KAJIAN TEKNOLOGI PRA-VULKANISASI LATEKS KARET ALAM SECARA IRADIASI UV-A DARI LAMPU LIGHT EMITTING DIODE

Volume 14, November 2012

ISSN 1411-1349

KAJIAN TEKNOLOGI PRA-VULKANISASI LATEKS KARET ALAM SECARA IRADIASI UV-A DARI LAMPU LIGHT EMITTING DIODE Cahya Widiyati 1, Herry Poernomo 2 1

Prodi Teknologi Bahan Kulit Karet dan Plastik, Akademi Teknologi Kulit, Kementerian Perindustrian Jl. Ring Road Selatan, Glugo, Panggungharjo, Sewon, Bantul, Yogyakarta 55188, Telp. 0274-383727 2 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan, BATAN E-mail: [email protected]

ABSTRAK KAJIAN TEKNOLOGI PRA-VULKANISASI LATEKS KARET ALAM SECARA IRADIASI UV-A DARI LAMPU LIGHT EMITTING DIODE. Telah dilakukan kajian awal komparasi teknologi pra-vulkanisasi lateks karet alam secara iradiasi ultraviolet (UV) dari lampu UV-merkuri dan dari lampu UV-light emitting diode (UV-LED). Beberapa peneliti di Polymer Competence Center, Austria telah berhasil membuat prototipe pra-vulkanisasi lateks karet alam atau natural rubber latex (NRL) dengan laju alir 1,3 liter/menit menggunakan lampu UV-merkuri jenis TL T8 3000 W sebagai sumber radiasi ultraviolet (UV) dengan panjang gelombang elektromagnetik (λ) = 240-460 nm dan intensitas radiasi I = 1,1 W/cm2. Hasil pravulkanisasi NRL dengan metode iradiasi atau vulkanisasi lateks karet alam secara radiasi atau radiation vulcanization of natural rubber latex (RVNRL) dengan sinar UV-A/B dari lampu UV-merkuri tipe TL T8 sebagai fotoreaktor mampu menghasilkan kapasitas RVNRL, M = 191,348 ton/tahun. Atas dasar keberhasilan penelitian mereka, maka tujuan penelitian ini adalah melakukan kajian awal teknologi baru pra-vulkanisasi lapisan tipis NRL yang bisa bebas dari nitrosamin sebagai pemicu kanker dan bisa bebas dari protein alergen menggunakan fotoreaktor dari lampu UV-LED sebagai sumber radiasi UV-A dengan panjang gelombang λ = 365-375 nm, sensitivitas radiasi 85-100%, intensitas radiasi I = 8,6 W/cm2. Hasil kajian awal komparasi teknologi RVNRL dengan radiasi sinar UV-A/B dari lampu UV-merkuri dan dengan radiasi sinar UV-A dari lampu UV-LED menunjukkan bahwa teknologi baru RVNRL dengan radiasi UV-A dari lampu UV-LED lebih unggul. Keunggulan teknologi baru RVNRL dengan radiasi UV-A dari lampu UV-LED ditunjukkan dengan unjuk kerja sebagai berikut: luas permukaan film NRL teriradiasi, ANRL = 4.928 cm2; volume fotoreaktor, Vpr = 78.848 cm3; konsumsi daya listrik total, Ptotal = 75,2 W; estimasi harga per unit fotoreaktor = Rp. 55,2 juta, tidak menimbulkan limbah toksis, umur pakai UV-LED ≤ 100.000 jam, sebagai fluida pendingin adalah udara; kapasitas RVNRL RVNRL,M = 877,355 ton/tahun. Kata kunci: pra-vulkanisasi, lateks karet alam, bebas alergi, radiasi, ultraviolet

ABSTRACT A COMPARATIVE STUDY OF EARLY PRE-VULCANIZATION TECHNOLOGY FOR NATURAL RUBBER LATEX WITH UV RADIATION FROM THE UV-MERCURY LAMP AND FROM THE LAMP OF UV-LIGHT EMITTING DIODE (UV-LED). A comparative study of early pre-vulcanization technology for natural rubber latex with UV radiation from the UV-mercury lamp and from the lamp of UV-light emitting diode (UV-LED) has been conducted. Some researchers at the Polymer Competence Center, Austria have managed to create a prototype pre-vulcanization of natural rubber latex (NRL) with a flow rate of 1.3 liter/min using a UV-mercury lamp type of TL T8 3000 W as a source of ultraviolet (UV) radiation with a wavelength of electromagnetic (λ) = 240-460 nm and the radiation intensity I = 1.1 W/cm2. The results of pre-vulcanized NRL with the method of radiation or radiation vulcanization of natural rubber latex (RVNRL) with light UV-A/B from the UV-mercury lamp types T8 TL as a photoreactor able to generate RVNRL capacity, M = 191.348 tons/year. On the basis of the success of their research, the purpose of this study is to conduct a pre-assessment of new technological concepts of pre-vulcanization thin layer NRL so as to be free of nitrosamines cause cancer and can be free of the allergen protein using the photoreactor with UV-LED lamps as a source of UV-A radiation with a wavelength λ = 365-375 nm,the radiation sensitivity of 85100%, the radiation intensity I = 8.6 W/cm2. The results of an initial study comparative RVNRL technology with UV-A/B radiation of the UV-mercury lamp and UV-A radiation from the UV-LED indicates that RVNRL new technology with UV-A radiation from the UV-LED light is superior. The excellence of new technologies RVNRL with UV-A radiation from the UV-LED lamps indicated by the following performance: NRL films irradiated surface area, ANRL = 4,928 cm2; photoreactor volume, Vpr = 78,848 cm3; the total electric power consumption Ptotal = 75.2 W, the price estimation per unit of photoreactor = Rp. 55.2 million, did not result in toxic waste, UV-LED lifespan ≤ 100,000 hours, as the cooling fluid is air; capacity of RVNRL,M = 877.355 tons/year. Keywords: pre-vulcanization, natural rubber latex, allergy free, radiation, ultraviolet. KAJIAN TEKNOLOGI PRA-VULKANISASI LATEKS KARET ALAM SECARA IRADIASI UV-A DARI LAMPU LIGHT EMITTING DIODE Cahya Widiyati, dkk

63

Volume 14, Nopember 2012

ISSN 1411-1349

PENDAHULUAN

R

antai nilai pengolahan karet alam di Indonesia untuk keperluan industri hilir dapat diadopsi dari Gambar 1 [1]. Ditinjau dari luas lahan dan produksi karet, maka perkebunan karet rakyat masing-masing berkontribusi pada karet nasional sekitar 85% dan 81%.[1] Dengan demikian cukup beralasan jika diperlukan suatu paket teknologi pengolahan lateks karet alam rakyat tersebut yang sederhana, murah, mudah, ramah lingkungan dan memenuhi kualitas standar produk karet alam sehingga dapat

meningkatkan nilai tambah ekonomi bagi usaha mikro kecil dan menengah (UMKM) di bidang agrobisnis lateks karet alam. Untuk mendapatkan produk jadi karet dari bahan baku lateks dan crumb rubber seperti ditunjukkan pada Gambar 1, maka baik lateks mapupun crumb rubber harus diproses dulu melalui pra-vulkanisasi. Selama ini proses pra-vulkanisasi lateks dan crumb rubber yang telah banyak dilakukan adalah proses pra-vulkanisasi lateks dan crumb rubber secara konvensional.

Gambar 1. Rantai nilai karet alam Indonesia.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol.14, November 2012 : 63 - 73

64


Salah satu pra-vulkanisasi lateks dan crumb rubber secara konvensional yang banyak digunakan adalah dengan proses sulfur yang membutuhkan 3 sampai 4 macam bahan kimia antara lain: bahan pemvulkanisasi yaitu belerang, bahan pemercepat berupa senyawa karbamat, bahan penggiat, dan bahan pemantap yaitu KOH. Proses pra-vulkanisasi memerlukan pemanasan pertama pada suhu 40 – 50 0C selama 2 – 3 hari, pemanasan kedua 70 0C selama 2 jam, dan pemanasan akhir 100 0C selama 1 jam. Pemanasan awal dan kedua bertujuan membuat kompon pravulkanisasi, sedangkan pemanasan akhir merupakan tahap penyempurnaan. Senyawa karbamat harus ditambahkan pada lateks karet alam untuk mempercepat proses pra-vulkanisasi. Produk karet yang diperoleh masih terdapat kandungan nitrosamin dan protein alergen, kurang elastis dan menghasilkan banyak gas SOx serta dibutuhkan waktu penyimpanan sekitar 3 minggu. Bahan-bahan tersebut dapat membentuk senyawa karsinogen seperti 4-nitrosomorphine dan dimethylnitrosamine yang dalam jumlah part per billion (ppb) saja sudah dapat menyebabkan kanker. Nitrosamin yang keluar dari bahan pemercepat tersebut tidak saja berdampak negatif pada perangkat kesehatan, tetapi juga ruangan proses produksi perangkat kesehatan dari NRL juga ikut tercemar. Oleh karena itu, di negara-negara Eropa dan Amerika telah menerapkan peraturan tentang batas maksimum nitrosamin di dalam perangkat kesehatan dari NRL sebanyak 1-10 ppm dan di dalam ruang kerja proses produksi 250 ppm/m3. Salah satu metode teknologi pra-vulkanisasi lateks karet alam atau natural rubber latex (NRL) adalah dengan cara iradiasi elektromagnetik. Beberapa kelebihan pra-vulkanisasi lateks karet alam secara iradiasi atau biasa disebut radiation vulcanization of natural rubber latex (RVNRL) antara lain: hasil NRL teriradiasi dapat bebas dari alergi dan nirosamin sebagai pemicu kanker, prosesnya jauh lebih cepat dari proses pravulkanisasi dengan metode sulfurisasi yang menggunakan waktu lebih dari 3 hari dan energi tambahan untuk memanaskan beberapa tahapan proses pada suhu 50, 70, dan 100 oC, limbah NRL teriradiasi jauh lebih mudah terdegradasi oleh tanah sehingga lebih ramah terhadap lingkungan. Radiasi UV-A dari Light Emitting Diode (LED) Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah

ISSN 1411-1349

struktur yang disebut p-n junction. Pembawamuatan elektron dan lubang dan hole mengalir ke junction dari elektroda karena tegangan yang berbeda. Ketika elektron bertemu dengan hole, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk foton (radiasi elektromagnetik) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.[2]

Gambar 2. Mekanisme timbulnya sinar UV-A dari LED. Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi. Chip LED mempunyai kutup positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya. [2] Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya. [2] Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik dioda yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju. Tegangan yang diperlukan sebuah dioda untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vf). Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED dalam posisi seri maupun paralel. Bila disusun secara seri, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka yang perlu diperhatikan menjadi jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian ini. [2]

KAJIAN TEKNOLOGI PRA-VULKANISASI LATEKS KARET ALAM SECARA IRADIASI UV-A DARI LAMPU LIGHT EMITTING DIODE Cahya Widiyati, dkk

65


Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit karena tiap LED mempunyai tegangan maju (Vf) yang berbeda. Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang diberikan oleh sumber daya listrik tidak cukup untuk membangkitkan chip LED, maka beberapa LED akan tidak menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang diberikan terlalu besar akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai tegangan maju relatif rendah. Pada umumnya, LED yang ingin disusun secara seri harus mempunyai tegangan maju yang sama atau paling tidak tak berbeda jauh supaya rangkaian LED ini dapat bekerja secara baik. [3] Salah satu bentuk individu lampu LED beserta bagian-bagiannya ditunjukkan pada Gambar 3. [4]

Gambar 3.

Bagian sebuah LED dan pancaran sinar UV dari sebuah LED yang menyala.

LED didefinisikan sebagai salah satu semikonduktor yang mengubah energi listrik menjadi cahaya. LED merupakan perangkat keras dan padat (solid-state component) sehingga unggul dalam hal ketahanan atau durability. Contoh unit lampu LED tipe TL T8 yang terdiri dari gabungan beberapa individu LED ditunjukkan pada Gambar 4. [5] LED memiliki berbagai kelebihan, antara lain: • Efisiensi tingkat energi yang lebih tinggi dibandingkan dengan lampu lainnya. • Memiliki tegangan operasi arus searah (DC) yang rendah. • Ukuran dari LED praktis dan kecil. • Sinar UV dari LED dapat mencapai presisi tinggi, intensitas iradiasi tinggi, dan bahkan untuk iluminasi (pencahayaan) dapat mencapai 8600 mW/cm2. [6] • Mempunyai burning hours hingga 100 ribu jam dengan sisa intensitas cahaya (lumen) yang keluar sekitar 87%. Sedangkan jika menggunakan jenis lampu neon TL T8 dan T5 dengan sisa intensitas cahaya (lumen) yang


ISSN 1411-1349

keluar sekitar 87%, maka burning hours hanya 5000 jam seperti ditunjukkan pada Gambar 5. [7]

(a).

(b). Gambar 4.

Lampu UV-LED tipe TL T8 dalam keadaan: (a) padam dan (b) menyala.

Gambar 5. Burning hours vs % intensitas cahaya keluar. Penggunaan UV-LED sesuai dengan panjang gelombang elektromagnetik (λ) dan daya cahaya keluar ditunjukkan seperti pada Gambar 6. [8] Intensitas radiasi (radiasi) dari sinar UVA/B dari lampu UV-merkuri dan UV-LED ditunjukkan pada Gambar 7. [9] Berdasarkan permasalahan dan teori yang telah dikemukakan di atas, maka tujuan dari penelitian ini adalah mengkaji konsep teknologi baru pra-vulkanisasi NRL yang bebas alergi dan nitrosamine dengan suatu proses yang lebih ekonomis, mudah dikerjakan, aman bagi pekerja dan lingkungan. Konsep teknologi baru pravulkanisasi NRL yang akan dikaji adalah iradiasi film NRL dengan sinar UV-A dari lampu UV-LED. Konsep teknologi baru pra-vulkanisasi NRL secara iradiasi sinar UV-A dari lampu UV-LED perlu dikomparasi dengan teknologi pilot plant pravulkanisasi NRL dengan radiasi UV-A/B dari lampu UV-merkuri yang telah berhasil dilakukan di Polymer Competence Center, Austria. Komparasi teknologi meliputi beberapa parameter seperti luas permukaan film NRL yang teriradiasi (ANRL), volume photoreactor (Vpr), daya listrik total yang digunakan (Ptotal), harga per unit photoreactor, limbah beracun 66


ISSN 1411-1349

dihasilkan, umur iradiator (photoreactor), fluida pendingin yang digunakan, kapasitas NRL

teriradiasi (M).

Gambar 6. Penggunaan UV-LED sesuai λ (nm).

Gambar 7. Radiasi UV dari lampu merkuri dan UV-LED.

TATA KERJA Metode penelitian yang dilakukan yaitu dengan mengkomparasi spesifikasi dan kinerja teknologi pilot plant RVNRL dengan sinar UV-A/B dari lampu UV-merkuri yang telah sukses dilakukan oleh tim peneliti dari Austria dengan konsep teknologi baru RVNRL dengan sinar UV-A dari lampu UV-LED. Untuk mengetahui spesifikasi dan kinerja teknologi prototipe pilot plant RVNRL dengan sinar UV-A/B dari lampu UV-merkuri yang telah sukses dilakukan oleh tim peneliti dari Austria perlu dilakukan review seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8 dan 9. [10] Gambar 8. Skema prototipe pilot plant RVNRL dengan UV-A/B dari lampu Hg. KAJIAN TEKNOLOGI PRA-VULKANISASI LATEKS KARET ALAM SECARA IRADIASI UV-A DARI LAMPU LIGHT EMITTING DIODE Cahya Widiyati, dkk

67


Lampu UV-merkuri dikelilingi oleh tabung pendingin kuarsa dengan panjang busur 25 cm. Untuk memperpanjang umur lampu UV-merkuri, maka lampu UV-merkuri didinginkan dengan air pada suhu 12 - 16 ° C dan dialiri dengan gas inert (nitrogen). Daya lampu UV-merkuri (P) sekitar 1000-3000 W. Photoreactor yang terbuat dari tabung gelas kuarsa dilengkapi dengan tangki umpan NRL dari bahan gelas yang terletak di bagian atas dan tangki gelas sebagai penampung aliran RNL teriradiasi yang terletak di bagian bawah photoreactor. Umpan NRL dialirkan oleh screw pump secara kontinyu dari tangki penyimpanan NRL ke atas tangki umpan NRL. Aliran film NRL teriradiasi yang keluar dari photoreactor pada siklus pertama proses iluminasi dikumpulkan di dalam tangki penampung. Untuk mendapatkan kepadatan crosslinking yang diinginkan, maka film NRL harus divulkanisasi dengan dua kali siklus iluminasi sinar UV-A/B.

ISSN 1411-1349

Konsentrasi Lucirin TPO L dan TriThiol dalam NRL masing-masing 1,0 phr. Hasil pengolahan awal NRL diisikan ke dalam tangki penyimpanan dan dipompa ke dalam tabung gelas sebagai tangki umpan NRL dengan laju alir Q = 1,3 liter/menit. Proses vulkanisasi NRL dengan sinar UV-A/B dilakukan dengan daya lampu UV-merkuri 3000 W yang memberikan intensitas cahaya (I) = 1,1 W/cm2 dan panjang gelombang (λ) berkisar antara 240-460 nm. Suhu NRL akan naik dari suhu kamar sampai maksimal 38 ° C karena terkena radiasi sinar UV-A/B. Setelah proses pravulkanisasi, maka NRL teriradiasi ditambahkan fenolic 0,5 phr sebagai antioksidan. NRL teriradiasi kemudian siap untuk dibuat menjadi sarung tangan bedah (surgical gloves) yang memiliki sifat bebas nitrosamin dan protein alergen.[10] Karakterisasi surgical gloves dari NRL teriradiasi sinar UV-A/B terdiri dari kuat tarik sesuai dengan ASTM D412-98a, sensitivitas dan iritasi pada kulit sesuai ISO 10993-10 (2002), dan crosslink density dengan menggunakan persamaan: [10]

v=

- (ln(1 - V p ) + V p + χ .V p ⎡ 1 V ⎤ V L .⎢V p 3 − p ⎥ 2 ⎣ ⎦

2

(1)

dimana, v = crosslink density efektif (mol/cm3), Vp = fraksi volume polimer dalam sampel bengkak, χ = singkatan parameter interaksi polimer pelarut dari teori Flory-Huggins (untuk NRL = 0,393), VL = volume molar pelarut (toluena) (106,4 cm3/mol). Beberapa karakteristik sarung tangan bedah (surgical gloves) dari proses vulkanisasi NRL dengan sinar UV-A/B dari lampu UV-merkuri ditampilkan pada Gambar 10, 11, dan 12 sebagai berikut: [10]

Gambar 9. Pilot plant RVNRL dengan sinar UVA/B dari lampu UV-merkuri. Pada langkah pertama RVNRL, maka larutan Lucirin UV TPO L dan trimetilolpropana tris (3mercaptopropionate) (TriThiol) diemulsikan dalam air deionisasi. Bahan kimia hasil emulsi ditambahkan ke dalam 40 kg lateks karet alam dengan amonia tinggi (40% berat kadar karet kering) dan diaduk dengan pengaduk magnet pada suhu kamar selama 2 jam. [10]


(■) kuat tarik, MPa dan (▲) crosslink density, mmol/cm3 Gambar 10. Karakteristik surgical gloves dari NRL teriradiasi vs siklus iluminasi. 68


ISSN 1411-1349

(■) Aging pada suhu kamar selama 7 hari; (▲) Aging pada 70 ° C selama 7 hari

(■) Aging pada suhu kamar selama 7 hari; (▲) Aging pada 70 ° C selama 7 hari Gambar 11.

Gambar 12.

Karakteristik surgical gloves dari NRL teriradiasi vs siklus iluminasi setelah aging.

Karakteristik surgical gloves dari NRL teriradiasi vs siklus iluminasi setelahaging dan sterilisasi (γ, 25 kGy).

Tabel 1. Sifat fisik surgical gloves steril dari NRL teriradiasi. [10] Sifat-sifat Fisis

ASTM D 3577

Film NRL teriradiasi dg UV

Sebelum aging

Setelah aging

Sebelum aging

Setelah aging

Tensile strenght (Mpa)

24

18

25 - 32

23 - 28

Ultimate elongation (%)

750

560

770-870

620-720

Force at break (N)

12

9

12.5 - 15

11.5 - 14

Perbandingan sifat fisik surgical gloves steril dari NRL menurut ASTM D 3577 dengan hasil diping VNRL dari proses curing NRL oleh sinar UVA/B dari lampu UV-merkuri.

PEMBAHASAN Kapasitas pengolahan RVNRL dengan radiasi UV-A/B dari lampu UV-merkuri Berdasarkan debit film NRL (Q) di pilot plant RNNRL dengan sinar UV-A/B dari lampu UVmerkuri seperti pada Gambar 8, maka dapat ditentukan luas permukaan film NRL teriradiasi (ANRL), kecepatan aliran linear film NRL (v), kapasitas pengolahan RNNRL (M): Dengan panjang lampu UV-merkuri Lt = 330 mm, maka luas permukaan film NRL teriradiasi oleh sinar UV-A/B sebagai berikut: ANRL = π × Dc × Lt

(2)

ANRL = 22/7 × 135 mm × 330 mm = 1.400 cm . Volume photoreactor, 2

Vpr = π/4 × (Dc)2 × Hc

(3)

Vpr = π/4 × (13,5)2 × (88) = 12.601 cm3. Laju alir, Q = (1,3 liter/menit) = 1.300 cm3/menit Gambar 10, 11, dan 12 menunjukkan bahwa pra-vulkanisasi NRL dengan dua kali siklus iluminasi sinar UV-A/B dari lampu UV-merkuri diperoleh hasil NRL teriradiasi terbaik. Karena pra-vulkanisasi NRL secara fotokimia oleh radiasi sinar UV-A/B dari lampu UV-merkuri yang terbaik dilakukan dengan 2 kali iradiasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10, 11, dan 12, maka kapasitas pengolahan NRL (m) dapat ditentukan dari persamaan sebagai berikut: m = (Q/2) × ρNRL

Lampu UV-merkuri buatan Philips model T5 dengan daya 8W, model T8 dengan daya 30 W, dan model T12 dengan daya 40 W untuk menghasilkan sinar UV-A/B yang dipasarkan di Indonesia memiliki umur pakai sekitar 3000 jam atau 4,16 bulan. [11] Jika proses operasional RVNRL adalah 24 jam per hari, maka setiap 4,16 bulan diperlukan penggantian lampu UV-merkuri. Jadi setiap tahun untuk operasional proses RVNRL harus dilakukan penggantian lampu UV-merkuri sebanyak 3 kali.

KAJIAN TEKNOLOGI PRA-VULKANISASI LATEKS KARET ALAM SECARA IRADIASI UV-A DARI LAMPU LIGHT EMITTING DIODE Cahya Widiyati, dkk

(4)

69


ISSN 1411-1349

Karena lampu UV-merkuri mengandung senyawa Hg toksis, maka diperlukan fasilitas pengelolaan limbah padat dari lampu UV-merkuri bekas. Jika selama pembongkaran dan penggantian lampu UV-merkuri tipe TL T8 berlangsung sekitar 1 hari, maka jumlah sisa hari dalam satu tahun operasional proses RVNRL sekitar (330-3) = 327 hari. Dengan demikian kapasitas pengolahan NRL (m) dapat ditentukan dari persamaan (4) sebagai berikut: m = (1.300/2 cm3/menit) × 0,913 gram/cm3 = 541,819 g/menit m = 541,819 gram/menit × 60 menit/jam × 24 jam/hari × 327 hari/tahun m = 255.131.730,72 gram/tahun = 255,131 ton/tahun. Dengan asumsi isoprena di NRL menjadi poli-isoprena oleh radiasi elektromagnetik foton UV A/B dengan konversi = 75%, maka kapasitas pengolahan RVNRL (M): M = 0,75 × m

(5)

M = 0,75 × 255,131 ton/tahun = 191.348 ton/tahun. Photoreactor seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8 dan 9 terdiri dari kombinasi dari tabung luar dan tabung dalam yang terbuat dari gelas kuarsa dengan diameter masing-masing 135 mm dan 50 mm. Photoreactor tersebut jika dibuat di Indonesia, maka pembuatannya dapat dilakukan di beberapa bengkel tiup gelas seperti yang terdapat di ITB, UGM, atau di industri gelas Iglas. Jika disertai dengan pompa dosis dan catu daya listrik, maka harga pembuatan dan pembelian photoreactor di Indonesia diperkirakan sekitar Rp. 60 juta/buah. Jika sebagai sumber radiasi "UV-A/B" digunakan 1 buah lampu UV-merkuri tipe TL T8 dengan merek Philips yang harga di dalam negeri sekitar Rp. 300.000,[12] maka perkiraan harga 1 unit photoreactor dapat dihitung sebagai berikut: Harga photoreactor = Rp. 60 juta + (1 × harga 1 buah lampu UV-merkuri) Harga photoreactor = Rp. 60 juta + (1 × Rp. 300.000) Harga photoreactor = Rp.60.300.000 (harga sebelum pajak) Jika pajak penjualan dan pembelian = 15%, maka harga photoreactor setelah pajak = Rp. 60 juta + 15% x Rp. 60 juta = Rp. 69,34 juta. Kecepatan aliran linear film NRL (v) di photoreactor dapat ditentukan sebagai berikut: v = Q/(π × IDk × tb)

(6)

dengan, D = diameter kolom iradiasi (mm), tb = penetrasi radiasi foton UV-A/B pada film NRL (mm). Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol. 14, November 2012 : 63 - 73

Penetrasi sinar UV-C dengan panjang gelombang λ = 200-280 nm dalam air reverse osmosis (RO) = 3,0 m; dalam air minum normal = 12,0 cm; dalam (anggur, jus) = 2,5 mm; dalam (sirup susu, darah) = 0,5 mm.[13] Kemampuan penetrasi sinar UV-A lebih besar dari sinar UV-C, seperti ditunjukkan pada Gambar 13. [14]

Gambar 13. Kemampuan penetrasi sinar UV. Jika jumlah partikel karet dan protein dalam sistem koloid NRL diasumsikan analog dengan jumlah partikel protein dan susu dalam sistem koloid susu, maka dari Gambar 13 menunjukkan bahwa kemampuan penetrasi sinar UV-A dalam film NRL (tb) akan > 0,5 mm. Jika diambil tb = 0,5 mm, maka dari persamaan (6) dapat ditentukan v sebagai berikut: v = (1.300 cm3/menit)/[(π × 13,5 cm)(0,05 cm)] v = 612,794 cm/menit Konsep Teknologi RVNRL dengan Radiasi UV-A dari Lampu UV-LED Aliran film NRL yang disinari oleh UV-A pada bidang kontak yang semakin besar adalah konsep terbaru dari cara yang efisien dan efektif untuk meningkatkan volume dan memperluas ikatan silang isoprene dalam film NRL. Konsep teknologi RVNRL terbaru yang digunakan adalah aliran film NRL pada dinding dalam kolom vertikal yang terbuat dari stainless steel atau gelas kuarsa diiradiasi dengan sinar UV-A dari lampu UV-LED. Lampu tabung UV-LED tipe TL T8 dengan spesifikasi: panjang Lt = 330 mm, diameter Dt = 30 mm, λ = 365-375 nm sebagai sumber radiasi foton UV-A dipasang di tengah-tengah sebuah kolom silinder vertikal dari gelas kuarsa. Sementara kolom silinder vertikal dari gelas kuarsa dipasang di tengah kolom iradiator. Lampu UV- LED tipe TL T8 dengan λ = 365-375 nm dipilih sebagai sumber radiasi elektromagnetik untuk proses RVNRL, karena dengan panjang gelombang UV-A = 365-375 nm memiliki sensitivitas 85-100%. [4]

70


ISSN 1411-1349

Konsep teknologi pra-vulkanisasi film NRL dengan radiasi elektromagnetik UV-A yang dilakukan secara proses sinambung menggunakan lampu UV-LED tipe TL T8 ditunjukkan seperti pada Gambar 14. Deskripsi Proses Deskripsi proses RVNRL pada Gambar 14 sebagai berikut: Film NRL yang telah tercampur dengan sensitizer Lucirin TPO L dan TriThiol masing-masing 1,0 phr dialirkan secara gravitasi pada dinding dalam kolom iradiasi silinder vertikal dari bahan dengan daya rekat (adhesive) kecil terhadap NRL, mempunyai kekasaran (roughness) permukaan bahan yang kecil, dan mempunyai konduktivitas panas yang cukup besar. Panas yang timbul selama operasional chip semikonduktor LED pada sistem lampu UV-LED tipe TL T8 didinginkan dengan mengalirkan udara ke dalam kolom gelas kuarsa. Film NRL yang telah teriradiasi oleh sinar UV-A dikeluarkan dari kolom iradiasi dan ditambahkan 0,5 phr phenolic untuk dilakukan proses dipping.

14 diharapkan dapat direalisasikan dengan mudah dan murah di beberapa perkebunan karet alam yang sebagian besar dikelola oleh perkebunan karet rakyat di Indonesia. Hal ini dapat dilakukan, karena photoreactor UV-LED tipe TL T8 merk VioLED yang memancarkan sinar UV-A dengan panjang gelombang λ = 365-375 nm yang ditujukan khusus untuk vulkanisasi karet lateks alam telah banyak dijual di pasaran dengan spesifikasi teknis seperti ditunjukkan pada Tabel 2. [5] Tabel 2. P/N 3701FUT 3702FUT 3704FUT

Spesifikasi lampu UV-LED tipe TL T8 merk VioLED dengan λ = 365-375 nm.

Dimensi Suhu Konsumsi Tenaga Jumlah keluar LED (Dia*Panjang) operasi Energi (oC) 3.2W 168mW 58 1ft: 30*330mm - 20 ∼ buah 50 9.4W 336mW 112 2ft: 30*580mm - 20 ∼ buah 50 22.3W 672mW 224 4ft:30*1200mm - 20 ∼ buah 50

Tabel 3. Harga lampu LED tipe TL T8, panjang 1,2 m dari berbagai merek dagang. [15] T8 LED (1,2 m)

Perkiraan Watt harga eceran

VIRIBRIGHT OPTILED NEON EARTHETCH DIRECTLED DIOGEN

US$ 36.00 US$ 100.00 US$ 97.60 US$ 80.00 US$ 79.99 US$ 75.00

20 24 30 15 15 17

Lumen 1400 1100 3000 1500 1500 1200

Umur pakai (jam) 30.000 40.000 50.000 40.000 50.000 50.000

Tersertifikasi yes N/A yes yes yes N/A

Kapasitas Pra-Vulkanisasi NRL dengan Radiasi UV-A dari Lampu UV-LED

Gambar 14. Skema konsep teknologi baru RVNRL dengan photoreactor UVLED. Luas permukaan film NRL yang diiradiasi dengan sinar UV-A dari 8 buah lampu UV-LED tipe TL T8 sebagai berikut: ANRL = π × Dc × Lc = 22/7 × 280 mm × (580 – 20) mm ANRL = 4.928 cm2. Volume photoreactor, Vpr = π/4 × (Dc)2 × Hc

(7)

Vpr = π/4 × (28 cm)2 × (20 + 20 + 58 + 30) cm = 78.848 cm3. Proses pra-vulkanisasi lateks karet alam dengan radiasi UV-A menggunakan konsep teknologi RVNRL dengan photoreactor UV-LED tipe TL T8 seperti yang ditunjukkan pada Gambar

Dengan mengadopsi pra-vulkanisasi film NRL oleh radiasi sinar UV-A/B dari lampu UVmerkuri seperti Gambar 8 dan 9 pada kecepatan aliran film NRL, Q = 1,3 liter/menit, maka untuk mendapatkan proses RVNRL terbaik dapat digunakan lampu UV-LED tipe TL T8 buatan VioLED model 370-2FUT dengan panjang 580 mm seperti pada Tabel 2. Dari persamaan (6), maka laju aliran film NRL yang diiradiasi dengan sinar UV-A sebagai berikut: Q = v × (π × Dk × tb) Q = 612,794 cm/menit × (π × 28 cm × 0,05 cm) Q = 2.696,294 cm3/menit Kapasitas vulkanisasi film NRL (m) dapat ditentukan dari persamaan sebagai berikut: m = Q × ρNRL 3

(9) 3

m = 2.696,294 cm /menit × 0,913 gram/cm m = 2.461,716 gram/menit

KAJIAN TEKNOLOGI PRA-VULKANISASI LATEKS KARET ALAM SECARA IRADIASI UV-A DARI LAMPU LIGHT EMITTING DIODE Cahya Widiyati , dkk

(8)

71


m = 2.461,716 gram/men × 60 men/jam × 24 jam/hari × 330 hari/tahun m = 1.169.807.443,2 gram/tahun = 1.169,807 ton/tahun Jika diasumsikan konversi isoprena dalam film NRL menjadi isoprena yang telah diiradiasi (iisopren) atau RVNRL yang disebabkan oleh ikatan silang isoprena oleh radiasi UV-A sekitar 75%, maka kapasitas RVNRL (M): M = 0,75 × 1.169,807 ton/tahun = 877,355 ton/tahun Jika digunakan lampu UV-LED tipe TL T8 buatan VioLED model 370-2FUT dengan panjang Lt = 580 mm, jumlah LED = 112 buah dengan konsumsi daya 9,4 W; daya keluaran 336 mW, maka dengan 8 lampu UV-LED tipe TL T8 buatan Violed model 370-2FUT di dalam photoreactor diperoleh konsumsi daya listrik total (Ptotal): Ptotal = 8 × 9,4 W = 75,2 W. Photoreactor seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14 terdiri dari tabung luar dengan diameter 280 mm terbuat dari rolling plat SS-304 dengan tebal 3 mm, tabung gelas kuarsa dengan diameter 180 mm, pompa dosis, power supply listrik yang dapat dibuat dan dibeli di dalam negeri dengan harga diperkirakan sekitar Rp. 40.000.000. Jika sumber radiasi UV-A yang digunakan adalah 8 buah lampu UV-LED tipe TL T8 merk VioLED model 370-1FUT seperti ditunjukkan pada Tabel 2, maka perkiraan harga 1 unit photoreactor UV-LED dapat dihitung sebagai berikut: Harga photoreactor = Rp. 40 juta + (8 x harga lampu UV-LED) Harga photoreactor = Rp. 40 juta + (8 × US $ 100 × Rp. 10.000/US $) Harga photoreactor = Rp. 48 juta (sebelum pajak) Jika pajak penjualan dan pembelian = 15%, maka harga photoreactor setelah pajak = Rp. 48 juta + (15% × Rp 48 juta) = Rp. 55,2 juta Hasil dari perbandingan "teknologi proses RNNRL" pada photoreactor dengan sumber radiasi UV-A/B dari lampu UV-merkuri dan konsep teknologi RVNRL pada photoreactor dengan sumber radiasi UV-A dari lampu UV-LED ditunjukkan pada Tabel 4 sebagai berikut:

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akselerator dan Aplikasinya Vol. 14, November 2012 : 63 - 73

ISSN 1411-1349

Tabel 4.

Perbandingan kinerja unit photoreactor dengan UV-merkuri dan konsep teknologi baru RVNRL dengan UVLED. Parameter Pilot plant RVNRL Konsep dengan UV-A/B RVNRL dengan dari lampu UVUV-A dari merkuri lampu UV-LED ANRL, cm2 1.400 4.928 Vpr, cm3 12.601 78.848 877,355 M, ton/tahun 191,348 (dengan 8 (dengan 1 lampu UV-merkuri tipe lampu UV-LED tipe TL T8, Lt TL T8, Lt = 330 mm) = 580 mm) 1.000 – 3.000 75,2 Ptotal, W Harga/unit, Rp. 69,34 juta 55,2 juta Limbah Mercuri (Hg) Tidak ada toksis Umur pakai, 3.000 ≤ 100.000 jam Udara (murah) Fluida Gas inert, N2 (mahal) pendingin

KESIMPULAN 1. Radiasi foton UV-A yang berasal dari lampu UV-LED dengan panjang gelombang λ = 365375 nm dan sensitivitas 85 - 100% lebih efektif untuk pra-vulkanisasi film NRL dibandingkan dengan sinar UV-A/B dari lampu UV-merkuri. 2. Beberapa komponen photoreactor yang ditunjukkan pada Gambar 14 seperti kolom iradiator, fan, tabung kuarsa, ruang iradiasi, kabel, dan power supply mudah diperoleh di dalam negeri dengan kandungan lokal sekitar 80%. 3. Jika setiap LED mati, maka mudah untuk diganti dengan harga sekitar US $ 0,9 per buah. Sementara itu, jika ada unit lampu UV-LED yang mati, maka mudah untuk diganti dengan harga sekitar US $ 100 per unit.[15] 4. Bahan UV-LED tidak mengandung dan menghasilkan bahan beracun dan berbahaya seperti halnya pada lampu UV-merkuri. 5. Jika bahan photoreactor dibuat dari tabung gelas kuarsa, maka sistem proteksi radiasi dari bahaya radiasi sinar UV-A yang dipancarkan oleh lampu UV-LED sangat sederhana yaitu dinding luar photoreactor hanya dilapisi dengan film pelapis anti-UV atau dicat dengan warna gelap. 6. Konsep desain awal teknologi baru pravulkanisasi film NRL secara fotokimia oleh radiasi sinar UV-A dari lampu UV-LED tipe TL T8 tersebut dapat dibuat prototipe dan diuji coba. Dengan demikian dimungkinkan prototipe photoreactor UV-LED untuk proses RVNRL 72


dapat dibuat oleh industri manufaktur di dalam negeri untuk dapat digunakan oleh usaha kecil dan menengah (UKM) di bidang agribisnis karet alam yang sebagian besar dikelola oleh perkebunan karet rakyat di Indonesia. 7. Kapasitas vulkanisasi film NRL (m) tersebut belum merepresentasikan kapasitas produksi RVNRL yang riil secara komersial sebelum dilakukan validasi karakteristik fisik film RVNRL dari data percobaan eksperimental dan data uji coba pilot plant RVNRL dengan radiasi UV-A dari lampu UV-LED tersebut. Validasi karakteristik fisik film RVNRL seperti tensile strength, elongation at break, crosslink density, swelling ratio, modulus at (500% or 600% or 700%) elongation, dan force at break harus sesuai dengan persyaratan standar dan kualitas kesehatan yaitu bebas alergi dan nitrosamin yang bersifat karsinogen.

DAFTAR ACUAN Gambaran Sekilas Industri Karet, Sekretariat Jenderal, Departemen Perindustrian, 2007, www.kemenperin.go.id/.../Paket-InformasiKomo, diakses tanggal 16 Februari 2011. [2] Light Emitting Diode. http://en.wikipedia.org/wiki/Lightemitting_diode, diakses tanggal 8 April 2010. [3] Diode Pancaran Cahaya, http://id.wikipedia.org/wiki/Dioda_cahaya, diakses tanggal 3 Desember 2010. [4] SCHUBERT, E.F., Light-Emitting Diodes, Cambridge Univ. Press, www.Light EmittingDiode.org, diakses tanggal 8 April 2010. [5] VioLED International Inc., T8 UV LED TUBE 370nm Series, http://www.violed.com.tw, diakses tanggal 8 April 2010. [6] Instructions of UV LED Curing System, http://www.st2109.com/en/technology.html, 27 Agustus 2011. [7] SCHUPPLE, B., Induction Lamps vs. LED Lamps, LED Industries, Inc., Toll Free 1-888700-7815, (2009). [8] KOLBE, et all., International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS), Session BB6, (2009). [9] HEATHCOTE, J., UV-LED Basic Part I – Operation and Measurement, Integration Technology, www.uvintegration.com/.../UV_LED_Basics_P art_I_Operation_and_..., diakses tanggal 2 Agustus 2011. [10] SCHLÖGL, S., TEMEL, A., KERN, W., LEOBEN, R. SCHALLER, A. HOLZNER,

ISSN 1411-1349

[11] [12]

[13]

[14]

[1]

[15]

TANYA JAWAB Drs. Tjipto Sujitno, MT − Apa ada persamaan empiris penetrasi sinar UV pada bahan? − Vulkanisasi lateks karet dengan sinar UV ternyata sederhana dan murah, bagaimana jika dibandingkan dengan MBE? Cahya Widiyati • Peramaan empiris penetrasi sinar UV pada lateks karet alam belum ada. Tetapi dari data dalam makalah, maka penetrasi sinar UV-A pada lateks karet alam dianalogikan dengan penetrasi sinar UV-C pada susu yaitu 0,5 mm. Padahal penetrasi sinar UV-A pada bahan lebih besar dibandingkan dengan sinar UV-B dan UV-C. Jadi penetrasi sinar UV-A dari lampu LED pada lateks karet alam > 0,5 mm. • Jika dibandingkan dengan MBE, maka vulkanisasi lateks karet alam dengan UV-A dari lampu LED jelas lebih sederhana, murah, dan aman bagi lingkungan.

KAJIAN TEKNOLOGI PRA-VULKANISASI LATEKS KARET ALAM SECARA IRADIASI UV-A DARI LAMPU LIGHT EMITTING DIODE Cahya Widiyati , dkk

WIMPASSING, Manufacture of NonAllergenic Surgical Gloves via UV Techniques, imperia.miverlag.de/imperia/md/content/ai/pv/ .../kg /.../kg10_05_187.pdf, diakses tanggal 7 Juli 2007. PHILIPS, Lighting Catalog Lamp Spesification and Application Guide 2011, (2011). Jual Lampu UV Philips 15/30/36 WattSterilisasi Medis-Murah (Membunuh Bakteri dan Virus), http://mulyajaya2008.indonetwork.co.id/2748 409/jual-lampu-uv-philips-15-30-36-wattsterilisasi-medis-murah.htm, diakses tanggal 5 Februari 2012. PUREPRO, Ultraviolet Water Sterilizer, PurePro Water Drinking System, Pure-Pro Water Corps, www.purepro.info/pdf/UV.pdf, diakses tanggal 7 Agustus 2011. RAYMONT, J., UV Measurement & Process Control: Theory vs. Reality, Overview of EIT Products & Measurement Techniques, EIT Instrument Markets Sterling, Virginia USA, (2011). Matrix Lighting, Price Comparation T8 LED Tube, http://www.matrixlighting.cn/ doc/T8Comparing.htm, diakses tanggal 23 Januari 2011.

73

KAJIAN TEKNOLOGI PRA-VULKANISASI LATEKS KARET ALAM SECARA IRADIASI UV-A DARI LAMPU LIGHT EMITTING DIODE

Recommend Documents