Aplikasi /sotop don Radiasi. /996
EFEK IRADIASI TERBADAP KOMPON POLIETILEN DENSITAS RENDAH
Anik Sunarni, Isni Marlijanti, Mirzan T. Razzak, daD Gatot T.M.
Pusat Aplikasi lsotop daD Radiasi, BAT AN
ABSTRAI(
EFEK IRADIASI TERHADAP KOMPON POLIETILEN DENSITAS RENDAH. Percobaan iradiasi film
kompon polietilen densitas rendah LDPE telah dilakukan dengan film kompon yang dibuat dengan mencampurkan pelet LDPE, antioksidan irganox 1076, carbon black daD SbP3' Kompan diiradiasi dengan berkas elektron 2 MeV, kuat arus I mA dosis iradiasi 0-500 kGy, untuk melihat efek iradiasi pada kompon tersebut. Sifat mekanik khususnya tegangan putus 133 kglcm2 (O kGy) naik menjadi 170 kglcm2 pada dosis iradiasi 300 kGy. Pengaruh penambahan antioksidan irganox 1076 pada kompon iradiasi mengakibatkan tidak meleleh waktu pengusangansedang tanpa penambahan antioksidan meleleh. Mulur PUtuSme-ngalami penurunan dengan kenaikan dosis iradiasi karena tetjadi ikatan silang dari kompon tersebut. Fraksi gel pada dosis iradiasi 300 kGy mencapai 76%.
ABSTRACT
IRRADIATION EFFECT LOW DENSITY POLYETYLENE. Experiment on irradiation oflow dellsity poly-ethylene, LDPE, has been carried out using compounds which were made by mixing LDPE pellet, irganox 1076 anti oxidant, carbon black. and SbPr The film were irradiated by the electron beam of2 MeV power, 1 mA current, and 0 to 500 kGy irradiation doses. The mechanical properties especially its tensile strength (Te) 133 kglcm2 (OkGy) increase to 170 kglcm2. The irradiated compounds which was added with irganox 1076 antioxidant were not melt during aging time, however the one which was not added with antioxidant were melt. The elongation at break decreases with the increasing of irradiation doses because of the crosslink of the compouns. Gel fraction at irradiation dose of 300 kGy was 76%.
PENDABULUAN
Polietilen digolongkan sebagai jenis polietilen linier, yaitu polimer yang dapat melunak atau meleleh ka-tau dipanaskan. sehingga mudah dibentuk.
Polietilen komersial ada tiga macam, yaitu po-lietilen densitas tinggi (HOPE), popo-lietilen densitas rendah (LDPE), dan polietilen linier densitas rendah (LLDPE). Ketiga polietilen tersebut berbeda struktur linier dan den-sitasnya. Yang banyak digunakan dalam indutri adalah LDPE.
LDPE dimanfaatkan secara luas sebagai bOOan pengemas kosmetiklobat-obatan, botol, kantong plastik, bahan dasar isolasi kabel, daD lain-lainnya. Sifat mekanik yang kuat dan ketahanannya terhadap cuaca merupakan syarat penting yang hams dimiliki oleh LDPE agar produk yang dibuat dari LDPE tersebut berguna daD berfungsi dengan baik.
Secara kimia, struktur molekul LDPE yang pada mulanya tinier menjadi molekul berikatan silang berdimen-si tiga menjadi polimer yang lebili kuat dan membuat berdimen-sifat mekanik yang lebih baik. Penggunaan energi radiasi untuk pengolahan polimer dalam industri didasarkan pada energi radiasi yang dapat menginduksi reaksi kimia pada bahan yang diiradiasi daD teljadi pembentukan ikatan silangpadapolimer iradiasi. Hal ini sebagai upaya modi-fikasi polimer dengan teknik iradiasi. Dalam makalOOini
dilaporkan bahwa kompon LDPE mengandung anti-oksidan, carbon black sebagai filler maupun antisinar ul-traviolet dan SbP3 untuk penghambat nyala api. Hasil ira-diasi berkas elektron kompon LDPE berguna untuk indus-tri kabel, yaitu untuk bahan isolasi kabel yang tahan panas daD tahan tegangan tinggi. Dalam hal ini dilaporkan basil radiasi berkas elektron terhadap kompon LDPE khusus-nya mengenai pengikatan silang daD sifat mekanik.
BAHAN DAN METODE
Bahan. Pelet polietilen densitas rendOO(LDPE) malen-E (produksi Polandia) dengan densitas 0,918, anti-oksidan Irganox 1076 (CffiA GEIGY), carbon black (ICI), daD SbP3 buatan Merck. Xylene dan metanol digunakan sebagai pelarut dan pencuci.
Pembuatan Sam pel. Empat puluh gram pelet LDPE ditambOO4% carbon black dan 0,8% antioksidan Irganox 1076, serta 8% Sb2O3digiling bersama pada labo platomill pada temperatur 130°Cselama 10 menit, dengan kecepatan putaran pisau 60 rpm, ini sebagai Master Bath. Kompon A dibuat dengan mencampur 20 pelet LDPE dan 21,18 gram Master Bath dicampur dalam "Iabo plasto-mill" temperatur 130°C selama 10 menit, kecepatan pu-faraD pisau 60 rpm begitu pula kompon B dengan men-campur 30 gram pelet LDPE dengan 11,18 gram Master
Aplikasilsotop dan Radiasi. 1996
Bath. Sedang kompon C dibuat dengan 40 gram pelet di-campur 1% carbon black dan 0,2% antioksidan serta 2% SbP3' Kondisi pencampuran kompon sarna dengan seper-ti pencampuran Master Bath. Kompon A, B, dan C dibuat film tebal 0,5 mm dengan mesin tekan panas, dengan teka~an 100 kglcm2, pada temperatur l30oC selama 3 meRit, ukuran film 15 cm x 15 cm.
Iradiasi. Film kompon A, B, clan C diiradiasi dengan berkas elektron (Gj-2 electron accelerator 2 MeV, Shanghai, Xian-Feng Electric Manufacturing Work, Chi-na). lradiasi dilakukan pada tegangan 2 MeV, dengan kuat arus sebesar 1 mA, pengukuran laju dosis dengan dosime-ter CTA. Dosis iradiasi 100, 200, 300, 350, 400, 450, dan 500 «Gy.
Pengujian Sifat Fisik Mekanik Film LDPE. lra-diasi terhadap film LDPE menimbulkan pemutusan mau-pun pembentukan ikatan antara molekul molekul LOPE daft mengakibatkan perubahan sifat fisik clan mekanik-nya. Pengujian metiputi:
Fraksi Gel. Setengah gram sampel film dimasuk-kan dalamkasa dan ditimbang (WI)' Sebelumnyaberat kasa ditimbang (Wk).Kasa baja yang berisi sampel diekstraksi dengan pelarot Xylen menggunakan soblet 157°C selama 24 jam. Setelah diekstraksi, kasa tersebut dicuci dengan asetonlmetanol, dikeringkan dalam oven vakum 70°C se-lama 1 jam, kemudian dimasukkan ke dalam eksikator ditimbang sampai berat tetap (W.). Fraksi gel dihitung menurut rumus berikut:
W-W
.
kG(%)
=
x 100%WI-Wk
Tegangan Potus daft Mulur Potus. Tegangan pu-ius diukur menu rut standar ASTM 1721-91 W. Peng-ukuran dilakukan menggunakan alai Strograp-RI buatan Toyoseiki kecepatan 30 mmlmenit clan pada suhu ruang. Sebelumnya, tebal clan lebar sampel diukur dengan mikrometer. Harga tegangan porus (T.J dihitung menurut rumus:
~
TB
=
dXb di mana :
~
= beban maksimum yang tercatat pada alai d = tebal sampelb = lebar sampel
Mulur putus EBdihitung menurut rumus berikut L-L °
EB
=
L.
di
mana:L
=
perpanjangan mulur sampel pada saat beban maksimum, yaitu sampel porusLo = panjang sampel awal
BASIL DAN PEMBAHASAN
Fraksi Gel. Fraksi gel adalah bagian yang tidak larot dari sampel setelah diekstraksi dengan pelarot sela-ma 24 jam pada temperatur 150.c. Untuk LDPE sebagai pelarutnya adalah Xylen yang mempunyai titik didih
147°c. Fraksi yang tidak larot ini merupakan indikator bahwa sebagian struktur molekul yang mula-mula tinier telah berubah menjadi struktur molekul yang saling ber-ikatan silang atau berdimensi tiga (1). Struktur berdimensi tiga ini memitiki sifat sukar larut dalam pelarot, khusus-nya pelarot yang mampu melarotkan LDPE dengan struk-tor tinier (tanpa iradiasi). Selain ini, struktur berikatan si-lang tersebut akan mempunyai sifat mekanik yang lebih kuat dibandingkan dengan struktur tinier. Secara skema-tik pengikatan silang tersebut digambarkan sebagai berikut:
radiasi e ::;.
I : I : I : I
Molekul LDPE tinier Ikatan silang
Pada Gambar 1 ditunjukkan Fraksi gel (%) yang dihasil-kan daTi kompon LDPE iradiasi. Sebagaimana dapat di-tihat pada Gambar I, fraksi gel (%) umumnya meningkat dengan kenaikan dosis iradiasi (3), dan mencapai optimum pada dosis iradiasi 300 kGy, yaitu fraksi gel 76%. Pada do-sis iradiasi 350-500 kGy, kenaikan fraksi gel tidak berarti atau hampir tidak ada kenaikan baik kompon A, B, clan C.
Sifat Mekanik. Sifat mekanik dievaluasi dengan pengujian sifat tegangan porus (TB)dan mulur putus (EB) daTisuatu kompon sebelum dan sesudah pengusangan. Pe-ngusangan dilakukan dalam geer oven selama 168 jam,
menurut ASTM 2655
- 83.
Pada Gambar 2 ditunjukkan basil pengukuran tegangan pulos (TB)kompon A, B, daft C yang diiradiasi pada dosis 0-500 kGy. Tegangan putus kompon A, B, dan C awalnya 133, 135, daft 132 kglcm2. Kemudian, harga tegangan porus naik menjadi 173, 171, dan 168 kglcm2 pada dosis iradiasi 300 kGy. Kenaikan dosis iradiasi me-ningkatkan tegangan pulos, ini disebabkan struktur mole-kul LDPE tinier berubah menjadi struktur ikatan silang, sehingga tegangan pulos meningkat karena pel1!bahanfisik daTi struktur tersebut. Pada dosis iradiasi 350-500 kGy harga tegangan polus mulai mengalami penurunan .
Pada Gambar 3 juga ditunjukkan basil tegangan polus setelah pengusangan kompon A, B, daft C. LDPE tanpa antioksidan yang diiradiasi dengan dosis 0-500 kGy, setelah pengusangan tidak dapat diuji karena meleleh (4). Pada Gambar 3 ditunjukkan kompon tersebut pada dosis iradiasi 0-100 kGy diusangkan meleleh, tetapi yang diiradiasi pada dosis 200-500 kGy diusangkan tidak me-leleh karena pengaruh penambahan antioksidan yang dapat mencegah proses oksidasi dan dapat memperpanjang umur kompon. Antioksidan Irganox 1076 mempunyai titik leleh 49-54°C daft Compatibility terhadap LDPE komer-sial. Perubahan tegangan POlUSsebelum dan sesudah pe-ngusangan pada dosis radiasi 200-300 kGy tidale lebih daTi 35%. Hal ini menunjukkan bahwa kompon tersebut
Aplikasil sotop don Radiasi. J 996
yang mengandung antioksidan Irganox 1076 dengan ira-diasi berkas elektron akan tetap mempunyai harga te-gangan putus To, meskipun harga tete-gangan putusnya turun pada waktu pengusangan.
Gambar 4 daft 5, menunjukkan basil pengukuran mulur putus (Eo) sebelum daft sesudah pengusangan kompon iradiasi. Oapat dilihat pada Gambar 4, bahwa harga mulur putus menurun dengan kenaikan dosis iradi-asi. Hal ini karena perubahan suat fisik kompon tersebut menjadi kaku atau sifat kekakuan meningkat akibat tetja-dinya pengikatan silang (3). Harga mulur putus sebelum dan sesudah pengusangan mengalami perubahan sekitar 17--45%, pada dosis iradiasi 200-500 kGy dari kompon tersebul.
KESIMPULAN
Oasis iradiasi pada kompon LOPE optimum 300 kGy, menghasilkan fraksi gel 76%, tegangan putus (To) sekitar 164-173 kglcm2,dan mulur putus 460-490% dan perubahan sesudah pengusangan 26-29,8%, serta mulur putus 31--40%.
UCAPAN TERIMA KASm
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Sdr. Oewi Sekar Pangerteni B.Sc. daft Sdr. Bilter Sinaga yang telah membantu penelitian ini. Sebagian dana penelitian dibiayai oleh Proyek Riset Unggulan Terpadu (RUT 1.1).
DAFfAR PUSTAKA
1. YONEBO TABATA, Radadiation industrial crosslink-ing, Radial. Phys., Chern. 14 (1979) 235.
2. ANONYMOUS, New route to LOPE, Chemical Engi-neering, Mc Graw Hill. New York (1979).
3. SUN JIN ZHEN, "Properties of crosslinked polymers", Regional Training Radiation Technology, Chinese Academy of Science, Changchun (1990).
4. RAZZAK, M.T., "Pengikatan silang film polietilen den-gaDradiasi gamma". Seminar Himpunan Polimer In-donesia, Hotel InIn-donesia, Jakarta (1995).
5. WffiISONO, A., Studi pembuatan pembungkus kabel listrik dengan cara radiasi pengikatan silang po-lietilen, Karya Utama Satjana Kimia, FMIPA-Juru-san Kimia, UI, Oepok (1992).
6. BERNET JR., E.R., Application of radiation to indus-trial wires and cables, Radial. Phys. Chern. 14 3-4 (1989) 947.
i
L0~
b::-}
)0 ,-80 70 60 50 .A. m Kompon. A 0 - Kompon R.
m Kompon C 20 ,-10 0 loa 200 300 400 500Oasis iradiasi (kGy)
Gambar 1. Efek dosis iradiasi terhadap fraksi gel (%)
200 160
~
-
.0'-"
~
""""'" . , ..'
,.
. 120 ~ 's ...
Kompan fl. EJ.
Kampan B 0-
Kampan C a~
U ~ ~ , '" E! :::I Q. 80 = C':S~
C':S~
40o-
f-100 200 300 400 50(Oasis iradiasi (kGy)
Gambar 2. Efek dosis iradiasi terhadap tegangan putus (kglcm2)kompon LOPE iradiasi
Apl;kas; Isotop dan Radias;, 1996
200
160
1-0
200 :3'00 4'00
Dosis iradiasi (kGy) 500
Gambar 3. Efek dosis iradiasi terhadap tegangan putus kompon LDPE iradiasi setelah pengusangan 121°C, 168 jam 500 400
~
'-" '"§
Q.. ... .a~
300 .-200 100'-,,0 0 6. = KampaI'. Aa
= KampaI'. B 0 = KampaI'. C .00 700 600 500~
'-" 400~3O0~'
" , ,I 200 ~~
6. = KampaI'. A 0 = KampaI'. B 0 = KampaI'. C ~ Q.. ... ~ ;; ~ 100 0 200 Gambar 5. 300 400 500Dosis iradiasi (kGy)
Efek dosis iradiasi terhadap mulur putus kompon LDPE iradiasi setelah pengu-sangan 121°c. 168 jam
;'00 300 400 500
Dosis iradiasi (kGy)
Gambar 4. Efek dosis iradiasi terhadap mulur putus (%) kompon LDPE iradiasi
38 1-20 ... Me ib
c
80 I = Kompon A0
= Kompon B 0 = Kompon C c. 40' 1-bI) Q) f-oAplika.<i Isotop dan Radiasi. 1996
HER WIN ARNI
1. Mengapa ditambah antioksidan Irganox 1076 bukan lonal Nonox?
2. Analisis fraksi gel pada dosis 300 kGy adalah 76%, apakah %-maksimum untuk konversi berapa %?
ANIK SUNARNI
1. Sebab antioksidan Irganox 1076 adalah staIizier untuk PE sedang lonol dan Nonox khusus untuk antioksidan karet.
2. Tidak ada hubungan konversi, sebab PE radiasi tidak ada k~nversi karena PE adalah polimer.
NITA SUHARTINI
Apakah fungsi antioksidan Irgonox 1O76? ANIK SUNARNI
Antioksidan Irgonox 1076 adalah suatu zat dalam aditif untuk mencegah terjadinya oksidasi atau juga dise-but stabilizer, dengan rumus bangung sebagai berikut:
OH
I
(C~)3C-
0
-C(C~)3ckz -CHz -
g
- 0-
C1sHz7Okta aecyl 3 - (3,5 - di - terbutyl) - 4 - hydroxy phe-nyl propionate.
DISKUSI
HENDRI F.W.
I. Apa fungsi penambahan SbP3 dalam percobaan? 2. Apa yang dimaksud dengan (waktu) pengusangan?
ANIK SUNARNI
I. Fungsi SbP3 adalah bahan aditif untuk mencegah agar kompon tersebut tidak mudah terbakar.
2. Waktu pengusangan adalah waktu yang diperlukan un-tuk mengetahui sifat sampel tahan terhadap oksidasi, panas.
YANTI SABARINAH
Dari data fraksi gel daD tegangan putus (Tb) atau perpanjangan putus (Eb) atau notasi lain yang Anda pa-kID, dapatkah Anda menjelaskan mengapa terjadi penu-runan Tb (Eb) pada dosis radiasi di atas 300 kGy?
ANIK SUNARNI
Terjadinya penurunan tegangan putus pada dosis di atas 300 kGy ialah karena dengan dosis semakin ting-gi, maka struktur ikatan silang mengalarni perubahan fisik, kompon A, B, daD C mengalami proses perapuhan, seh-ingga tegangan putus turun.
