BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Plastik
Plastik dapat digolongkan menjadi dua golongan berdasarkan sifat fisikanya : 1. Termoplastik merupakan jenis plastik yang dapat didaur ulang atau dicetak lagi dengan proses pemanasan ulang. Contoh : polietilena, polistirena, polikarbonat. 2. Termoset merupakan jenis plastik yang tidak dapat didaur ulang atau dicetak kembali. Pemanasan ulang akan menyebabkan kerusakan pada molekulmolekulnya. Contoh : resin epoksi, urea formaldehida (Sidik, 2003).
Plastik dibagi menjadi dua klasifikasi utama berdasarkan pertimbangan ekonomis dan kegunaannya yaitu plastik komoditi dan plastik teknik. 1. Plastik komoditi dicirikan dengan volumenya yang tinggi dan harganya yang murah, plastik ini bisa dibandingkan dengan baja dan aluminium dalam industri logam. Plastik ini 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, poli(vinil klorida), dan polistirena.
2. Plastik teknik harganya lebih mahal dan volumenya lebih rendah, tetapi mempunyai 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, poliester dan sebagainya. Hampir semua plastik yang disebutkan merupakan termoplastik.
Plastik-plastik teknik ini, biasanya dirancang untuk menggantikan logam dan polimer-polimer yang dapat terurai (degradable) serta dapat membantu mengurangi volume sampah plastik di lingkungan alam . (Stevens, 2001).
2.2. Polipropilena
Polipropilena merupakan jenis bahan baku plastik yang ringan, densitasnya 0,90-0,92 g/cm3, memiliki kekerasan dan kerapuhan yang paling tinggi serta bersifat kurang stabil terhadap panas dikarenakan adanya hidrogen tersier. Pemberian bahan pengisi dan penguat memungkinkan polipropilena dapat mempunyai kualitas kimia yang lebih baik sebagai bahan polimer yang tahan terhadap pemecahan karena pemberian tekanan (strees-cracking) walaupun pada temperatur yang tinggi. Struktur dari Polipropilena dapat dilihat pada gambar 2.1 dibawah ini.
Gambar 2.1. Struktur Polipropilena. (Gachter, 1990) Polipropilena merupakan suatu polimer ideal yang sering digunakan sebagai lembar kemasan. Polipropilena memiliki sifat kelembapan yang baik kecuali terjadi inhibisi dengan oksigen. Oksigen yang masuk kedalam sistem akan dapat mempengaruhi makanan atau materi lain yang ditutup dengan polipropilena. Lapisan
yang terlindung oleh polipropilena tersebut diharapkan dalam keadaan kedap udara agar dapat dengan maksimal melindungi kandungan materi yang terbungkus didalamnya. Untuk pemanfaatan dari bahan polipropilena, dapat dilakukan modifikasi terhadap struktur polipropilenanya (Severini, 1999). Taktisitas polimer sangat penting untuk menentukan keteraturan struktur dari suatu sampel polimer. Misalnya, polimer yang terbentuk dari monomer polipropilena -CH2-CH(CH3)-, gugus -CH3 dapat membentuk konfigurasi acak (polimer ataktik), konfigurasi berselang-seling (polimer sindiotaktik), atau konfigurasi sama (polimer isotaktik) disepanjang rantai. CH3 C
CH3
H CH2
C
CH2
CH3
H
CH3 CH2
C
C H
H
(a) Polipropilena ataktik
CH3 C
CH3
H CH2
C
CH2
CH3
H
C
H CH2
C CH3
H
(b) Polipropilena sindiotaktik CH3
CH3 C H
CH2
C H
CH3
CH3 CH2
C H
CH2
C H
(c) Polipropilena Isotaktik
Gambar 2.2. Penggambaran Taktisitas Polipropilena (a) Polipropilena ataktik, (b) Polipropilena sindiotaktik dan (c) Polipropilena isotaktik.
Dari gambar 2.2 (a) diatas dapat dilihat bahwa polipropilena ataktik
memiliki
kekristalan yang rendah karena gugus -CH3 tersusun secara acak disepanjang rantai, yang dapat mencegah saling mendekatnya rantai yang berdampingan. Berbeda dengan polipropilena isotaktik (gambar 2.2 c) yang gugus -CH3 (gugus metil) mampu saling mendekat sehingga mempunyai sifat kekristalan yang tinggi. Karena keteraturan ruang polimer ini, rantai dapat dikemas lebih terjejal sehingga menghasilkan plastik yang kuat dan tahan panas. Kristalinitas merupakan sifat penting yang terdapat pada polimer yang menunjukkan keteraturan ikatan antara rantai molekul polimer sehingga menghasilkan susunan molekul yang tinggi, kaku dan khas (Al Malaika, 1983). Polipropilena juga mempunyai sifat isolasi yang sangat baik, dan juga mempunyai sifat tahan terhadap berbagai bahan kimia pada suhu tinggi serta tidak mudah larut dalam hampir semua pelarut organik pada suhu kamar ( Fried, 1995). Meningkatnya penyerapan pelarut oleh polipropilena karena meningkatnya suhu dan penurunan polaritas. Tingginya sifat kristalinitas polipropilena mengakibatkan kekuatan tarik polimer, kekakuan, dan kekerasannya meningkat (Ebewele.R, 1996). Pada polipropilena, rantai polimer yang tebentuk dapat tersusun membentuk daerah kristalin dan daerah amorf yang mana atom-atom terikat secara tetrahedral dengan sudut ikatan C – C sebesar 109,5 dan membentuk rantai zig-zag planar. Struktur zig zag planar tiga dimensi dapat terjadi dalam gugus metil satu sama lain di dalam rantai polimernya yaitu struktur isotaktik, sindiotaktik, dan ataktik. (Bill Meyer, 1984). Polipropilena mempunyai konduktivitas panas yang rendah (0,12 w/m), tegangan yang rendah, kekuatan benturan yang tinggi dan ketahanan yang tinggi terhadap pelarut organik, bahan kimia anorganik, non pengoksidasian dan mempunyai sifat isolator yang baik. Akan tetapi polipropilena dapat terdegradasi
oleh zat pengoksidasi kuat seperti asam nitrat dan hidrogen peroksida (Al Malaika, 1983). Produk polipropilena lebih tahan terhadap goresan daripada produk polietilena sehingga dapat digunakan untuk material bagian dalam mesin pencuci, komponen mobil, kursi dan alat-alat rumah tangga lainnya . Polipropilena dengan mudah dapat didegradasi dengan adanya peroksida melalui pemutusan ikatan rantai β dari polimer pada temperature tinggi, yang menghasilkan penurunan viscositas polipropilena, yang ditunjukkan seperti reaksi yang ditunjukkan dibawah ini: (Thitithammawong dkk, 2007; Nakason dkk, 2006; Naskar dkk, 2004). R --- CH2 CH
CH2
O
CH ---
O
R
+ RO
2 RO
---- CH2 CH
CH3
CH3
CH2 CH ---
CH3
+ ROH
CH3
Polipropilen ---- CH2 CH
CH2 CH ---
CH3
CH3
Beta Scission
---- CH2
C CH3
CH2
+
CH ---CH3
Gambar.2.3. Skema reaksi degradasi Polipropilena oleh peroksida dengan pemutusan ikatan β. R-O-O-R adalah peroksida. 2.3. Karet Alam.
Karet alam umumnya diproleh dari getah pohon Havea braziliensis. Menurut cara pengolahanya, karet alam dibedakan menjadi : smoked sheet, crepe dan remah (dikenal dengan jenis karet SIR) . Karet havea braziliensis merupakan hidrokarbon poliisopren dengan berat molekul 200.000-500.000. Karet didapat dalam bentuk lateks, cairan dispersi, karet yang mengandung 25% - 40 % poliisopren. Karet alam
terbentuk secara polimerisasi alam melalui reaksi adisi monomer isoprena membentuk struktur cis- poliisoprena. Butiran-butiran karet tidak bermuatan listrik dan dilapisi oleh protein serta pospolipid yang bermuatan listrik negatip, sehingga menyebabkan karet stabil dan dapat bertahan dalam bentuk cair. Karet adalah polimerisasi dari cis 1,4 isopren, polimerisasi dari monomer isoprena seperti gambar dibawah ini. CH3 n [ CH2 = C
CH3 CH2 = CH2 ]
polimerisasi
[-CH2- C = CH
CH2- ] n
Gambar 2.4. Polimerisasi monomer isoprene Struktur ruang dari poliisoprena adalah sebagai berikut : H3C
H C
H2C
C CH2
Gambar 2.5. Struktur ruang cis 1-4 poliisoprena Nilai n menunjukkan jumlah monomer didalam rantai polimer, yang berkisar antara 3000 – 15.000 unit. Jumlah ini tergantung dari jenis klonnya, apabila semakin panjang rantai molekulnya maka sifat elastisnya semakin tinggi dan semakin kental. Sifat protein ini yang dipergunakan sebagai prinsip untuk mengumpulkan lateks, yaitu dengan menurunkan harga pH lateks sehingga mencapai titik isoelektrik. Lembaran karet yang terbentuk tidak hanya mengandung cis 1-4 poliisoprena tetapi juga mengandung komponen lain seperti yang terdapat pada tabel 2.1 dibawah ini.
Tabel 2.1. Komponen Kimia Karet Alam kering. No
Kompnen
Kandungan %
1
Hidrokarbon karet
93,7
2
Protein
2,2
3
Karbo hidrat
0,4
4
Lipid netral
2,4
5
Glycolipid + phospolipid
1,0
6
Konstituen anorganik
0,2
7
Lain- lain
0,1
8 Air Sumber: Morton, 1987.
-
Lembaran karet berwarna kecoklatan dan agak transparan. Pada temperatur diatas 200oC karet mengalami degradasi oleh panas. Karet alam memiliki sifat kuat tarik tinggi, sifat dinamik dan sifat listrik yang baik, kurang resisten
terhadap
minyak dan Ozon dan memiliki gaya adhesi yang baik. Bila karet berada dalam lingkungan berminyak atau pelarut organik, maka karet akan mengalami pengembangan
atau
pembengkakan
(swelling)
yang
mengakibatkan
dapat
menurunkan sifat mekanik karet.(Morton, 1987). Sifat-sifat fisika karet alam dapat dilihat pada tabel 2.2 yang terdapat dibawah ini.
Tabel 2.2. Sifat – sifat Fisika Karet Alam No 1 2 3 4 5 6 7
Parameter Massa jenis (g/cm3) Indeks bias (nd25) Kuat tarik Elongasi (%) Modulus tarik (105 psi) Titik leleh (oC) Titik transisi gelas (oC)
0,91 – 0,93 1,519 300 – 4000 100 -700 0,025 Tidak tajam (Amorf) -70
8 9 10 11 12 13
Suhu pakai (oC) Kekerasan Sifat dinamik Sifat listrik Permanen set Adhesi
-50 sampai 80 20 – 100 Baik Baik Rendah Baik
14 Ketahanan cuaca 15 Ketahanan ozon 16 Ketahanan minyak/pelarut organic 17 Ketahanan abrasi Sumber: Stude Baker, 1984.
Cukup Rendah Rendah Cukup
Dari tabel diatas dapat disimpulkan bahwa karet alam mempunyai beberapa kelebihan dibanding terhadap material lain, yaitu mempunyai kekenyalan yang tinggi dengan kalor yang terjadi rendah, daya rekat cukup tinggi, ketahanan leleh cukup tinggi, sangat elastis, mempunyai kekuatan hantaman (impact strength) yang baik, serta kuat tarik yang tinggi. Sedangkan kelemahan karet alam yaitu: relatip dapat terdegradasi oleh sinar ultra violet (UV) dan Ozon karena mempunyai ikatan rangkap didalam molekulnya, serta mudah mengalami pengembangan (swelling). Sifat khusus lain yang dimiliki oleh karet alam adalah keelastisitasannya. Karet memiliki kemampuan untuk dideformasi, tetapi sifat elastis karet membuatnya dapat dengan mudah kembali kebentuk semula. Sifat ini dengan mudah dapat diamati dalam karet alam . Modulus elastisitas karet alam sangat kecil dengan kurva tegangan
yang tidak linear. Dalam keadaan tanpa tegangan, karet alam akan memiliki rantai molekul yang tidak teratur dan saling bergulung dan kusut (Morton, 1987). Parameter termodinamika yang dapat dipergunakan untuk mengamati deformasi elastis adalah entropi, yaitu dengan mengukur derajat ketidak stabilan sistem. Entropi akan naik dengan naiknya ketidak teraturan, karet akan mengalami perenggangan, rantainya akan menjadi lebih lurus dan rapat, system akan menjadi lebih teratur. Untuk kedaan ini entropi akan naik, jika rantai-rantai kembali ke bentuk bergulung semula. Dari dua gejala yang dihasilkan dari efek entropi, karet akan mengalami kenaikan suhu, dan modulus elastisitas akan naik jika suhu dinaikkan, yang berbeda dengan bahan material lain. Tabel 2.3. Jenis dan mutu karet SIR. Jenis mutu Bahan olahan
SIR 3CV Lateks
SIR SIR 3L 3WF Lateks Lateks
Kadar kotoran 0,03 0,03 0.03 (saringan 44 mikron), % maks Kadar abu, % maks 0.50 0,50 0,50 Kadar zat menguap, 0,8 0,8 0,8 % maks Kadar Nitrogen, 0,6 0,6 0,6 % maks Plastisitas awal 30 30 30 (PO), % maks Indeks ketahanan 60 75 75 plastis, % maks Indeks warna (skala _ 6,00 _ Lovibond) ViscositasMooneya _ _ _ ML(1+4) 1000C StabilitasViscositas 8 _ _ b /ASHT (p) (maks) a Kode subgrade CV 50, CV 60, CV 70 Jarak viscositas Mooney: 45-55, 56-65, 66-75.
SIR 5
SIR 10
SIR 20
Koagulum Koagulum Koagulum Lateks Lapangan Lapangan 0,05 0,10 0.20
0.50 0,8
0,75 0,8
1,0 0,8
0,6
0,6
0,6
30
30
30
70
60
50
_
_
_
_
_
_
_
_
_
b
ASHT (Accelerated storage hardening test/uji kemantapan yang dipercepat). Sumber : Direktorat Standarisasi dan Pengawasan Mutu, Departemen Perindustrian dan Perdagangan Indonesia.
2.4. Karet Etilena Propilena Diena Monomer (EPDM).
Seperti tampak dari namanya, isomer karet EPDM merupakan gabungan tiga jenis monomer, yaitu etilena dan propilena yang termoplastik serta monomer ketiga yang memiliki ikatan rangkap diene sebagai gugus samping sehingga memungkinkan terjadinya ikatan silang dengan menggunakan belerang, bahan pencepat dan bahan penggiat. Monomer ini dapat berupa 1,4 hexadiena (HD), etiliden norbornene (EN) dan disiklopentadien (DCPD) (Morton, 1987). Dien-dien yang ditambahkan memiliki struktur satu ikatan rangkap yang akan terkopolimerisasi dengan etilen-propilen dan satu ikatan rangkap lagi berfungsi sebagai pembentuk ikatan silang belerang tidak berada pada rantai utama tetapi pada rantai cabang (samping), yang mengakibatkan ketahanan usang karet EPDM sangat tinggi, tetapi tidak memiliki kemampuan untuk berkristalisasi karena mempunyai gugus samping yang besar. Sifat EPDM ditentukan oleh jenis diene monomernya. Suhu transisi gelas etilena dan propilena masingmasing adalah + 800C dan + 1000C, dimana kedua material ini kaku pada suhu kamar, dengan dimasukkan monomer ketiga yang memiliki ikatan rangkap (diene), maka menghasilkan produk yang bersifat rubbery pada suhu kamar. Karet EPDM memiliki sifat-sifat ketahanan yang baik terhadap panas, ozon dan sinar matahari, kelenturannya baik pada suhu rendah, tahan terhadap alkali dan asam serta sangat tahan terhadap air dan uap panas. Sebaliknya tidak tahan terhadap minyak dan kurang memiliki kelekatan pada logam (Krishna, 2009; Hasan, 1996; Blackley, 1983).
Diena
CH3 CH2
CH2
Etilena
n
CH
CH2
Propilena
CH n CH2
Backbone
CH2 n
CH CH CH3
Gambar.2.6. Rumus bangun isomer EPDM ( diena adalah hexadiena)
Tabel 2.4. Sifat Mekanik dan Thermal EPDM Sifat – sifat Mekanik dan Thermal EPDM Kekerasan. Shore A 40 – 90 Tensile strength. Ultimate 25 MPa Kepadatan Bisa diperparah dai 0,90 menjadi > 2,0 GCM-3 Ketahan abrasi 450 MM3 Pemakaian Suhu max, udara 100 – 120 0C Pemakaian Suhu min, udara -540C Suhu transisi glass -540C Sumber, Wikipedia.EPDM
2.5. Vulkanisasi.
Vulkanisasi merupakan proses terjadinya ikatan silang antar rantai utama dari molekul karet. Akibat dari proses ini, sifat-sifat buruk karet seperti lengket, mulur, dan kekuatan rendah dapat diperbaiki, sehingga karet dapat dipergunakan untuk keperluan yang lebih luas. Vulkanisasi umumnya dilakukan dengan pemanasan kompon dalam keadaan ditekan, seperti pada proses compression moulding (Morton, 1987).
Sulfur atau belerang merupakan bahan vulkanisasi tertua yang digunakan untuk membuat jembatan antar rantai molekul karet sehingga terjadi ikatan silang. Selain sulfur, logam oksida, peroksida, resin phenolik, poliuretan dan radiasi juga digunakan untuk memvulkanisasi karet. Penggunaan peroksida dan radiasi menghasilkan ikatan silang antar atom C yang kuat sehingga ketahanan terhadap panas lebih tinggi dari pada barang jadi karet yang divulkanisasi oleh sufur atau logam oksida.(Krishna, 2009). Peroksida organik yang sering digunakan untuk memvulkanisasi elastomer dan termoplastik adalah dicumil peroksida seperti yang dilakukan oleh Ismail (2006, 2008); Thitithammawong (2007); Nakason (2008) dan Burhanuddin (2009). Cara kerja dari bahan ini adalah peroksida akan terurai karena pemanasan hingga terbentuk radikal bebas. Radikal-radikal bebas ini akan menarik atom Hidrogen dari rantai karet atau plastik, sehingga terbentuk radikal bebas dari karet ataupun plastik. Radikal bebas dari suatu rantai molekul karet atau plastik akan bergabung dengan rantai molekul karet atau plastik yang paling dekat, sehingga terbentuk ikatan silang antar atom C dari kedua rantai molekul karet atau plastik. Ikatan antar rantai atom C ini begitu kuat sehingga barang jadi karetnya memiliki ketahanan panas, pampatan tetap, dan ketahanan mulur yang baik.
2.6. Peroksida sebagai Inisiator.
Senyawa-senyawa turunan peroksida umumnya berfungsi sebagai senyawa inisiator dalam proses polimerisasi dan dalam pembentukan ikatan silang berbagai polimer sintetis, polimer alam dan meterialnya. Senyawa peroksida ini dapat digunakan sebagai pembentuk radikal bebas dengan adanya energi panas pada temperature yang tergantung jenis peroksidanya (Sriwerdana dkk, 2003). Seperti yang ditunjukkan dibawah ini dekomposisi dicumil peroksida (gambar 2.7) , dengan adanya panas pada temperature 1600C ( Thitithammawong dkk, 2007; Nakason dkk, 2008).
CH3
CH3 C
O O
CH3
C CH3 O
CH3 2
C
2
O
CH3
C
+ 2
CH3
CH3
Acetophenon 2 RH (substrat)
2 RH (substrat)
CH3 2 CH4
2
C
+
2R
OH + 2R
CH3
Gambar.2.7. Mekanisme dekomposisi dikumil peroksida (DKP).
Dari dekomposisi DKP pada 160 0C menghasilkan sejumlah kecil produk metana, asetophenon, 2-phenilpropanol-2, dan radikal 2-phenylpropanoxy , radikal metal. Kedua radikal ini sangat reaktip untuk mengabstraksi atom-atom Hidrogen dari rantai polimer (Naskar dkk, 2004). Beberapa nama-nama dan struktur senyawa peroksida yang sering digunakan sebagai inisiator disamping Sulfur,dan Benzoil peroksida adalah:
CH3
C CH3
O
O
C CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
C
C
C CH3
O
O
C
CH3
CH3
2,5-Dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexyne-3 (DTBPHY)/Trigonox 145-45B 45% on carrier.
CH3
C
O
O
CH2
C
CH2
O
C
O
C
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
2,5-Dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane (DTBPH)/Trigonox 101-40B 40% on carrier. CH3
CH3
CH3
C
C
CH3
CH3 O
O
O
CH3
C
O
C
CH3
CH3
CH3
CH3
Di(tert-butylperoxyisopropyl)benzene (DTBPIB)/Perkadox 14-40B 40% on carrier. CH3 C CH3
CH3 O
O
C CH3
Dicumyl perokside (DCP)/Perkadox BC-40B 40% on carrier. Gambar.2.8. Nama kimia dan nama dagang beberapa peroksida.
Tabel 2.5. Beberapa sifat-sifat fisika dari peroksida. Temperatur (0C) Temperatur Crosslink t1/2 = 1 minit yang khas DTBPHY 286 194 180 DTBPH 290 183 170 DTBPIB 338 185 170 DCP 270 179 160 Sumber; Thitithammawong dkk, 2007; Naskar dkk, 2004. Kode
Mw
Efesiensi Crosslink (%) 30 41 52 50
2.7. Divinylbenzena.
Divinylbenzena (DVB) terdiri dari satu cincin benzene yang diikat dua gugus vinyl. Biasanya divinylbenzena ditemui dalam bentuk campuran dengan perbandingan 2 : 1 antara bentuk meta-divinylbenzena dan para-divinylbenzena, juga mengandung isomer etilvinylbenzena yang sesuai. Bila direaksikan bersama-sama dengan stirena, divinylbenzena dapat dipergunakan sebagai monomer reaktip dalam resin polyester. Stirena dan divinylbenzena berreaksi bersama-sama membentuk copolymer stirenadivinylbenzena (S-DVB). Polimer crosslink yang dihasilkan umumnya dipergunakan sebagai penghasil resin penukar ion.
Gambar. 2.9. Struktur molekul meta dan para-divinylbenzena.
Tabel 2.6. Sifat-sifat divinylbenzena : Rumus molekul Massa molar Titik leleh Titik didih Kelarutan dalam air Kelarutan dalam pelarut lain Titik nyala Sumber; Kroschwitc,1990.
C10H10. 130,19 g mol-1 -66,9 sampai -520C 1950C Tidak larut Tidak larut dalam air. Larut dalam Etanol dan Eter 760C
2.8. Xilena
Xilena merupakan hidrokarbon aromatik yang terdiri dari cincin benzena dengan dua substituen metil. Xilena memiliki tiga isomer dimetilbenzena dengan rumus kimia yang sama yaitu (C6H4(CH3)2), tetapi struktur molekul yang berbeda. Tiga isomer xilena yaitu orto (o), meta (m), dan para (p), berbeda secara struktural penempatan gugus-gugus metil. Strukturnya dapat dilihat pada gambar 2.10.
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
o- xilena
m- xilena
CH3 p- xilena
Gambar 2.10. Struktur o-xilena, m-xilena dan p-xilena.
Campuran xilena komersial adalah tidak berwarna, tidak kental, mudah terbakar, merupakan cairan beracun yang tidak larut dalam air tetapi larut dengan baik dalam pelarut organik. Xilena umumnya digunakan sebagai pelarut, sebagai komponen bahan bakar penerbangan, dan sebagai bahan baku untuk pembuatan pewarna, serat, dan film. Sifat fisik senyawa xilena dapat dilihat pada Tabel 2.7.
Tabel 2.7. Sifat Fisika Xilena Sifat Fisika Berat Molekul Densitas Titik Didih Titik Beku Deskripsi Sumber : Mallinckrodt, 2002.
Ukuran 106.16 g / mol 0,864 g/cm3 pada 20 0C 137-140°C pada P =760 torr 13,2 0C Cairan tak berwarna
2.9. Bahan Pengisi.
Bahan pengisi adalah bahan yang dapat menurunkan biaya produksi, memberi bentuk, mempercepat pengerasan, mengurangi pengkerutan, menekan rekatan, meningkatkan ketahanan panas, dan untuk memperbaiki sifat mekanik materialnya. Bahan pengisi dapat digolongkan atas bahan: -
Reinforcement (memperkuat).
-
Semi reinforcement (semi penguat).
-
Non reinforcement (bukan penguat).
Adapun syarat suatu bahan pengisi menurut Morton (1987) adalah, 1. Ukuran partikel : 100-500 Ặ
: bersifat sebagai penguat (Reiforcement).
1000- 5000Ặ : bersifat semi penguat ( Semi reinforcement). >5000Ặ
: bersifat bukan sebagai penguat (Non reinforcement).
2. Inert : tidak mudah bereaksi 3. Mempunyai muatan statik : menentukan muatan positif dan negatif partikel yang berguna untuk dispersi supaya kuat dan tahan kikisan. 4. Mempunyai sifat kristalinitas yang tinggi.
Penambahan bahan pengisi terhadap matrik dapat meningkatkan dan menurunkan sifat mekanik matrik dan sering kali merupakan bahan penguat dan bukan bahan penguat. Tujuan utama penambahan bahan pengisi biasanya adalah untuk mengurangi penggunaan bahan material, mengurangi pengkerutan dan koefisien ekspansi termal, meningkatkan konduktivitas termal pada plastik, sehingga bahan material yang dibuat mudah diproses.(Bhatnagar, 2004).
2.9.1. Bahan Pengisi Organik.
Bahan pengisi organik cukup berlimpah tersedia dialam. Sebagian besar dari bahan pengisi organik dalam bentuk berserat dan sebagian besar terdiri dari selulosa, ligno selulosa dengan sebahagian kecil lignin dan bahan extrak lainnya. Sumber bahan pengisi organik banyak tersedia di alam misalnya kayu, serat kapas, serat cangkang dan jerami yang dapat meningkatkan sifat fisika, kimia, dan sifat listrik. Pengisi organik juga digunakan sebagai zat aditif untuk menurunkan biaya dan meningkatkan proses produksi. Pengisi organik jenis sintetik telah banyak digunakan sebagai aditif untuk termoplastik seperti serat poliamida, serat polyester dll. Penggolongan bahan pengisi organik ditunjukkan dalam Tabel 2.8.
Tabel 2.8. Jenis Pengisi Organik Bahan
Jenis Tepung Kayu
Serat cangkang Alami Serat kapas Serat tumbuhan Lainnya Selulosa Sintesis
Serat Tepung karet
Sumber: James, 1975.
Contoh Kayu Lunak (pinus, cemara, kayu merah), kayu keras, serbuk gergaji Cangkang kemiri, cangkang kenari, kulit kacang, batok kelapa Kain, serat selulosa Jerami, sisal, sabut kelapa Tongkol jagung, kulit jagung, pulp sitrus, tapioka, beras, kentang Kain rayon Poliakrionitril, poliamida, polivinil alkohol, polyester Karet Vulkanisasi
2.9.2. Bahan Pengisi Anorganik.
Bahan pengisi anorganik ini sering ditambahkan untuk memperoleh bahan dengan ketahanan listrik yang baik dan tahan terhadap panas serta penyerapan air yang rendah. Bahan pengisi anorganik yang biasa digunakan adalah asbestos, mika, tanah liat, oksida timah, barium sulfat, serat kaca dan bubuk logam. Setiap bahan pengisi dapat meningkatkan sifat mekanik dari komposit. Hasil produk ahir yang diharapkan tergantung pada jumlah dan jenis pengisi yang digunakan.
2.10. Tandan Kosong Kelapa Sawit (TKKS).
Tandan kosong kelapa sawit adalah salah satu hasil sampingan berupa padatan dari industri pengolahan kelapa sawit. Ketersediaan TKKS cukup signifikan bila ditinjau berdasarkan rerata nisbah produksi TKKS terhadap total jumlah tandan buah segar (TBS) yang diproses didalam pabrik pengolahan minyak sawit. Hasil analisa terhadap rerata kandungan yang terdapat di dalam tandan kosong kelapa sawit terutama unsur Nitrogen, Fosfor, Kalium, dan Magnesium memberikan peluang dan potensi yang baik sebagai bahan pengganti sumber nutrisi bagi tanaman kelapa sawit. Selain dari itu, pemanfaatan TKKS sebagai bahan pengisi juga dapat dikategorikan sebagai salah satu usaha untuk merealisasikan pengelolaan lingkungan melalui program Produksi Bersih dari limbah kelapa sawit (Cleaner Production). Komposisi kimia dari TKKS ditunjukkkan pada tabel 2.9 dan sifat mekanik dari TKKS ditunjukkan pada tabel 2.10.
Tabel 2.9. Komposisi kimia dari TKKS Komposisi Selulosa Lignin Hemiselulosa Holoselulosa Alfa selulosa Sumber: Shinoja 2010.
Nilai (%) 42,7 – 65 13,2 – 25,13 17,1 – 33,5 68,3 86,3 41,9 – 60,6
Tabel 2.10 .Sifat mekanik TKKS Sifat Mekanik Diameter Densitas Kekuatan tarik Perpanjangan putus Elongation at break Kuat tekan Sumber: Shinoja (2010)
Nilai 150 – 500 (µm) 0,7 – 1,55 (g/cm2) 50- 400 (MPa) 0,57 - 9 (Gpa) 4 – 18 (%) 13,71 (%)
Setiap tahunnya, satu hektar perkebunan kelapa sawit akan menghasilkan sekitar 55 ton bahan kering dalam bentuk bio massa yang berserat, dan akan menghasilkan 5,5 ton minyak sawit. Dari pohon kelapa sawit, serat lignoselulosa dapat diekstraksi dari batang, daun, buah dan tandan kosong sawit (TKS). Tandan kosong adalah massa fibrosa yang telah dipisahkan dari buah. Di antara berbagai serat, tandan kosong sawit memiliki potensi yang sangat baik untuk menghasilkan serat sampai 73% dan karena itu tandan kosong sawit sangat baik digunakan dalam jumlah yang besar dan juga dengan biaya yang sangat murah sebagai bahan pengisi dalam material . (Shinoja, 2010).
2.11. Selulosa.
Selulosa adalah suatu polisakarida yang terdiri dari unit berulang glukosa atau unit anhidro glukopiranosa yang bersambung membentuk rantai molekul. Selulosa dapat dinyatakan sebagai polimer linier glukan dengan struktur berantai yang beragam, dengan gugus hidroksi bebas perunit glukosa, tak larut dalam air sebab mempunyai kristalinitas yang tinggi . Adapun rumus molekul selulosa sebagai berikut:
Gambar. 2.11. Struktur molekul selulosa Selulosa terdiri dari unit perulangan D-glukosa mempunyai tiga gugus hidroksil yang dapat disubstitusi, tidak larut dalam air, mempunyai sifat kristanilitas yang tinggi dan berat molekulnya yang tinggi (terdiri dari satuan β D-glukopiranose yang dihubungkan oleh (1-4) ikatan glukosida yang mencapai 4000 buah per molekul). Substitusi gugus hidroksil, misalnya dengan gugus asetil akan menurunkan sifat kristalinitasnya (Chen Qin dkk, 2008). Molekul-molekul selulosa seluruhnya berbentuk linier dan mempunyai kecenderungan membentuk ikatan-ikatan hydrogen intra dan inter molekul. Molekul sellulosa membentuk agrerat bersama-sama dalam bentuk mikrofibril yang berbeda dalam bentuk kristalin dan amorf secara bergantian. Mikrofibril membentuk fibrilfibril dan akhirnya selulosa sebagai akibat dari struktur selulosa yang berserat dan ikatan-ikatan hydrogen yang kuat, sellulosa mempunyai kekuatan tarik yang tinggi. Keuntungan
lain
adalah
beracun.(Sjostron,1989).
mudah
didegradasi,
biodegredabel
dan
tidak
Umumnya panjang serat pada pohon kelapa sawit akan mengalami pengurangan jika ketinggian pada batangnya bertambah. Serat dari pohon kelapa sawit umumnya sangat lembut, ini menunjukkan sangat sesuai untuk pembuatan pulp. Karakterisasi serat serta komposisi kimia pohon kelapa sawit dapat dilihat pada tabel 2.11 dan tabel 2.12 berikut ini : Tabel 2.11. Karakterisasi serat pohon kelapa sawit. Bagian kelapa sawit Tandan Batang Pelepah (Husin. 1989)
Panjang serat (mm) 0.82 0.96 1.59
Diameter serat(µ) 27.0 29.6 19.7
Lumen serat(µ) 20.5 20.0 11.8
Nisbah runkel 0.32 0.48 0.66
Komposisi kimia didalam serat kelapa sawit biasanya tidak selalu sama, walaupun dari pohon yang sama. Komposisi kimia pada serat kelapa sawit dilihat pada tabel 2.12 berikut: Tabel 2.12. Komposisi kimia pada serat kelapa sawit Jenis
Tandan Batang Pelepah (Husin. 1989)
Halo sellulosa (%) 70.0 84.6 71.8
Alpha sellulosa (%) 42.7 50.0 45.8
Lignin (%)
17.2 22.6 15.0
Pentosa (%)
27.3 25.9 23.9
Abu (%)
0.70 1.63 0.46
2.12. Pembentukan Poliblen Poliolefin dengan Serat Tandan Kosong Sawit.
Poliolefin dan serat kosong sawit, pada dasarnya adalah dua bahan polimer yang tidak suka bercampur secara homogen disebabkan sifat kepolarannya yang berbeda. Karena itu untuk mendapatkan poliblen yang homogen, pengolahannya tidak dapat dilakukan secara konfensional, yang hanya melibatkan interaksi fisik antar komponen polimer. Secara umum ada 4 cara yang biasa
dilakukan untuk mendapatkan
peningkatan kompabilitas poliblen yaitu melalui beberapa proses antara lain : a) kokristalisasi, b) pengikatan secara in-situ, c) penambahan bahan pengkompatibel dan d) pembentukan kopolimer dari reaksi gugus fungsi pada bagian spesifik kedua polimer (pembentukan kopolimer pengkompatibel) (Brown, 1992). Keempat proses dapat dilakukan didalam mesin pengolah yang sekaligus berfungsi sebagai reaktor modifikasi. Modifikasi polimer dengan cara ini dikenal dengan “ Teknik pengolahan reaktif “ (Casele, 1979). Teknik pengolahan reaktif adalah suatu teknik modifikasi kimiawi bahan polimer dengan senyawa aditif atau komponen-komponen lainnya didalam mesin pengolah yang lazim digunakan untuk mendapatkan bahan polimer yang baru dengan sifat tertentu yang kita diinginkan. (Wirjosentono, 1997).
2.13. Mekanisme Interfasa atau Adhesi.
Umumnya suatu bahan komposit terdiri dari dua fasa yang berlainan yang dipisahkan oleh antar muka kedua fasa tersebut. Daya ikat antar muka sangat penting, karena antar muka pengisi-matrik berfungsi untuk memindahkan tegangan dari fasa matriks
ke fasa pengisi. Menurut Hull (1992) dan Schwartz (1983) ada lima jenis mekanisme pada antar muka antara bahan campuran polimer yaitu: a. Adsorpsi dan Pembasahan. Pembasahan pengisi yang baik, lelehan fasa matriks harus dapat menutupi seluruh permukaan bahan pengisi agar udara dapat tersingkirkan. b. Antar Difusi. Suatu ikatan akan terbentuk, jika molekul-molekul polimer meresap dari suatu permukaan kedalam struktur molekul permukaan lain. c. Antraksi Elektrostatik Kekuatan antraksi pada dua permukaan dimana suatu permukaannya positif dan permukaan lainnya bermuatan negative, misalnya antraksi antara asam basa dan ikatan ion. d. Ikatan Kimia Pengikatan terbentuk sebagai hasil suatu reaksi kimia antara senyawa kimia diatas permukaan pengisi dengan senyawa kimia matriks. e. Pengikatan mekanik. Pengikatan ini berlaku secara interlocking mekanik jika geometri permukaan fasa matriks dan pengisi tidak ada.
2.14. Poliblen. Proses pencampuran di dalam polimer dapat dikelompokkan menjadi 2 jenis yaitu : 1. Blending fisika yaitu terjadi pencampuran secara fisika antara dua jenis polimer atau lebih yang memiliki struktur yang berbeda, tidak membentuk ikatan kovalen antara komponen-komponennya, proses pencampuran ini disebut dengan poliblen.
2. Pencampuran kimia menghasilkan kopolimer yang ditandai dengan terjadinya ikatan-ikatan kovalen antara polimer-polimer penyusunnya. Interaksi yang terjadi di dalam poliblen antara ikatan vander wall, ikatan hidrogen, atau interaksi dipol-dipol
(Sperling, 1986). Poliblen ini bertujuan untuk
mendapatkan sifat-sifat material yang diinginkan dan disesuaikan dengan keperluan. Poliblen komersial dapat dihasilkan dari polimer sintetik. Poliblen yang dihasilkan dapat berupa poliblen homogen dan poliblen heterogen, poliblen homogen terlihat homogen dan transparan, mempunyai temperatur transisi gelas tunggal dan sifat fisikanya sebanding dengan komposisi komponen-komponen penyusunnya. Sedangkan poliblen heterogen terlihat tidak transparan dan mempunyai beberapa temperatur transisi gelas. Kompatibilitas poliblen menggambarkan kekuatan interaksi antara rantairantai polimer sehingga membentuk campuran yang homogen atau mendekati homogen secara kualitatif, kompatibilitas poliblen dapat dilihat dari hasil pembuatan film tipis, bila film tipis mengandung bercak-bercak atau butiran-butiran berarti poliblen yang terbentuk tidak kompatibel. Disamping itu dapat juga diamati dari temperatur transisi gelas, bila poliblen mempunyai temperatur transisi gelas berada diantara kedua polimer induknya, maka dapat dikatakan poliblen tersebut kompatibel. (Rabek dkk, 1975).
2.15. Bahan Pendispersi. Penambahan bahan pendispersi berfungsi sebagai pelunak dan pembasah pada matriks polimer. Pelunak atau pemlastis merupakan bahan yang ditambahkan kedalam bahan polimer sehingga molekul pemlastis akan berada diantara rantai polimer yang mempengaruhi mobilitas rantai dan menaikkan plastisitas bahan. (Wirjosentono,1993).
Salah satu bahan dasar penyusun lipid simpanan dan lipid struktural adalah asam karboksilat alifatik berantai lurus, baik yang jenuh maupun yang mengandung satu atau lebih ikatan rangkap yang umumnya dikenal sebagai asam lemak contohnya asam stearat, sebuah asam karboksilat linier dengan 18 atom karbon, dengan rumus molekul C17 H
35
COOH, mempunyai berat molekul 284,7, titik leleh 69,60 C, dan
titik didih 376,10 C. (Fessenden, 1984; Page, 1995).
Molekul asam stearat memiliki daerah hidrofobik (benci air) dan hidrofilik (suka air)sekaligus, dua sifat yang saling bertolak belakang, atau mempunyai sifat amfipatik, karena mengandung gugus karboksilat ionik yang hidrofilik pada satu ujung dan rantai hidrokarbon hidrofobik. Dalam suasana air, molekul – molekul stearat secara spontan mengatur sendiri sedemikian agar persentuhan antara gugus – gugus hidrofobik dan air sedikit mungkin, struktur – struktur tersusun untuk memperkecil penyentuhan antara bagian hidrokarbon polar dari ion stearat dan air. Sebaliknya gugus karboksilnya karena bersifat polar, cenderung untuk berhubungan dengan lingkungan sekitar yang terutama terdiri dari air. (Page, 1995; Bahl, 2000).
2.16. Dispersi Bahan Pengisi Dalam Matriks Polimer. Pendispersi pembasah merupakan bahan surfaktan yang bila ditambahkan dalam bahan polimer akan terjadi interaksi fisik antara pendispersi dengan suatu substrak resin polimer melalui gugus non polar dengan permukaan suatu substrak melalui gugus polarnya. Mekanisme pembasahan berlangsung dengan cara interaksi antara pendispersi jenis surfaktan dengan bahan pengisi melalui gugus polarnya dan dengan matriks polimer melalui gugus non polarnya, akibatnya akan terbentuk ikatan yang lebih kuat antara matriks dan bahan pengisi. Pada mekanisme pelunakan, bahan pendispersi merupakan pelunak atau pelarut yang mampu membawa matriks polimer untuk memasuki pori - pori serbuk pengisi,
sehingga akan memperluas permukaan kontak antara matriks dengan serbuk pengisi ( Siregar, 1999). Pendispersi lilin parafin dan minyak kacang kedelai telah digunakan dalam matriks polimer polietilena dengan bahan pengisi tepung ubi kayu. Dilaporkan bahwa tingkat dispersibilitas bahan pengisi sangat tergantung dari sifat pembasahan bahan pendispersi tepung ubi kayu dengan matriks polietilena. (Kietkam Jornwong dkk, 1996). Campuran polimer yang membentuk sistem non polar telah menggunakan berbagai asam lemak dan asam lemak turunannya sebagai pendispersi bahan pengisi magnesium hidroksida, Mg(OH)2, dalam matriks polipropilena. Dilaporkan bahwa gugus polar dari asam lemak berinteraksi dengan permukaan magnesium hidroksida dan gugus non polarnya juga berinteraksi dengan gugus polipropilena. (Hornsby dkk, 1995).
2.17. Poliblen Plastik – Karet. Sifat suatu campuran polimer sangat ditentukan oleh kompatibilisasi komponenkomponen campuran. Tujuan kompatibilisasi campuran polimer adalah untuk mendapatkan campuran dispersi fasa yang stabil dan merata sehingga morfologi dan sifat campuran yang diinginkan dapat tercapai. Secara umum campuran karet (elastomer) dengan termoplastik bersifat tak dapat bercampur. Campuran polimer tak dapat bercampur mempunyai tarikan fisik antar komponen yang lemah pada batas antar fasa, sehingga dapat menyebabkan pemisahan fasa pada kondisi tertentu dan menyebabkan sifat-sifat mekanik campuran kurang baik. Untuk dapat menghasilkan morfologi fasa heterogen yang baik, pencampuran polimer-polimer tak dapat campur memerlukan suatu metode kompatibilisasi. Meskipun tidak dapat menghasilkan campuran
yang
kompatibel
secara
thermodinamik,
namun
penambahan
kompatibilizer dapat membantu menghasilkan morfologi campuran dengan partikel fasa karet yang terdispersi merata dan berukuran kecil dalam campuran.
Banyak metode kompatibilisasi yang telah dikembangkan, antara lain adalah kompatibilisasi campuran polimer dengan metode penambahan suatu kompatibilizer yang dapat meningkatkan adhesi antar fasa. Misalkan suatu paduan antara polimer A (dengan monomer A) dan polimer B (dengan monomer B) ditambahkan suatu kopolimer blok yang terdiri dari monomer A dan B, maka affinitas-affinitas alamiah dari blok-blok tersebut terhadap homopolimernya masing-masing akan bertindak melokalisasi kopolimer pada batas fasanya dan membantu melekatkan fasa-fasa tersebut bersama-sama. Polimer blok yang dipilih sebagai kompatibilizer biasanya adalah yang mempunyai keadaan (sifat-sifat) kimiawi yang mirip dengan komponenkomponen yang ada dalam paduan polimer. Kompatibilisasi dapat juga dilakukan dengan motode vulkanisasi dinamik seperti yang dilakukan untuk campuran Polipropilena-Karet alam (Bahruddin dkk, 2009).
2.18. Bunyi. Bunyi adalah suatu bentuk energi . Bunyi yang kita dengar selalu berasal dari suatu sumber bunyi. Kita dapat mendengar bunyi jika sumber bunyi bergetar. Getaran dari sumber bunyi mengenai partikel-partikel diudara dalam bentuk rapatan dan regangan. Rapatan dan regangan ini merambat melalui zat perantara (udara) sehingga sampai ketelinga kita. Bunyi merambat dalam bentuk gelombang yaitu berupa gelombang longitudinal yang terdiri atas rapatan dan regangan (Giancoli, 2001). Sarat-sarat agar dapat terdengar bunyi: 1. Ada sumber bunyi yang bergetar. 2. Ada zat perantara (medium) yang merambatkan gelombang-gelombang bunyi, dari sumber bunyi ke telinga.
3. Getaran mempunyai frekwensi tertentu ( 20 Hz – 20.000 Hz). 4. Indra pendengar dalam keadaan baik. Bunyi dapat dikelompokkan sebagai berikut: 1. Berdasarkan keteraturan frekwensi getarannya, ada 2 jenis yaitu: a. Nada yaitu bunyi yang frekwensinya getarannya teratur. Misalnya; Gitar, Garputala. b. Desah yaitu bunyi yang frekwensinya tidak teratur. Misalnya; bunyi ombak. 2. Berdasarkan besar kecilnya frekwensi atau batas pendengaran manusia, ada 3 jenis yaitu ; a. Bunyi audio (Audiosonik) Adalah bunyi yang frekwensinya antara 20 Hz – 20.000 Hz. Frekwensi ini adalah batas pendengaran telinga manusia. b. Bunyi infra (Infrasonik) Bunyi yang frekwensinya kurang dari 20 Hz. Bunyi ini tidak dapat didengar telinga manusia tetapi dapat didengar binatang anjing dan jangkrik. c. Bunyi ultra (Ultrasonik) Bunyi yang frekwensinya diatas 20.000 Hz. Telinga manusia juga tidak dapat mendengar bunyi ini, tetapi dapat didengar binatang kelelawar.
2.19. Bahan Peredam Suara dan Kwalitasnya.
Ketika bunyi menumbuk suatu batas dari medium yang dilewatinya, maka energi dalam gelombang bunyi dapat diteruskan, diserap, atau dipantulkan oleh batas tersebut . Pada umumnya ketiganya terjadi pada tingkat derajat berbeda, tergantung pada jenis batas yang dilewatinya. Medium gelombang bunyi dapat berupa zat padat, cair, ataupun gas. Frekuensi gelombang bunyi dapat diterima manusia berkisar antara 20 Hz sampai dengan 20 kHz, atau dinamakan sebagai jangkauan yang dapat didengar (audible range) (Young dan Freedman 2003; Giancoli, 2001). Menurut Lewis dan Douglas (1993) material akustik dapat dibagi kedalam tiga kategori dasar yaitu : 1. Material penyerap. 2. Material penghalang. 3. Material peredam. Pada umumnya material penyerap secara alami bersifat resistip, berserat, berpori atau dalam kasus khusus bersifat resonator aktip. Jenis bahan peredam suara yang sudah sering digunakan adalah bahan berpori, resonator dan panel (Youneung dkk, 2003). Dari ketiga jenis bahan tersebut, bahan berpori yang sering digunakan, khususnya untuk mengurangi kebisingan pada ruangruang sempit seperti perumahan dan perkantoran. Hal ini karena bahan berpori relative lebih murah dan ringan dibandingkan dengan jenis peredam lain. Material yang telah lama digunakan pada peredam suara jenis ini adalah glasswool dan rockwool, namun harganya cukup mahal. Kwalitas dari bahan peredam suara ditunjukkan dengan harga α (koefisien penyerapan bahan terhadap bunyi), semakin besar α maka semakin baik digunakan sebagai peredam suara. Nilai α berkisar dari 0 sampai 1. Jika harga α bernilai 0, artinya tidak ada bunyi yang diserap, sedangkan jika α bernilai 1, artinya 100% bunyi yang datang diserap oleh bahan (Khuriati dkk, 2006; Mediastika, 2009)
Material penghalang yang efektif mempunyai sifat dasar umum yaitu massanya padat. Kebanyakan material penghalang yang efektif juga mempunyai derajat redaman internal yang tinggi, yang secara kualitatip dinyatakan dengan nilai kelemasan. Material peredam biasanya adalah lapisan plastik polimer, logam, epoxy, atau lem yang relatip tipis yang dapat digunakan untuk melapisi suatu benda. Parameter yang digunakan untuk menjelaskan isolasi atau kemampuan menghentikan bunyi adalah koefisien transmisi τ. Koefisien transmissi didefenisikan sebagai perbandingan daya bunyi yang ditransmissikan dengan
melalui suatu material
terhadap daya bunyi yang datang. Semakin kecil nilai transmissinya, maka semakin bagus sifat isolasinya.( Aries, 2007). Nama dagang bahan peredam suara yang beredar dipasaran adalah Acourate mat reasin yang terbuat dari bahan visco elastic polimer yang mampu mengisolasi bunyi dengan cara menyerap energy suara yang merambat pada lantai, dinding, plafond dan pilar juga bahan isolasi suara pada jendela dan pintu. Harga bahan ini diperdagangkan sangat mahal dipasaran berkisar Rp 250.000 / M2 Barikut contoh pemakaian bahan pengisolasi bunyi (suara).
Gambar 2.12. Contoh pemakaian bahan peredam suara pada Televisi.
Gambar. 2.13. Contoh pemakaian bahan peredam suara pada Kulkas.
Gambar. 2.14. Contoh pemakaian bahan peredam suara pada Dispenser. 2.20. Pengujian Koefisien Serap (𝜶𝜶) Bunyi. Pengujian ini menggunakan metode pengambilan data dengan alat tabung impedansi. Penggunaan metode ini untuk menunjukkan sifat serapan gelombang bunyi yang dimiliki oleh sebuah material. Metode ini terutama digunakan didalam penelitian riset ataupun dalam penentuan kualitas bahan untuk pembuatan material dari bahan– bahan yang mempunyai penyerapan suarayang baik. Jika perpindahan gelombang datang yang terjadi pada sembarang waktu, dapat ditunjukkan seperti pada gambar 2.15 dengan persamaan:
d 1 = A sin(ωt − kx)
(2.1) ω = 2 πf dan k = 2π/λ dimana k, λ ,dan f masing-masing adalah bilangan gelombang, panjang gelombang dan frekwensi gelombang, dan harga π = 3,14. Perpindahan gelombang pantulan dapat ditunjukkan pada gambar 2.15 dengan persamaan:
d 2 = RA sin(ωt + kx)
(2.2)
dimana: A =
simpangan maksimum mula–mula
R
koefisien energi pantul gelombang
=
Jadi sebagai akibat perpindahan pada setiap titik diberikan dengan: d = d1 + d 2 = A sin(ϖt − kx) + RA sin(ϖt + kx) = A(1 + R ) sin ϖt cos kx + A(1 − R ) cos ωt sin kx
(2.3)
Gambar 2.15. Perpindahan energi gelombang datang dan gelombang pantul. Dapat terlihat bahwa masing-masing nilai amplitudo maksimum dan minimum adalah A(1 + R) dan A(1 – R). Jika nilai jarak maksimum dan minimum dari amplitudo adalah A1 dan A2 maka: A1 A(1 + R) = A2 A(1 − R)
(2.4)
atau R=
( A1 − A2) = Amplitudo ( A1 + A2)
(2.5)
Energi dapat ditunjukkan sebagai berbanding langsung terhadap amplitudo kuadrat yaitu: Energi = R =
( A1 − A2) 2 ( A1 + A2) 2
R
= sebagian energi yang dipantulkan (refleksi)
α
= koefisien energi yang diserap (absorbsi)
(2.6)
maka:
α + R =1 α =1− R =1− =
( A1 − A2) 2 ( A1 + A2) 2
( A1 + A2) 2 − ( A1 − A2) 2 ( A1 + A2) 2
α =4
A1xA2 ( A1 + A2) 2
(2.7)
Pada Gambar 2.16 menunjukkan bahwa resultan tekanan bentuk gelombang bunyi datang dan gelombang bunyi pantul di dalam tabung impidansi dimana Pmax adalah puncak gelombang dan Pmin adalah lembah gelombang. Sedangkan pada gambar 2.17 menunjukkan pengaturan gelombang
pada alat
percobaan yang telah dilakukan dengan osiloskop.
Gambar 2.16. Resultan bentuk gelombang maksimum dan minimum di dalam tabung impedansi (G. Reethof, 1976)
Gambar 2.17. Jarak Pmax dan Pmin dengan alat osiloskop. Jika perbandingan Pmax dan Pmin atau A1/A2 diukur maka rumus dapat dituliskan dengan persamaan :
α =4
α=
A1 x A2 (1 + A1 / A2) 2
4 (2 + A1 / A2 + A2/A1)
(2.8)
dimana: A1 (Pmaks)
= Jarak puncak gelombang ke base line (cm)
A2 (Pmin)
= Jarak lembah gelombang ke base line (cm). (Doelle, 1993)
2.21. Sifat Tegangan Regangan.
Sifat-sifat mekanik pada polimer dapat dinyatakan dalam beberapa parameter yaitu modulus elastisitas (modulus young), kuat tarik (tensile strengh), kuat benturan (impact strength) dan kuat lelah (fattyque strength) untuk bahan polimer, parameterparameter mekanik tersebut dapat diperoleh dari kurva tegangan regangan. Sifat tegangan regangan polimer sangat dipengaruhi oleh laju deformasi (laju regangan) suhu dan lingkungan adanya air, oksigen dan pelarut organik. Pada umumnya penurunan laju deformasi sama dengan laju peningkatan temperatur terhadap sifat tegangan regangan yaitu bahan menjadi lebih lunak dan lebih rapuh. Tegangan dan regangan memiliki perbedaan arti dalam hal mekanika tegangan normal merupakan gaya tegak lurus persatuan luas sedangkan regangan merupakan hasil perpanjangan.
Secara umum kurva tegangan regangan bahan polimer dapat digambarkan sebagai berikut:
Tegangan putus
Tegangan
Perpanjangan Lumer
Kuat tarik
Tegangan lumer
Regangan
Gambar 2.18. Kurva tegangan regangan bahan polimer.
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) (Wirjosentono dkk, 1995). σt =
Fmaks Ao
(Kgf/mm2)
(2.9.)
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 2.10. (Surdia, 2005). ε
=
l−lo lo
x 100 %
(2.10.)
keterangan : ε = kemuluran (%) l0 = panjang spesimen mula-mula (mm) l = panjang spesimen saat putus (mm)
2.22. Uji Impak.
Pengujian impak merupakan suatu pengujian yang mengukur ketahanan bahan terhadap beban kejut. Pada uji impak terjadi proses penyerapan energi yang besar ketika beban menumbuk specimen. Energi yang diserap ini dapat dihitung dengan menggunakan prinsip perbedaan energi potensial. Dasar pengujian impak ini adalah penyerapan energi potensial dari pendulum beban yang berayun dari suatu ketinggian tertentu dan menumbuk benda uji sehingga benda uji mengalami
deformasi.
Banyaknya energi yang diserap oleh bahan untuk terjadinya perpatahan merupakan ukuran ketahanan impak atau ketangguhan bahan tersebut.(Surdia, 2005) Pengujian ketangguhan berdasarkan prinsip hukum kekekalan energi yang menyatakan bahwa jumlah energi mekanik konstan, pendulum dilepas dengan ketinggian h1 dari pusat benda uji yang bersudut α dan setelah menabrak benda uji palu mengayun sampai ketinggian h2 dari pusat benda uji bersudut β. Pada kondisi
ini energi kinetik Ek1 dan Ek2 sama dengan nol karena kecepatan V1 dan V2 sama dengan nol. Maka besarnya energi potensial adalah Ep1 = mgh1 dan Ep2 = mgh2. Jadi tenaga yang diserap oleh benda uji adalah : ∆ E = Ep1 – Ep2
(2.11)
∆ E = GR ( cos β - cos α)
(2.12)
Harga Ketangguhan bahan K =
∆𝐸𝐸 𝐴𝐴
(kJ/m2)
(2.13)
R = Jarak antara titik berat dari pendulum ke sumbu putar 0 α = sudut awal sebelum diberi specimen β = sudut akhir setelah di pasang specimen ∆E = tenaga patah (kJ) A = luas penampang (m2) G = berat pendulum.
2.23. Daya Serap Air (DSA).
Daya serap air merupakan bagian proporsi volume rongga kosong dalam suatu sampel yang berhubungan langsung dengan kerapatan dari sampel. Pengukuran DSA bertujuan untuk mengetahui besarnya persentase air yang diserap oleh sampel yang direndam selama 24 jam berdasarkan ASTM C-20-00-2005. Daya serap air dihitung menggunakan persamaan dibawah ini : Daya Serap air (DSA) % =
𝑀𝑀𝑀𝑀 −𝑀𝑀𝑀𝑀 𝑀𝑀𝑀𝑀
x 100%.
(2.14)
Sampel ditimbang dalam keadaan kering ( Mk), kemudian direndam dalam air selama 24 jam dan diambil lalu diletakkan dalam kertas tissue lalu ditimbang yang merupakan berat basah (Mj) . Semakin rendah daya serap air, maka semakin baik kualitas material yang dihasilkan.
2.24. Persentase Ikat Silang.
Mekanisme yang paling tepat dalam menurunkan kebebasan molekul adalah ikat silang (chemical crosslingking) yang mengikatkan bersama rantai-rantai polimer untuk membentuk suatu jaringan. Istilah curing dipakai untuk menunjukkan proses ikat silang, tetapi pada dasarnya diringkas menjadi dua kategori:
(1) Pengikat silangan selama polimerisasi melalui pemakaian monomer-monomer polifungsi sebagai ganti dari monomer difungsi, (2) Ikat silang dalam suatu tahap proses yang terpisah setelah terbentuk polimer linier atau bercabang (Stevens, 2001). Persentase ikat silang dalam karet dapat ditentukan dengan metode sokletasi. Sokletasi adalah suatu metode pemisahan suatu komponen yang terdapat dalam zat padat dengan cara penyaringan berulang-ulang dengan menggunakan pelarut tertentu. Pelarut dimasukkan ke dalam labu alas, kemudian sampel dibungkus dengan kertas saring dimasukkan ke dalam tabung sokletasi. Kemudian labu dipanaskan dan pelarut akan menguap pada suhu mencapai titik didih, sehingga uap pelarut melewati pipa soklet dan akibat adanya pendinginan yang dilakukan kondensor maka uap pelarut berubah wujud menjadi cair dan merendam sampel yang ada didalam tabung soklet, setelah sampel terendam, pelarut akan turun ke labu alas kembali melalui pipa kapiler alat soklet. Sokletasi ini dilakukan selama 8 jam. Kemudian sampel dikeringkan sampai pelarut menguap pada temperatur ruangan, dan hasilnya ditimbang.
Persentase ikat silang dalam campuran kemudian dihitung dengan rumus sebagai berikut : Persentase ikat silang = D1 (g) × 100% D2 (g)
(2.15)
Dimana D1 (g) dan D2 (g) adalah berat sampel setelah dan sebelum sokletasi. Persentase Ikat silang yang dihasilkan menandakan adanya interaksi yang kuat antara komponen campuran (Surdia, 2005).
2.25. Analisis Thermal dengan DSC. DSC merupakan tenik analisa yang banyak digunakan untuk mendeteksi efek thermal yang disertai dengan perubahan kimia maupun fisika dari bahan sebagai fungsi dari temperatur dengan kecepatan pemanasan konstan. Sistem kordinat DSC menggambarkan perbedaan antara temperatur dengan temperatur pembanding (Rabek, 1975).
Eksoterm
Oksidasi
Endoterm
∆T
Kristalisasi
Leleh Transisi Gelas Dekomposisi
Temperatur
Gambar 2.19. Pola Umum Kurva DSC Fenomena-fenomena yang digambarkan oleh kuva diatas yaitu transisi orde pertama memberikan puncak yang sempit. Transisi ini diakibatkan oleh konfigurasi struktur. Transisi orde kedua atau transisi gelas menggambarkan perubahan yang curam dan kurva transisi ini memperlihatkan perubahan yang curam dan kurva transisi ini memperlihatkan perubahan sifat fisika polimer dari kaca menjadi kenyal. Reaksi kimia seperti polimerisasi, oksidasi dan ikatan silang menghasilkan puncak yang lebar.
2.26. Analisis FT.IR ( Fourier Transform Infrared Spectroscopy ). Pengujian secara spectroscopy infra merah merupakan metoda yang sangat luas digunakan untuk karakterisasi struktur molekul polimer, karena memberikan banyak informasi. Perbandingan posisi adsorpsi dalam spectrum infra merah suatu sampel polimer dengan daerah absorpsi karekteristik, menunjukkan identifikasi pada keberadaan ikatan dan gugus fungsi dalam polimer. (Rabek, 1975). Pita serapan yang khas akan ditunjukkan oleh monomer penyusun material dan struktur molekulnya (Hummel, 1985). Sampel yang digunakan untuk analisa dapat berupa padat, cair dan gas. Metoda penyiapan untuk polimer antara lain melarutkan polimer ke dalam suatu pelarut seperti karbon bisulfida, karbon tetra klorida atau kloroform, pembuatan film transparan dan metode pellet Kbr. Hubungan kuantitatif antara konsentrasi (C) dan absorbsi (A) pada spektroskopi infra merah diberikan oleh persamaan Lambert – Beer : A = εCL ε = Absorbsifitas molar
(2.16)
L = Tebal sampel (jarak yang ditempuh sinar IR yang menembus sampel) Hubungan intensitas radiasi, absorbansi (A) didefenisikan sebagai : A = log lo/l
(2.17)
lo = Intensitas radiasi sebelum melewati sampel l = Intensitas radiasi setelah melewati sampel Untuk mengukur serapan gugus dari serapan spectrum infra merah digunakan cara dasar tangen. Seperti terlihat pada gambar 2.20 dengan menggunakan metode garis dasar garis AC, maka harga lo adalah panjang BE dan I = DE, seperti pada gambar 2.20 sehingga harga absorbansi adalah :
A = log
BE
(2.18)
DE
Hal ini dilakukan mengingat transmisi 100% tidak pernah dicapai karena adanya serapan dari medium (serapan latar belakang). 100
Transmitansi (%)
A
B
C
Serapan Latar belakang
D E 0 Bilangan gelombang (cm-1)
Gambar 2.20. Pengukuran absorbansi dan transmitansi dan spektrum IR 2.27. Pengujian Koefisien Penyerapan.
Peralatan yang digunakan untuk mengukur koefisien serap bahan adalah tabung impedansi dengan standarisasi ISO 10534-2 dan ASTM E1050-1990. Diagram rangkaian alatnya seperti ditunjukkan gambar 2.21.
Gambar 2.21 .Diagram alat pengukuran koefisien absorbansi dengan tabung Impedansi.
Rangkaian alat terdiri dari : Acoustic material testing 3560C-S29 untuk menganalisa sinyal yang diterima mikrofon. 1. Power Amplifier 2716C: Untuk menguatkan gelombang bunyi.
2. Impedance Tube kit 4206: Sebagai tempat pengukuran koefisien serapan sampel. 3. Komputer: Untuk mengolah dan menampilkan data pengujian. Sumber bunyi dihasilkan Acoustic Material testing, dikuatkan oleh power amplifier, kemudian diteruskan ketabung impedansi. Interferensi bunyi yang terjadi ditangkap oleh kedua migrophon, dianalisa oleh Acoustic Material testing dan diolah serta ditampilkan oleh computer.
