BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Plastik
Plastik merupakan senyawa polimer yang memiliki tingkat kekakuan struktur, dengan melakukan uji regangan diperoleh modulus sebesar 109 dynes/cm2 atau lebih. Persyaratan molekular untuk membuat sebuah polimer plastik seperti sebuah ikatan linier atau bercabang, keadaan polimer harus berada pada suhu transisi gelas (amorf), dan berada dibawah titik leleh kristalin (jika bersifat kristalin) pada temperatur yang digunakan. Disisi lain senyawa harus terikat silang dengan baik, contoh seperti karet (Stephen, 1981).
Stevens, 2001, telah mengklasifikasikan plastik berdasarkan pertimbangan ekonomis dan kegunaannya yang terdiri dari plastik komoditi dan plastik teknik, yaitu :
1. Plastik komoditi dicirikan dengan volumenya yang tinggi dan harganya yang murah, Plastik ini bisa dibandingkan dengan baja dan aluminium dalam industri logam. Mereka sering digunakan dalam bentuk barang yang bersifat pakai buang (disposable) seperti lapisan pengemas, Namun ditemukan juga pemakaiannya dalam barang-barang yang tahan lama. Plastik komoditi yang utama adalah polietilena, polipropilena, polivinil klorida, dan polistirena.
2. Plastik teknik lebih mahal harganya dan volumenya lebih rendah, tetapi memiliki sifat mekanik yang unggul dan daya tahan yang lebih baik dan juga dapat bersaing dengan logam, keramik dan gelas dalam berbagai aplikasi. Plastik teknik yang utama adalah poliamida, polikarbonat, polyester dan sebagainya. Plastik-plastik teknik dirancang untuk menggantikan logam dan polimer-polimer yang dapat terurai (degradable) serta dapat membantu mengurangi volume sampah plastik yang menyesakkan pandangan.
Plastik memiliki sifat yang sangat serbaguna dan setiap tahunnya plastik diproduksi dalam jumlah yang sangat besar. Plastik adalah sarana pembunngkus yang sangat popular karena ada yang bening sehingga konsumen dapat melihat isinya, bobotnya ringan, tetapi kuat. Meskipun bermanfaat, plastik dalam jumlah besarhanya berakhir di area pembuangan sampah. Plastik memiliki bobot yang tidak seberat sampah lainnya, tetapi memakan banyak tempat dan dibutuhkan ratusan tahun untuk dapat terurai secara keseluruhan ( Morgan, 2009).
2.2 Polipropilena
Polipropilena memiliki kekerasan yang paling tinggi dan bersifat kurang stabil terhadap panas. Penggunaan bahan pengisi memungkinkan polipropilena memiliki mutu kimia yang baik sebagai bahan polimer dan tahan terhadap pemecahan karena tekanan (Stress-Cracking) walaupun pada temperatur tinggi ( Gachter, 1990 ). Polipropilena memiliki sifat isolasi yang sangat baik, dan juga memiliki sifat tahan terhadap berbagai bahan kimia, dan pada suhu tinggi serta tidak mudah larut dalam hampir semua pelarut organik pada suhu kamar (Fried, 1995).
Polipropilena secara kimia menyerupai polyetilen tetapi memiliki kekuatan fisik yang lebih kecil dan densitas yang rendah. Polipropilena memiliki densitas terendah diantara semua material plastik, yaitu berkisar dari 0,900 ke 0,915 g/ cm3. Polipropilena memiliki sifat yang lebih stabil dari pada bahan-bahan lainnya dengan pengecualian memiliki daya lentur yang rendah. Polipropilena dimungkinkan merupakan salah satu termoplastik yang memiliki kelebihan daripada bahan lainnya, diantaranya memiliki ketahanan panas, kekakuan, kekerasan, ketahanan kimia, dan kecepatan lelehan yang lebih baik (Harper, 1975). Struktur dari polipropilena dapat dilihat pada Gambar 2.1
Gambar 2.1 Struktur polipropilena Sifat fisik dari polipropilena dapat dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Sifat fisika dari Polipropilena
Sifat fisika Ukuran
Berat Molekul 42,1 g/mol
Entalpi dari lelehan 1,9 – 0,9 kj/mol
Temperatur lelehan 145 oC
Densitas tidak berbentuk = 0,85 g/ cm3
Kristalin = 0,95 g/ cm3 Sumber : Cheremisinof, (1990).
2.3 Karet Alam
Karet merupakan polimer alam terpenting dan dipakai secara luas dilihat dari sudut industri. Karet atau elastromer merupakan polimer yang memiliki daya pegas atau kemampuan meregang dan kembali ke keadaan semula dengan cepat dan sebagian besar memiliki struktur jaringan. Bentuk utama dari karet alam terdiri dari 94% cis 1,4-poliisoprena yang dikenal sebagai Hevea rubber. Karet ini diperoleh dengan menyadap kulit dari sejenis pohon (Hevea Brasiliensis) yang tumbuh liar di Amerika Selatan dan ditanam di bagian dunia lain (Stevens, 2001)
Karet alam di produksi 90% dari Havea Brasiliensi dan 10 % dari Guayule. Latex mempunyai pH 6,5 – 7, densitas 0,95 gram / cm3 dan energi serapan 4,0 – 4,5 NJ/cm2. Karet alam mengeras pada suhu 20oC dan melebur pada suhu 100oC. Dalam bidang industri karet alam biasanya digunakan pada pembungkus bola golf, tabung, kain , dan kabel kapal selam. Sifat fisik dari karet alam dapat di lihat pada Tabel 2.2
Tabel 2.2 Sifat fisika dari karet alam
Sifat fisika Ukuran
Densitas pada 200C 0,906 – 0,916 g/cm3
Nilai pembiasan 1,591
Pembakaran panas 45,2 K J/kg
Konduktifitas listrik 2 x 10-15 1 x 10-13S/nc Sumber : Bhatnagar, 2004
Serapan UV karet alam terlihat pada 310 nm dan sempurna pada 225 nm itu merupakan nilai viskos-elastis. Pada perpanjangan lebih dari 100% terjadi kristalisasi (Bhatnagar, 2004)
2.3.1 Jenis-jenis karet alam
Ada beberapa macam karet alam yang diolah kembali berdasarkan bahan karet yang sudah jadi (Didit, 2005), yaitu :
a. Bahan olah karet ( Lateks kebun, sheet angin, slab tipis, dan lump segar) b. Karet konvensional (ribbed smoked sheet, white crepes dan pale crepes ) c. Lateks pekat
d. Karet bongkah atau block rubber
e. Karet spesifikasi teknis atau crumb rubber
2.3.2 Keunggulan Karet Alam
Walaupun karet alam sekarang ini jumlah produksi dan konsumsinya jauh dibawah karet sintetis atau karet buatan pabrik, tetapi sesungguhnya karet alam belum dapat digantikan oleh karet sintetis. Didit, 2005, telah mengungkapkan kelebihan-kelebihan yang dimiliki karet alam dibanding karet sintetis , yaitu :
1. Memiliki daya elastis atau daya lenting yang sempurna, 2. Memiliki daya aus yang tinggi
3. Tidak mudah panas
4. Memiliki daya tahan yang tinggi terhadap keretakan
2.3.3 Standar Indonesian Rubber
Standar karet bongkah Indonesia yang dikeluarkan SIR (Standart Indonesian Rubber) karet bongkah berasal dari karet remah yang dikeringkan dan dikilang menjadi bendela-bendela dengan ukuran yang telah di tentukan (Didit, 2005). Persyaratan mutu karet alam SIR- 10 dapat dilihat didalam Tabel 2.3
Tabel 2.3. Persayaratan mutu karet alam SIR 10
Spesifikasi Kandungan
Kadar kotoran 0,10 %
Kadar Abu 0,75 %
Kadar Zat Menguap 0,80 %
PRI Minimum 60,6
PO Minimum 30
Sumber : Goan loo, (1980).
2.4 Divinilbenzena
Divinilbenzena memiliki rumus molekul C10H10, dengan titik didihnya 195oC, tidak
larut dalam air dan larut dalam etanol dan eter dan memiliki titik nyala 76oC. Divinilbenzena merupakan zat pengikat silang yang dapat meningkatkan sifat polimer. Divinilbenzena telah digunakan dengan luas dalam pabrik perekat, plastik, elastomer, keramik, pelapis, katalis, membran, farmasi, polimer khusus dan resin penukar ion (Kroschwitz, 1998). Berikut adalah struktur divinilbenzena ditunjukkan pada Gambar 2.2 :
Gambar 2.2 Struktur Divinil benzena
2.5 Dikumil Peroksida
Inisiator radikal bebas dikelompokkan menjadi empat tipe utama, yaitu : peroksida dan hidroperoksida, senyawa azo, inisiator redoks dan beberapa senyawa yang membentuk radikal bebas di bawah pengaruh cahaya (fotoinisiator). Diantara berbagai tipe inisiator, jenis yang paling banyak digunakan yaitu peroksida (ROOR) dan hidroperoksida (ROOH). Jenis inisiator ini tidak stabil dengan panas dan dapat terurai
HC
HC
CH2
radikal kumiloksi (2-phenylpropanoxy)
menjadi radikal–radikal pada suhu dan laju yang tergantung pada strukturnya. Inisiator yang baik merupakan suatu inisiator yang memiliki kestabilan yang tinggi pada suhu proses polimerisasi, agar terjadi suatu reaksi yang baik (Stevens, 2001). Mekanisme dekomposisi dari Dikumil peroksida dapat dilihat pada Gambar 2.3
Gambar 2.3. Mekanisme Dekomposisi dari Dikumil peroksida
Dari dekomposisi dikumil peroksida pada suhu 165oC menghasilkan sejumlah kecil produk metana yaitu : asetophenon, 2 phenyl 2-propanol, dan 2 radikal 2- phenylpropanoxy, dan radikal metal. Kedua radikal ini sangat reaktif mengabstraksi atom-atom hydrogen dari rantai polimer (Thitithamawong et al, 2007).
2.6. Vulkanisasi
Pada tahun 1839, Charles Good Year di USA dan Thomas Hanover di Inggris mengemukakan proses dari vulkanisasi. Vulkanisasi merupakan salah satu cara untuk
C CH3 CH3 O O C CH3 CH3 C O CH3 CH3 CH3 C CH3 O C OH CH3 CH3 CH4 2 2 + 2 2 2 + 2 R 2 RH .
.
.
+ 2 R.
Pemanasan 165 0C Phenyl- 2-propanol (substrat) 2 RH (substrat) Asetophenonmenggabungkan sifat elastomer dari karet dengan sifat lainnya (Bhatnagar, 2004). Karet dan termoplastik keduanya merupakan polimer dalam pengertian struktur mereka terbuat dari rantai yang panjang menyerupai molekul. Bagaimanapun juga, pada karet biasanya molekul-molekulnya terikat silang. Agar materialnya memiliki nilai komersial. Ketika molekul-molekul karet tidak terikat silang secara bersama hal itu dapat dikatakan sebagai suatu keadaan yang masih “hijau”. Perubahan karet dari keadaan “hijau” menjadi dapat digunakan , dicapai melaui proses yang disebut vulkanisasi. Selama proses ini terjadi reaksi ikat silang antara karet dan agen pengikat silang, umumnya sulfur yang menghasilkan ikatan polysulfida. Sifat yang istimewa dari besarnya kekerasan dan kekuatan lentur karet terjadi jika molekul dapat direnggangkan dan tidak memiliki kemampuan untuk kembali kebentuk semula tetapi tidak bergeser satu dengan yang lainnya. Pada termoplastik normal tidak ada ikat silang molekul-molekul, tetapi ikatan molekul cenderung menjadi lebih kuat. Jadi, dibawah tegangan terdapat peregangan/ketidakterikatan molekul dan pergeseran relative dari rantai molekul. Jadi kita mengamati sifat istimewa dari termoplastik yaitu: tingkat kombinasi kekakuan dengan jangka waktu yang lama bergantung pada perubahan bentuk dan kembali kebentuk semula ( Crawford, 1987).
2.7. Termoplastik Elastomer
Termoplastik elastomer merupakan gabungan sifat elastis dari karet dengan sifat plastis dari polimer termoplastik (Holden, 1996). Crawford (1987), telah membagi termoplastik elastomer menjadi 5 kategori, yaitu :
a. Termoplastik tipe stiren yang didasarkan pada stirena-butadiena-stirena kopolimer blok. Termoplastik ini banyak digunakan sebagai perekat, komponen otomotif, kabel penutup.
b. Termoplastik elastomer Poliuretan. Termoplastik elastomer jenis ini memiliki ketahanan abrasi, kekerasan, dan sifat mekanik yang baik. Penggunaannya sangat luas dalam berbagai industri.
c. Termoplastik elastomer jenis oleofin. d. Termoplastik elastomer ko-poliester e. Termoplastik elastomer jenis poliamida
2.8. Karakterisasi Campuran Polimer
Karakterisasi atau pengujian perpaduan polimer dalam penelitian ini, yaitu dengan pengujian sifat mekanik. Untuk bahan polimer komersial yang besar, sifat-sifat mekanik merupakan aspek yang sangat mendasar, diantara banyaknya sifat yang harus diperhatikan kekuatan tarik dan kekuatan lentur adalah yang terpenting (Stevens, 2001).
2.8.1. Pengujian Sifat Kekuatan Tarik
Untuk mengukur kekuatan tarik, suatu spesimen dijepit pada kedua ujungnya, salah satu ujung dibuat tetap, dan salah satunya ditarik hingga spesimen naik sedikit demi sedikit sampai sampel tersebut patah ( Stevens, 2001).
Sifat mekanis biasanya dipelajari dengan mengamati sifat kekuatan tarik (σt)
terhadap suatu material yang diberikan tekanan menggunakan alat pengukur yang disebut tensiometer atau dinamometer. Kekuatan tarik dapat diartikan sebagai besarnya beban maksimum (Fmaks) yang dibutuhkan untuk memutuskan spesimen
bahan, dibagi dengan luas penampang bahan. Karena selama di bawah pengaruh tegangan, spesimen mengalami perubahan bentuk (deformasi) maka definisi kekuatan tarik dinyatakan dengan luas penampang semula (A0).
σt (Kgf/mm2) (2.1)
Selama perubahan bentuk, dapat diasumsikan bahwa volume spesimen tidak berubah. Perpanjangan tegangan pada saat bahan terputus disebut kemuluran. Besaran
kemuluran (ε) dapat dijabarkan dalam persamaan 2.2 (Surdia, 2005).
ε = x 100 % (2.2)
keterangan :
ε = kemuluran (%)
l0 = panjang spesimen mula-mula (mm)
2.8.2. Pengujian Indeks Alir Lelehan
Indeks alir lelehan merupakan ukuran kemampuan lelehan material untuk mengalir dibawah tekanan. Sifat dasar yang diukur pada pengujian indeks alir lelehan ini adalah viskositas lelehan pada tegangan shear (berhubungan dengan beban yang dipakai dan pada temperatur tertentu). Dalam polimer cair perubahan sifat dimungkinkan karena penggantian makromolekul relatif yang tidak dapat digantikan menjadi bentuk yang lainnya. Pada polimer tidak ikat silang proses aliran nya tidak melibatkan kerusakan ikatan kimia. Indeks alir lelehan biasa digunakan sebagai spesifikasi penerimaan material. Pengujian indeks alir lelehan dapat membantu menunjukkan kondisi proses yang kurang tepat dan indikator sederhana bagaimana penambahan daur ulang mempengaruhi kemampuan proses dan hasil akhir dari termoplastik elastomer yang dihasilkan (Vinogradov, 1968).
Ferguson (1995), indeks alir lelehan atau Melt Flow Indexer (MFI), laju alir massa atau Melt Flow Rate (MFR) dan laju alir volume atau Volume Flow Rate (VFR) dapat dijabarkan dengan menggunakan persamaan 2.3 dan persamaan 2.4:
MFI = berat ekstrudat x 10 menit (2.3)
MFR = m = (Kg/s)
VFR = Q =
(m3/s) (2.4)
Ada metode sederhana untuk menentukan densitas relatif dari ekstrudat ke berat sampel di udara dan air. Salah satu nya dengan menggunakan kawat halus untuk menopang material dalam air dan beratnya ditentukan dalam neraca laboratorium. Densitas relatif dapat dijabarkan dalam persamaan 2.5 :
D =
(2.5)
Keterangan :
D = Densitas relatif pada 25 oC
4Q
3
b = Berat benang diudara c = Berat benang diair
d = berat benang dan spesimen diair
Densitas ( dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.6 :
(pada 25oC) = D x 0,9971 g/cm3 (2.6)
Sementara itu, tekanan ekstrusi ( P) yaitu perbedaan tekanan antara masukan dan keluaran kapilari dapat dijabarkan dalam persamaan 2.7 :
P =
(2.7)
Dimana, M = Berat beban + Berat piston (Kg)
g = Kecepatan gravitasi (9,812 m/s2) A = Luas permukaan piston (7,1167 x 10 -5 m2)
Malkin (1994), Untuk menentukan nilai shear stress (tegangan geser) (τ) dan shear strain (regangan geser) (γ) dengan persamaan 2.8 :
aw = (Pa)
aw = (sec-1) (2.8)
L dan r masing-masing adalah panjang dan jari-jari die yang digunakan. Dimana L/r = 7,62 ; r = 0,00105 m. Dari persamaan diatas maka dapat diperoleh viskositas alir dari suatu sampel dalam persamaan 2.9 berikut ini :
aw aw = (Pa.s) (2.9) Keterangan : = Viskositas aw = Tegangan Geser aw = Regangan Geser
