Pene/i/ian don Pengembangan Ap/ikasi Is%p
don Radiasi, 1998
EFEK MONOMER POLIFUNGSIONAL PADA SIFA T FISIK BAHAN PVC IRADIASI
ABSTRAK EFEK MONOMER POLIFUNGSIONAL PADA SIFAT FISIK BAHAN PVC IRADIASI. Telah dilakukan penelitian tentang studi sifat fisik PVC iradiasi yang ditambah monomer polifungsional. PVC dicampur dengan monomer polifungsional dengan konsentrasi 0,10,15 clan20 psr clan DOP sebagai plastizer, dibuat film dengan mesin tekan panas pada suhu 1800C, tekanan 10 kgicm2 selamatiga menit, kemudian diiradiasi dengan mesin berkas elektron dengan energi percepatan2 MeV clan kuat arus 1 ntA pada dosis 0-200 kGy. Duajenis monomer polifungsional yang ditambahkan: Trimetilol propene tri-akrilat (TMPTA) clan Trimetilol propene tri-metakrilat (TMPTMA). Pengikatan silang pada PVC iradiasi dapat dilihat dari uji fraksi padatan clanteganganputusnya. PVC tanpa penambahan monomer polifungsional tidak terbentuk gel sampai dosis 200 kGy, tetapi dengan penambahan monomer 15 psr dapat memberi traksi padatanyang tertinggi yaitu sekitar 70% untuk kedua monomer yang digunakan. Monomer polifungsional TMPTMA terlihat sedikit lebih baik dibandingkan dengan monomer TMPTA, karena adanya gugus metil.
ABSTRACT THE EFFECT OF POLYFUNCTIONAL MONOMER ON THE PHYSICAL PROPERTIES OF IRRADIATED PVC. The study of physical properties of irradiated PVC in the presence of polytunctional monomers have been studied. The PVC powder were mixed with the monomer (0, 10, 15, and 20 phr), and DOP as plastisizer. The films were made by hot press machine at 1800C and the pressure of 10 kgicm2 for 3 minutes. The films were irradiated by electron beams of 2 Me V acceleration energy and beam current of I rnA at the variation doses of 0-200 kayo Two kinds of polytunctional monomers were added: Tri-methylol propene tri-acrylate (TMPTA) and Tri-methylol propene tri-methacrylate (TMPTMA). The effect of PFM was observed from the gel traction and the mechanical properties. The irradiated PVC without polifunctional monomers does not crosslinked up to 200 kay, but with 15 phr of monomer the gel was already formed more than 70 % tor both of monomers. The addition of TMPTMA monomer were better than TMPT A monomer, due to the presenceof the methyl group.
PENDAHULUAN Polivinil khlorida (PVC) mulai diproduksi secara komersial sejaktallilll 1950 daDpada tallun 1985 menempati urotan kedua terbesar didunia untuk volume produksi tennoplastik. PVC adalah polimer dengan satuan pengulangan -CH2 -CHCI, daD tanpa adanya sejumlah aditif penggunaamlya sangat terbatas, oleh sebab itu resin PVC harus di modifikasi dengaIl cara menambaIlkan suatuaditif. Penambahan aditif pada formulasi PVC disamping untuk mempennudah pengolahannya, juga sangat penting untuk mendapatkan sifat fisik yang optimal pada produk akhir daTi formulasi PVC yang dikehendaki. Polimer PVC mempunyai jangkauan aplikasi yang luas, bermacammacam kegunaan polimer PVC tennodifikasi diantaranya; untuk material banglman, pipa tahan panas, selubung luar kabellistrik daD lain-lain. Pengikatan silang pada PVC tidak akan terbentuk tanpa adanya monomer polifungsional (I), maka keberadaan monomer polifungsional sangat berperan bagi upaya terjadinya ikatan silang sebagai "Crosslink agent". Pengikatan silang pada PVC dapat dilakukaIl dengan teknik radiasi, sedangkanjenis monomer yang digunakan adalah suatu senyawa yang mempunyai gugus fungsi metacrylate daDacrylate (2).
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penamballan "Crosslink agent" pada PVC yang diiradiasi dengan mesinberkas elektron, guna mendapatkan PVC berikatan silang yang mempunyai sifat fisik optimum pada pemakaiannya.
TATA KERJA Bahan. Polivinil khlorida (PVC) yang digunakan pactapenelitian ini adalah PVC berbentuk bubuk, plastisizer yang dipakai DioCtyl phtalate (DOP). Dua jenis monomer polifungsional yang ditambahkan pactapercobaan ini adalah
TMPTA (Tri-methylolpropenetri-acnylate) 0 c~ -C -CH = CH2 C H -C -CH 0 -C -CH = CH 2
5
2
I
~
c~o -C -CH = C~ 0
2
Penelitiandun Pengembangan Aplikasi lsolOpdun Radiosi,1998
TMPTMA (Tri-methylolpropenetri-metacrylate) CH2O
-C
-C=
0
CH,
CH
I C2HS -C
-CH2
I c~o
-0
-C
-C
= CH;
II I
0 C~ -c -C = CH2
0 c~ Tri-methylol
propene tri-metacrylate
(TMPT) dan Tri-
metllylol propene tri-acrylate (TMPT A), sedangkanpelantt yang digunakan adalah Tetrahydrofuran (THF). Peralatan. Alat yang digunakan adalah rol penggi]ing panas, mesin tekan panas dan dingin untuk membuat lembaran film PYC, mesin berkas elektron 2 Me Y dengan kuat ants I mA,serta alai uji tarik merk INSTRON ]]22. Pembuatan kompon daD iradiasi. Bubuk PVC sebanyak 60 gram dicampur dengan bahan-ballaD lain seperti DOP daD monomer polifungsional dalam gelas beaker, kemudian campuran tersebut digiling dengan penggiling panas pada suhu 1900C selama 10 meDii. Hasil gilingan tersebut dibuat film dengan mesin tekan panas hidrolik pada suhu 1800 C dengan tekanan 10 kgicm2 selanm3 menit. Film PVC yang dihasilkan diiradiasi dengan mesin berkas elektron 2 MeV dengan kuat arus ImA pada dosis 0,50, 100, dan 200 kGy. Uji fraksi padatan. Pengujian fraksi padatandapat memberikan infonnasi seberapa besar derajat pengikatan silang yang terjadi karena radiasi daD pengaruh daTi monomer polifungsional. Kawat kasa dipotong-potong lalu ditimbang (W 0)' lalu sampel dimasukkan dalam kawat kasa daDditimbang (W I) .Sampel diekstrasi dengan pelarut tetrahydrofuran pada suhu 600 C selama 24 jam, setelah itu dikeringkan pada oven vakum pada suhu 500 C kemudian ditimbang sampai berat tetap (W J. Perhitungan fraksi padatan sesuai dengan persamaan sebagai berikut : FP (%) = (W 2 -W 0) / (W I -W 0) x 100 % Pengujian sifat fisiko Pengujian tegangan putus daD perpanjangan putus pada PVC yang diiradiasi diukur dengan menggunakan alai INSTRON 1122. Uji pengusangan. Untuk melihat ketahanan sampel film PVC terhadap suhu tinggi dilakukan uji pengusangandengan menggultakan "Gear oven" pada suhu 1210C selama 7 hari, setelah dikondisikan pada suhu ruang tegangan putus dan perpanjangan putusnya diuji.
RASIL DAN PEMBARASAN Pengujian fraksi padatan (gel fraction) dapat memberikaninformasi seberapabesarderajatpengikatan
silang yang terjadi akibatinteraksinya dengan energi radiasi, yaitu interaksi antara PVC dengan monomer polifungsional yang ditambahkan. Struktur jaringan tiga dimensi yang dibentuk oleh PVC berikatan silang dapat menurunkan sifat kelarutannya selama ekstraksi. Semakin besarjumlah ikatan silang yang terjadi, semakin besar fraksi padatannya,berarti kelarutannya semakin kecil. Gambar I menunjukan pengaruh dosis terhadap fraksi padatan pada PVC dengan dengan monomer TMPTMA, Pada PVC tanpa penambahan monomer tidak terbentuk gel sampai pada dosis 200 kGy, semuanya larut selmna ekstraksi tetapi setelah ditambahkan monomer muIai terbentuk gel sekitar 40 % pada dosis 50 kGy. Dengan bertambahnyadosis gel yang terbentuk semakin meningkat, hal ini terjadi pada ketiga konsentrasi monomer yaitu 10, 15, daD 20 psr. Dari data tersebut dapat terlihat bahwa dengan konsentrasi monomer 15 psr pada dosis 200 kGy , fraksi padatan mencapai titik yang tertinggi yaitu sekitar 70%. Gambar 2 Pengaruh dosis terhadap fraksi padatan pactaPVC dengan TMPT A, terlihat pactadosis 50 kGy daD 100kGy terbentuknya gellebih rendah dibandingkan dengan penambahan monomer TMPTMA, tetapi pacta dosis 200 kGy nilai fraksi padatan relatif sarna. Hal ini mungkin disebabkan karena gugus fungsi metakrilat sedikit lebih reaktif sehingga lebih cepat bereaksi pacta dosis 50 kGy dibanding dengan gugus fungsi dari akrilat, karena pacta monomer TMPTMA terdapat gugus metil yang dapat menstabilkan radikal yang terbentuk. Berdasarkan literature TMPTMA mempunyai persen reaksi yang terjadi sebesar 80,1 %, sedangkan TMPT A sebesar 78,6 % daD jumlah rata-rata ikatan C = C yang bereaksi pacta TMPTMA 2,40, sedangkanpactaTMPT A sedikit lebih keci1 yaitu 2,36 (5). Gambar 3 daD 4 menunjukkan basil pengukuran tegangan putus pada PVC berikatan silang, tanpa adanya monomer tegangan putus tidak meningkat dengan kenaikan dosis radiasi, ini disebabkan karena tidak terjadinya ikatan silang pada PVC. Dengan penamballan monomer derajat ikatan silang meningkat oleh sebab itu tegangan putusnyapun meningkat dengan kenaikan dosis radiasi. Konsentrasi monomer 15 psr pada dosis 200 kGy dapat memberikall nilai teganganputus tertinggi yaitu sebesar300400 kgicm\ baik untuk PVC dengan monomer TMPTMA maupun TMPT A. Pada Gambar 5 daD 6 terlihat bahwa perpanjangan putus menurun tidak terlalu tajam, perpanjangan putus menurun dengan meningkatnya dosis radiasi. Pengikatansilang dapat mengakibatkan bahan menjadi kaku dan keras, sehingga bahan akan mudah putus. Pengusangan bahan PVC iradiasi, Tabel I menuqjukan pengukuran tegangan putus setelah pengusangan. Ternyata PVC yang diiradiasi pacta50 kGy tidak tahan terhadap pengusangan, hal ini berarti pengikatan silang yang terjadi belum sempurna. Sedangkanpactadosis 100 kGy dan 200 kGy bahan masih dapat bertahan. tetapi tegangan putusnya bertambah tinggi dan tidak mempunyai perpanjangan put us, hal ini disebabkanbahan menjadi keras daD kaku sehingga mudah patah.
Pene/i/iandon Pengembangan Ap/ikasi Isa/op donRadios;. /998
KESIMPULAN
2. H.K. ZHANG, "Formulation of radiation-crosslinked wire and cable insulation", Regional training courseonRadiationCrosslinkingTechnology(1990).
Dari basil percobaan yang telah dilakukan dapat di simpulkan sebagai berikut: 1. Pengikatan silang pada kompon PVC iradiasi dapat terbentuk dengan adanya monomer polifungsional. 2. Kompon PVC iradiasi yang berikatan silang dapat menaikkan sifat fisiknya. 3. Monomer polifungsiolml TMPTMA sedikit lebih reaktif dibandingkan dengan monomer TMPT A.
3. ZULKAFLI GHAZALI, "Radiation crosslinking of polymerin the presenceof PFM",JAERI-Memo03179 (1991).
4. RIZKI AGUNG, M., Pengikat silang PVC dengan menggullakan tehnik radiasi Gamma, Karya Utarna Sarjana Kimia, ill Depok (1994).
UCAPAN TERIMA KASm
5. JAMES E. MOORE," Calorimetric Analysis of UV curable system, UV curing scince and technology" , Vol II (1980).
Penulis mengucapkan terima kasih kepada rekanrekan yang telah membantu penelitian ini, daD dana penelitian ini dibiayai oleh RUT 1.1
6. DR. R.HALMAN BSc, Ph.D and DR. P, OLDRING Ph.D, BA, "Diluents", UV and EB curing fonnulation for printing Inks, Coating and Paints, ChapterIII (1988).
DAFfARPUSTAKA 1. SUN JIA ZHEN, "New trend of polymershapememory material", Regional training course on Radiation Crosslinking Technology(1990).
Tabel Teganganputussetelahpengusangan Dosis (kGy)
/
PVC + TMPTMA
PVC + TMPT A
MPF (psr)
0/0 0/10 0/15 0/20 50/0 50/ 15 50/20 100/ 0 100/ 10 100/ 15 100/20 200/ 0 200/ 10 200 / 15 200/20
-
-
884 863 873 856 616 738
788
884 896 807 874 616 832 869
747
1054
Keterangan: MPF : Monomerpolifungsional
rene/irian don F'engembangan Aplikasi Isoropdon Radiasi,1998
80
~ ~
c
60
~
+.>
~
'tj
~ A
40
I/)
~ ~
~
~
20
0 0
50
100
150
200
DOSIS IR1\DIASI,
kG,.
Gambar Pengaruhdosisterhadapfraksi padatanpadaPVC + TMPTMA O=IOpsr, ~=15psr, O=20psr
~ ~
~ Cf
~ Cf '0 (f
~ .,..I CI2
~ (f
~
er..
0
50
100
1~0
DOSIS
IRADIASI
200 I kGy
Gambar 2. Pengaruh dosis terhadap fraksi padatan pactaPVC + TMPTMA
~
Pene/itiandan Pengembangan Ap/ikasi lsotop danRadiosi. /998
400 C\J
i:! CJ
~ .!r.
..
UJ
~ ~
~
~
200
~ " ~
~
t1 bl &J
~
100
0 0
,0
100
150
200
00518 1RADIASI, kGy GambaT3. Pengaruh dosis teThadaptegangan putus pactaPVC + TMPTMA .= 0 pST, 0 = 10 pST, tJ.= 15 pST, 0 = 20 pST.
N £i (., U;;
..'.: ~ (/j
~
~ ;::s ~
~ cf
1.0
~ cf
bO t)
f~
0
50
100
150
00818 IRADJASI,
200
kGy
Gambar 4. pengaruh dosis terhadap tegangan putus pactaPVC + TMPTMA
.
-.--'-ll
Pene/ilion don Pengenlbongon Aplikasi /sotop don Rodiasi, /998
,~ 300~ [ ~ ~ 200 ~ :3
t
~ ~ A.
.~-:
~ ~
t-lJ
~
~ 100 ~
"
A H
C)
&l4
0 0
50
100 DOU "1 U'"
150 T R -" ..,..1,
1 }~~, "' 1
200 kGy .
Gatnbar 5. Pengaruhdosis terhadapperpanjangan putus pada PVC + TMP1MA
~ ~ UJ :j
,..,
~ ~
~tW ~ ~ ~ .~
~
tW
~
M
.,
I:l.
r{,S1S IR!..L'IASI, kGy Grunbar 6. Pengaruhdosis terlmdap pelpanjangan putus pactaPVC + TMPTMA
Peneliliandan Pengembangan Aplikasi lsolop danRadiasi. /998
DISKUSI NAZLYHILMY
SUGIARTODANU
1. Apa tujuan penelitian ini ? 2. Mengingat PVC mudah terurai oleh iradiasi dan digrafting juga denganmonomerpulifungsionaluntuk tujuanapa '7 3. Jika tujuan untuk mencari PVC yang tahan radiasi, jelaskanmengapaAnda melakukanpenelitianini ?
Pada penambahan monomer polifungsional sebanyak10psr mempunyaifraksi padatanberadadiantara penambahan 15 daD 20 psr. Bagaimana penjelasan hubungan antara fraksi padatan dengan konsentrasi monomeryang ditambahkan? ISNI M.
ISNI M. 1. Tujuan akhir penelitian ini adalah untuk produk selubung kabel listrik. 2. Tujuannya bukan grafting, tetapi Crosslinking, karena PYC tanpa penambahan monomer polifungsional tidak dapat terbentuk ikatan silang selama iradiasi. 3. Tujuannya bukaIl untuk mencari PYC yang tahan radiasi, tetapi mendapatkan PYC berikatan silang yang milan panas.
ZUBAIDAH lRAWATI Padatata kerja, metodeSiapayang diacu dalam pembuatansampel.Apakahmerupakanpenemuansendiri, modifikasi, dsb.? ISNI M. Pernbuatan sarnpel dilakukan berdasarkan percobaan yang kanli lakukan di laboratorium daD juga mengacupada Balai Besar Kulit daD Plastik di Yogyakarta.
Kemungkinanpada waktu prosespencampuran PVC dan monomerpolifungsional20 psr tidak homogen daDkemungkinanbanyakyang keluar (hilang), sehingga menyebabkan kandunganmonomerpada PVC berkurang yang mengakibatkanikatan silang yang terbentuk lebih kecil, maka % fraksi padatannyalebih rendah daripada konsentrasiMPF 10 daD 15psr. SUDRAJAT ISKANDAR I. Kenapa yang di pilih monomer TMPT A daD TMPTMA ? 2. Tujuan akhir penelitian Uluuk membuat apa '1 ISNI M.
1. Dipilih monomer TMPTMA daD TMPTA, karena monomertersebutmempunyaitiga gugusfungsi. 2. Tujuan akhir penelitian ini adalah untuk produk selubungkabellistrik.
