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 PUtuSmengalami 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 polyethylene, 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 katau dipanaskan. sehingga mudah dibentuk. Polietilen komersial ada tiga macam, yaitu polietilen densitas tinggi (HOPE), polietilen densitas rendah (LDPE), dan polietilen linier densitas rendah (LLDPE). Ketiga polietilen tersebut berbeda struktur linier dan densitasnya. 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 berdimensi tiga menjadi polimer yang lebili kuat dan membuat 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 silang padapolimer iradiasi. Hal ini sebagai upaya modifikasi polimer dengan teknik iradiasi. Dalam makalOOini
dilaporkan bahwa kompon LDPE mengandung antioksidan, carbon black sebagai filler maupun antisinar ultraviolet dan SbP3 untuk penghambat nyala api. Hasil iradiasi berkas elektron kompon LDPE berguna untuk industri kabel, yaitu untuk bahan isolasi kabel yang tahan panas daD tahan tegangan tinggi. Dalam hal ini dilaporkan basil radiasi berkas elektron terhadap kompon LDPE khususnya mengenai pengikatan silang daD sifat mekanik. BAHAN DAN METODE Bahan. Pelet polietilen densitas rendOO(LDPE) malen-E (produksi Polandia) dengan densitas 0,918, antioksidan 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 plastomill" temperatur 130°C selama 10 menit, kecepatan pufaraD pisau 60 rpm begitu pula kompon B dengan mencampur 30 gram pelet LDPE dengan 11,18 gram Master '1"
Aplikasilsotop
dan Radiasi. 1996
Bath. Sedang kompon C dibuat dengan 40 gram pelet dicampur 1% carbon black dan 0,2% antioksidan serta 2% SbP3' Kondisi pencampuran kompon sarna dengan seperti 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, China). lradiasi dilakukan pada tegangan 2 MeV, dengan kuat arus sebesar 1 mA, pengukuran laju dosis dengan dosimeter CTA. Dosis iradiasi 100, 200, 300, 350, 400, 450, dan 500 «Gy. Pengujian Sifat Fisik Mekanik Film LDPE. lradiasi terhadap film LDPE menimbulkan pemutusan maupun pembentukan ikatan antara molekul molekul LOPE daft mengakibatkan perubahan sifat fisik clan mekaniknya. Pengujian metiputi: Fraksi Gel. Setengah gram sampel film dimasukkan 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 selama 1 jam, kemudian dimasukkan ke dalam eksikator ditimbang sampai berat tetap (W.). Fraksi gel dihitung menurut rumus berikut:
.
W-W G(%)
=
k
x 100%
WI-Wk
Tegangan Potus daft Mulur Potus. Tegangan puius diukur menu rut standar ASTM 1721-91 W. Pengukuran 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 sampel b = lebarsampel Mulur putus EBdihitung menurut rumus berikut L-L ° EB
=
L.
dimana: L
= perpanjangan mulur sampel pada saat beban
maksimum, yaitu sampel porus Lo = panjang sampel awal 36
BASIL DAN PEMBAHASAN Fraksi Gel. Fraksi gel adalah bagian yang tidak larot dari sampel setelah diekstraksi dengan pelarot selama 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 berikatan silang atau berdimensi tiga (1). Struktur berdimensi tiga ini memitiki sifat sukar larut dalam pelarot, khususnya pelarot yang mampu melarotkan LDPE dengan struktor tinier (tanpa iradiasi). Selain ini, struktur berikatan silang tersebut akan mempunyai sifat mekanik yang lebih kuat dibandingkan dengan struktur tinier. Secara skematik pengikatan silang tersebut digambarkan sebagai berikut:
radiasi e ::;.
Molekul LDPE tinier
I
:
I
:
I
:
I
Ikatan silang
Pada Gambar 1 ditunjukkan Fraksi gel (%) yang dihasilkan daTi kompon LDPE iradiasi. Sebagaimana dapat ditihat 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 dosis 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. Pengusangan 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 meningkatkan tegangan pulos, ini disebabkan struktur molekul 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 meleleh 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 komersial. Perubahan tegangan POlUSsebelum dan sesudah pengusangan 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 iradiasi berkas elektron akan tetap mempunyai harga tegangan putus To, meskipun harga tegangan 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 iradiasi. Hal ini karena perubahan suat fisik kompon tersebut menjadi kaku atau sifat kekakuan meningkat akibat tetjadinya pengikatan silang (3). Harga mulur putus sebelum dan sesudah pengusangan mengalami perubahan sekitar 17--45%, pada dosis iradiasi 200-500 kGy dari kompon tersebul.
80
70
60
50
i
L0
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%.
-} )0
b::
20
,-
m
0
-
Kompon
m
Kompon C
.
,-
Kompon. A
.A.
R
10
UCAPAN TERIMA KASm 0
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).
loa
200
300
400
500
Oasis iradiasi (kGy) Gambar 1. Efek dosis iradiasi terhadap fraksi gel (%)
DAFfAR PUSTAKA 1. YONEBO TABATA, Radadiation industrial crosslinking, Radial. Phys., Chern. 14 (1979) 235.
200
2. ANONYMOUS, New route to LOPE, Chemical Engineering, 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 dengaDradiasi gamma". Seminar Himpunan Polimer Indonesia, Hotel Indonesia, Jakarta (1995). 5. WffiISONO, A., Studi pembuatan pembungkus kabel listrik dengan cara radiasi pengikatan silang polietilen, Karya Utama Satjana Kimia, FMIPA-Jurusan Kimia, UI, Oepok (1992). 6. BERNET JR., E.R., Application of radiation to industrial wires and cables, Radial. Phys. Chern. 14 3-4 (1989) 947.
160
-, ,
~ U
~ ~ , '" E! :::I
~
120
~ """"'"
.0'-"
.
.' .
..
~
's
Q. 80 = C':S
~ C':S ~
f-
40
a
o-
.. EJ 0
..- Kampan B Kampan C Kompan
100
fl.
200
300
400
50(
Oasis iradiasi (kGy)
Gambar 2. Efek dosis iradiasi terhadap tegangan putus (kglcm2)kompon LOPE iradiasi
37
Apl;kas; Isotop dan Radias;,
1996
700 200
600
1-
160
500
1-20
~ '-"
......
Me ib
c
80 I
c. 40'
0 = 0 = =
~Q..
Kompon A Kompon B Kompon
400~
... ~
;; ~
C
" ,
~
,I
6. = KampaI'. A 0 = KampaI'. B 0 = KampaI'. C
1-
bI) Q) f-o
~
3O0~' 200
100 0 200
:3'00
500
4'00
0
Dosis iradiasi (kGy)
200
300
400
500
Dosis iradiasi (kGy) Gambar 3. Efek dosis iradiasi terhadap tegangan putus kompon LDPE iradiasi setelah pengusangan 121°C, 168 jam
Gambar 5. Efek dosis iradiasi terhadap mulur putus
kompon LDPE iradiasi setelah pengusangan 121°c. 168 jam
500
400
~ '-" '"
§Q..
300
.-
...
.a
~
6. = KampaI'. A = KampaI'. B 0 = KampaI'. C
a
200
100'-
,,0 0
.00
;'00
300
400
500
Dosis iradiasi (kGy)
Gambar 4. Efek dosis iradiasi terhadap mulur putus (%) kompon LDPE iradiasi
38
Aplika.
DISKUSI
HER WIN ARNI
HENDRI F.W.
1. Mengapa ditambah antioksidan Irganox 1076 bukan lonal Nonox? 2. Analisis fraksi gel pada dosis 300 kGy adalah 76%, apakah %-maksimum untuk konversi berapa %?
I. Apa fungsi penambahan SbP3 dalam percobaan? 2. Apa yang dimaksud dengan (waktu) pengusangan?
ANIK SUNARNI 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
I. Fungsi SbP3 adalah bahan aditif untuk mencegah agar kompon tersebut tidak mudah terbakar. 2. Waktu pengusangan adalah waktu yang diperlukan untuk mengetahui sifat sampel tahan terhadap oksidasi, panas.
YANTI SABARINAH
Apakah fungsi antioksidan Irgonox 1O76? ANIK SUNARNI
Dari data fraksi gel daD tegangan putus (Tb) atau perpanjangan putus (Eb) atau notasi lain yang Anda pakID, dapatkah Anda menjelaskan mengapa terjadi penurunan Tb (Eb) pada dosis radiasi di atas 300 kGy?
Antioksidan Irgonox 1076 adalah suatu zat dalam aditif untuk mencegah terjadinya oksidasi atau juga disebut stabilizer, dengan rumus bangung sebagai berikut: ANIK SUNARNI OH I
(C~)3C-
0
-C(C~)3
ckz -CHz -
g-
0
- C1sHz7
Okta aecyl 3 - (3,5 - di - terbutyl) - 4 - hydroxy phenyl propionate.
Terjadinya penurunan tegangan putus pada dosis di atas 300 kGy ialah karena dengan dosis semakin tinggi, maka struktur ikatan silang mengalarni perubahan fisik, kompon A, B, daD C mengalami proses perapuhan, sehingga tegangan putus turun.
