungsi gelombang elektron yang dapat ditangkap dan dibaca hasilnya pada foto SEM. Data atau tampilan yang diperoleh adalah data dari permukaan atau dari lapisan yang tebalnya sekitar 20µm dari permukaan. Gambar permukaan yang diperoleh merupakan topografi dengan segala tonjolan, lekukan, dan lubang pada permukaan.

Pada penelitian ini, analisa morfologi dilakukan pada sampel yang memiliki hasil uji tarik terbaik dan terburuk, dengan tujuan agar dapat dibandingkan keadaan morfologi diantara kedua sampel tersebut. Pada pengujian tarik, sampel yang memiliki kuat tarik terbaik adalah sampel TPV dengan kadar plasticizer minarex 5 phr dan filler hybrid 30 phr dengan nisbah (carbon black/abu sawit) yaitu 70/30, sedangkan

(9)

sampel yang memiliki kuat tarik terburuk adalah sampel TPV dengan kadar plasticizer minarex 15 phr dan filler hybrid 30 phr dengan nisbah (carbon black/abu sawit) yaitu 70/30.

Mikrograf SEM dari material TPV menggunakan plasticizer minarex dan filler hybrid dapat dilihat pada Gambar 4, dan 5.

Gambar 4. Mikrograf SEM material dengan kadar plasticizer minarex 5 phr dan filler hybrid

30 phr dengan nisbah (CB/AS) 70/30

Gambar 5. Mikrograf SEM material TPV dengan plasticizer 15 phr dan filler hybrid 30 phr

dengannisbah (CB/AS) 70/30

Pada Gambar 4 dan 5 dapat terlihat jelas distribusi filler yang terikat bersama matriks karet dan pada saat terjadi vulkanisasi dinamis, karet termastikasi akan terdistribusi di dalam matriks PP, tonjolan dan tumpukan pada Gambar

4 dan 5 adalah partikel abu sawit yang tidak terdistribusi dengan baik di dalam matriks karet sehingga terjadi aglomerasi, serta pada waktu pencampuran di dalam internal mixer fasa terdispersi (karet) tidak terikat dengan baik pada fasa pendispersinya (PP). Pori-pori dan retakan yang terlihat pada Gambar 5 adalah matriks PP yang tidak bercampur baik dengan fasa terdistribusinya yaitu karet termastikasi.

Campuran dengan kuat tarik terbaik memiliki permukaan rata dibandingkan dengan

campuran dengan kuat tarik terburuk.

Perbandingan tersebut dapat dilihat pada Gambar 4 dan Gambar 5, dimana pada Gambar 4, permukaan material TPV cenderung lebih rata

dan hanya sedikit terdapat tonjolan

dibandingakan dengan Gambar 5, hampir seluruh permukaan tidak rata akibat interaksi antar molekul anatara filler dan karet maupun karet termastikasi dengan PP tidak berjalan baik.

Kondisi proses yang terlalu lama menyebabkan homogenitas campuran semakin baik, tetapi temperatur bahan akan semakin meningkat akibat gesekan anatar molekul, sehingga pada saat proses pembentukan karet mastikasi dimungkinkan terjadi vulkanisasi dan bahan yang telah tervulkanisasi tidak dapat dibentuk serta dicampurkan kembali, indikasi lain terjadinya vulkanisasi karena interaksi yang tidak baik antara karet mastikasi dan PP pada saat proses pencampuran di dalam internal mixer, fasa terdispersi yaitu karet mastikasi telah mengalami vulkanisasi sebelum karet tersebut memecah menjadi ukuran partikel yang kecil, sehingga karet tersebut tidak dapat terdispersi dengan baik dalam matriks PP dan terbentuk fasa co-continiu. Kedaan seperti ini yang memungkinkan partikel karet dan PP tidak tercampur sehingga timbul pori-pori dan retakan pada material TPV yang dihasilkan seperti pada Gambar 6 dan Gambar 7.

(10)

Gambar 6. Mikrograf SEM material TPV dengan perbesaran 5000x untuk kadar plasticizerminarex

5 phr dan filler hybrid (CB/AS) 70/30

Gambar 7. Mikrograf SEM material TPV dengan perbesaran 5000x untuk kadar plasticizerminarex

15 phr dan filler hybrid (CB/AS) 70/30

Interaksi antara fasa pendispersi (PP) dan fasa terdispersi (karet mastikasi) dapat dilihat pada Gambar 6, dimana fasa terdispersi tidak menyatu pada fasa pendispersinya. Pada Gambar 7 dapat dilihat begitu banyak pori-pori pada permukaan, pori-pori dimungkinkan terbentuk akibat proses pemanasan yang terlalu lama, sehingga material menjadi rusak. Dari dua kondisi yang terlihat pada Gambar 6 dan 7 mengindikasi bahwa blending yang dihasilkan tidak optimal, karena proses vulkanisasi telah

berlangsung sebelum partikel terdispersi berukuran sangat kecil yaitu antar 0,5-2,0 μm, sesuai dengan ASTM D5046.

KESIMPULAN

Setelah dilakukan penelitian ada beberapa hal yang dapat disimpulkan dari penelitian ini, yaitu: 1. Penambahan kadar plasticizer sebanyak 5 phr, 15 phr, dan 25 phr cenderung menurunkan sifat mekanik dari TPV, terutama nilai tensile strenght.

2. Kadar silika dalam abu sawit meningkat setelah dilakukan pembakaran di furnace pada suhu 4000C yaitu dari 50,62% menjadi 64,71%.

3. Sifat mekanik dan morfologi terbaik diperoleh pada campuran PP/NR dengan penambahan plasticizer 5 phr (per hundred rubber) baik menggunakan filler hybrid dan filler abu sawit dengan peningkatan kadar silika.

4. Berdasarkan nisbah filler hybrid yang digunakan, filler carbon black lebih dominan meningkatkan sifat tensile material TPV dibandingkan filler abu sawit.

5. Semakin banyak kadar plasticizerminarex dan komposisi abu sawit di dalam nisbah fillerhybrid yang ditambahkan menghasilkan sifat mekanik dan morfologi TPV kurang baik.

6. Abu sawit yang digunakan pada penelitian ini belum dapat digolongkan sebagai filler aktif.

DAFTAR PUSTAKA

Aldores, Y., 2010. Pengaruh Kecepatan Pengadukan dan Laju Alir CO2 pada Proses Presipitasi Silika dari Fly Ash Sawit, Skripsi, Universitas Riau.

Alexander, M., P. Kurian., dan E.T Thachil, 2007. Effectiveness of Cardanol as Plasticizer for Silica-Filled Natural Rubber, Progress in Rubber, Plastics, adn Recycling Technology, hal 43.

(11)

Bahruddin, Sumarno, G. Wibawa, dan N. Soewarno, 2007. The Effect of Maleated Polypropilene on the Morphology and Mechanical Properties of Dynamically Vulcanized Natural Rubber/Polypropilene Blends, Proceeding of 14th Regional Symposium on Chemical Engineering, Yogyakarta.

Bahruddin, Sumarno, G. Wibawa dan N. Soewarno, 2007.Morfologi dan Properti

Campuran Karet Alam/Polypropylene

yang Divulkanisasi Dinamik dalam Internal

Mixer,http://eprints.undip.ac.id/2173/1/Art ikel Bahruddin_Ibrahim_ITS_5.pdf, 22 Februari 2011.

Chuayjuljit, dkk., 2002. Effects of Particle Size and Amount of Carbon Black and Calcium Carbonate on Curing Characteristics and Dynamic Mechanical Properties of Natural Rubber, Materials and Minerals, 12(1), 51-57.

Gusnita, I, 2010. Pengaruh Rasio Massa Abu Sawit-Karet Alam Terhadap Morfologi

dan Sifat Material Thermoplastic

Vulcanizate, Skripsi, Universitas Riau. Firdaus, Putra, 2009.Pengaruh Filler Carbon

Black Terhadap Morfologi dan Sifa Termoplastik Elastomer Berbasis Karet Alam, Skripsi, UniversitasRiau.

Herminiwati, Purnomo, D., dan Supranto. 2003. Sifat Filler Kayu Kering terhadap Vulkasnisasi Karet. Majalah Barang Kulit, Karet dan Plastik. Yogyakarta.

Hoffman, W., 1989.Rubber Technology

Handbook, Oxford Univercity Press, Canada, 296-303.

Naskar, K, 2004. Dynamically Vulcanized PP/EPDM The Thermoplastic Elastomer:

Exploring Novel Routes for Crosslinking With Peroxides, Thesis, University of Twente, Eschede. The Netherlands. Sabet, S.A. dan S. Datta, 2000.Thermoplastic

Vulcanizates, Paul, D.R., dan C.B. Bucknall, Polymer Blends,2, John Wiley & Sons: 517-555.

Sjafriani, R., 2010.Produksi Karet Indonesia

Ditargetkan Terbesar Dunia,

http://www.republika.co.id/berita/breaking news/ekonomi/10/06/21/12086-2011- produksi-karet-indonesia-ditargetkan-terbesar-dunia,26 Februari 2011.

Surya, C.S.D, 2010. Pengaruh Ukuran Partikel Fly Ash (Abu Sawit) Terhadap Morfologi dan Sifat Thermoplastic Vulcanizate (TPV) Berbasis Karet Alam, Skripsi, Universitas Riau.

Surya, I., Halimatuddahliana, dan Maulida, 2008. Modifikasi Bahan Elastomer Termoplastik

Polipropilena/Karet Alam (PP/NR)

Dengan Proses Pemvulkanisasian

Dinamik, Jurnal Penelitian Rekayasa, 2(1), 37-42.

Rattanasom, N., Saowapark, T., dan

Deeprasertkul, C. 2006. Rein-forcementof Natural Rubber witj Silica/Carbon black Hybrid Filler, Polymer Testing:369-377. Wang, M.J., P. Zhang, dan K. Mahmud, 2001,

Carbon-Silica Dual Phase Filler, A New Generation Reinforcing Agent For Rubber, Rubber Chemistry and Technology, 74 (1), 124.

Wypyc, G., 2004. Plasticizer Types, didalam Geroge, W., Handbook of Plasticizer, ChemTec and Willian Andrew Publishing, Toronto, 9-60.