KarakterisasiSifat Mekanik dun TermalKompositLDPE -lrganok (Sugik So)
KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK DAN TERMAL KOMPOSIT LDPE -IRGANOK Sugik S, Aloma K. K., SudirmaD daD Evy H Puslitbang Iptek Bahan(P3IB) -BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong. Tangerang 15314
ABSTRAK KARAKTERISASI SIFAT MEKANIK DAN TERMAL KOMPOSIT LDPE -IRGANOK. Modifikasi sifatLow Density Poliethylene (LDPE) sebagai bahan kemasan , dengan menambahkan bahan aditif antioksidan telah dilakukan Proses pencampuran LDPE denganantioksidan irganok 245 atau irganok 1076 dilakukan dengan metode blending dengan variasi persen berat di dalam laboplastomill pactatitik leleh LDPE 130 "C dengan kecepatan putaran 30 rpm selama 10 menit. Analisis sif'at mekanik seperti kekuatan tarik , kekuatan luluh dan perjlanjangan putus Bertaanalisis sif'at termal dilakukan terhadap komposit LDPE -irganok sebelumdan setelah penjemuran pactaudaraterbuka selama 12 minggu. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa semakin banyak penambahan aditif irganok 245 maupun irganok 1076 dapat menurunkan sifat mekanik komposit tersebut jika dibandingkan dengan LDPE mumi, namun mampu menunjukkan sifat antioksidan dengan ditunjukkan kenaikan perpanjangan putus hingga penjemuran selama 12 minggu. Sedangkan sifat termalnya menunjukkan bahwa dengan penambahan aditifirganok 1076 ataupun irganok 245 memiliki karakteristik yang hampir sarna yaitu adanya kenaikan ketahanan termal terhadap komposit LDPE tersebut .Penambahan irganok 1076 maupun irganok 245 sampai dengan 10% akan menurunkan suhu degradasinyakurang lebih pactasuhu 400 .C, jika dibandingkan dengan bahan muminya maka pactapenambahan irganok 1076 -6% , menunjukkan suhu degradasiyang sarnadengan bahan muminya. Kala kunci : LDPE, irganok 245, irganok 1076, sifat mekanik
ABSTRACT MECHANICAL
AND THERMAL
of Low Desity Polyetilene
( LDPE
CHARACTERIZATION
) by added antioxidant
OF LDPE -IRGANOX
COMPOSITE.
aditif for packing materials has been done.Mirfuse
Modification of LDPE
with
antioxsidant irganox 245 or irganox 1076 were doing by blending method into laboplastomill in varioue composition on melting point ofLDPE at 130 °C and rotate speed 30 rpm for 10 minutes. The mechanical properties like a tensile strength, yield strength , elongation to break and thermal analysis were measured before and after exposured by sunlight ( sunrise)
until 12 weeks. The
results showed the increasing of anti oxidant aditif added both irganox 245 or irganox 1076, were decresed mechanical properties of composite if it compared a pure of LOPE but able to show anti oxidant properties by increasing elongation at break compared to LOPE without additive after 12 weeks exposure in sunlight. The thermal properties showed that adding a additiflrganox
1076-
6% or a additif irganox 245 their have same a characteristic and their can decrease of degradasi temperature to 400 °C. If compared with a pure of LOPE,
the effect of adding a additif irganox 1076 -6%
have same a degradation temperature to LOPE.
Key words: LDPE, irganox 245, irganox 1076, mechanical properties
PENDABULUAN Padaera perkembanganindustri saatini kemasan merupakan suatu kebutuhan bagi industri, untuk mengemas basil dati suatu industri baik itu industri pangan, tekstil, daDpertanian. Sifat yang hams dimiliki oleh suatu bahan pengemas diantaranya adalah tahan terhadap cuaca , benturan, daD bahan kimia.. Banyak jenis bahan pengemas yang digunakan oleh berbagai industri, diantaranya bahan plastikjenis polietilen, seperti HDPE, LDPE daD LLDPE. LDPE merupakan jenis polietilen dengan masajenis rendah, yang memiliki sifat seperti termoplastik, tleksibel terhadap impact daDpada suhu rendah, tahan terhadap bahan kimia, praktis daD ringan. Adapun
kekurangannya, seperti tidak tahan terhadap cuaca (sinar ultraviolet). Sinal ultraviolet dapat mengakibatkan degradasiyaitu suatupemutusan ikatan daTi rantai polimer tersebut dan kurang tahan terhadap pelarut organik. Untuk mengurangi permasalahan kelernahan sifat bahan LDPE tersebut maka diperlukan suatubahan pendukung atau aditif agar dapat mengatasi kelernahanLDPE tersebut. Bahan pendukung banyak jenisnya antara lain Tinuvin, Chimasorb, dan irganok. sedangkan pada penelitian ini akan digunakan adalah irganok 1076 dan irganok 245. Pemilihan irganok sebagaiaditifkarena memiliki sifat anti oksidan dan mampu meningkatkan
241
Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002 Serpong, 22 -23 Oktober 2002
kualitas LDPE terhadap oksidasi dan ketahanan terhadapcuaca.Dalam prosespembuatannyadilakukan dengan mencampur LDPE dan irganok dengan persen berat bervariasi. LDPE dengan berat tertentu sesuai dikehendaki dimasukkan ke dalam labo plastomill pada suhu 130 °C selama 3 menit, kemudian ditambahkan irganok. Selanjutnya pencampurandilanjutkan selama 10 menit. Hasil dari pencampuran dilakukan hot pres.\' dan cold press sehingga diperoleh film berukuran 15 x 15 cmyang siap untuk dikarakterisasi. Untuk mengetahui ketahanan terhadap cuaca, makabahan polimer LDPE denganvariasi aditif irganok 1076 maupun irganok 245 dilakukan penjemuran pada udara terbuka selama 12 minggu, kemudian dilakukan karakterisasi. Adapun karakterisasi sifat mekanik meliputi uji kekuatan tarik (tensile strength), kekuatan luluh (yield strengh) dan perpanjangan putus (elongation at break) hat ini dilakukan berkaitan dengan kegunaan komposit tersebut sebagai bahan kemasan sehingga sifat mekanik tersebut berkaitan di dalam proses pengangkutan ataupun penyimpanan bahan nantinya .Untuk uji mekanik tersebut dilakukan dengan alat Toyoseiki ASTM 412, sedangkanuntuk uji termalnya menggunakan DTA (Differential Thermal .4nalyzer) ditujukan untuk mengetahui karakteristik terrna1dari pengaruhpenambahanaditif terhadapLD PE dan interaksi komposit tersebut terhadap sinar ultra violet.
BAHAN Bahan bahan yang digunakan diantaranya LDPE, irganok 1076,irganok 245. Sedangkanperalatan yang digunakan diantaranya labo plastomill, alat Toyoseiki ASTM 412 dan Alat DTA (Differiential Thermal Analyzer) -SETARAM serta alat bantu yang lain
CARA KERJA Pembuatan komposit dilakukan dengan cara menimbang beratcarnpuranLDPE dan irganokberkisar 40 -50 gram berat keseluruhan, disesuaikan dengan % berat variasi yang diinginkan. Kemudian dimasukkan
ke
dalam
ISSN1411-2213 tabu
plastomill
dengan
pengadukan 30 rpm, suhu 130 °C selarna 10 menit. Hasil pencampuran dibuat bentuk lembaran dengan alat tekan hidrolik pactatekanan 150 kgicm2 kemudian dI"buatdalarn bentuk dumbell untuk dilakukan
uji mekanik
strength, yield strength, elongation alat Toyoseiki
(ten.\'ile
at break) dengan
Pengujian termal dilakukan dengan alat DT A, sam~l yang digunakan kira -kira berat 10 fig, kemudian dipanaskan sampai suhu 500 °C dengan kecepatan kenaikan suhu 20 °C per menit.
BASIL DAN PEMBABASAN Penambahan aditif terhadap suatu polimer bertujuan untuk memperbaiki sifat polimer, dalam hal ini LDPE memiliki suatu kelemahan kurang tahan terhadap pengaruh cuaca khususnya panas, hujan, ataupun ultra violet. Oleh sebab itu dengan penambahanirganok 245 dan irganok 1076 dalam kadar tertentu diharapkan dapat memperbaiki sifat LDPE khususnya ketahanannya terhadap sinar ultra violet. Tabel I dan Tabel 2 memperlihatkan basil pengujian sifat mekanik berupa kekuatan tarik, kekuatan luluh dan perpanjangan putus. Dari kedua label tersebutmenunjukkan bahwa denganpenambahanaditif irganok 1076 maupun irganok 245 (lihat Tabel1 dan TabeI2), dapat menurunkan kekuatan tarik rnaupun kekuatan luluh. Hal ini disebabkan oleh adanya substitusi bahan aditif ke dalam rantai molekul polimer tersebut, yang terjadi pacta saat proses pencampuran dirnana molekul polimer mengalarni penggembungan. Dari Tabel I menunjukan bahwa penambahan irganok 1076 sebanyak 4 % berat dapat memberikan kekuatan tarik yang lebih besar dibandingkan penambahan irganok 6%, 8% dan 10 %berat. Artinya penambahanirganok 1076dengankandungan 4 % berat ke dalam polimer LDPE sudah dapat diaplikasikan sebagai bahan kemasan sesuai dengan kekuatan tarik dan kekuatan luluh yang dimiliki. Sedangkan untuk penambahan aditifirganok 245, hasilnya menunjukkan bahwa dengan penambahansebanyak 10 % berat dapat menurunkankekuatan tarik polimer.
Tabell. Sifat Mekanik LDPE dengan Irganok 1076 berbagai prosen berat sebekum penjemuran
242
kecepatan
KarakterisasiSifat Mekanik dan TermalKompositLDPE -lrganok (SugikS.)
Tabel 2. Sifat Mekanik
LDPE dengan Irganok
245 berbagai prosen berat sebelum
penjemuran. I
I
~
~-~~
-~~-
Sifat Mekanik
JenisSa~el
I I. i
I
2. 3.
LDPE murni
-
LDPE + 4% Irganok 245 LDPE ~+ 6% Irganok 245
Kekuatan tarik
Kekuatan 1111 lib
Perpanjangan PUtlB
(kg/cm2)
(kgicm1
106,4
167,8
(%) 746
97,8
125,9!--108,2
266,7
116,9
270
4.
LDPE + 8% Irganok 245
97,2
S.
LD~E+.I~ Irgano~.l--
86,4
Jika dibandingkan penambahan irganok 1076 dengan irganok 245 maka komposit po1imer daTihasi1 penarnbahanirganok 1076merniliki kekuatantarik yang 1ebih besar dibandingkan komposit po1imer dengan penambahanaditif irganok 245. Hal ini disebabkarioleh adanya perbedaan densitas antara irganok 245 1ebih besar dibandingkan dengan irganok 1076. Jika di1ihat kekuatan 1u1uhdaTipengaruh penambahanirganok 245 dan irganok 1076 terhadapbahan po1imerterlihat bahwa penambahan aditif irganok 245 mempunyai kekuatan luluh yang lebih besar jika dibandingkan dengan penambahan irganok 1076. Hal ini disebabkan irganok 245 memiliki densitas yang lebih besar dibandingkan irganok 1076 sehingga memperbesar juga luas permukaannya. Jika di1ihat basil analisis termal pada Gambar I , Gambar 2 dan Gambar 3 ternyata bahwa dengan penambahanaditifterhadap polimer dapatmeningkatkan kekuatan terhadaptermal. Untuk penambahanirganok 245 atau irganok 1076 memi1iki karakter yang hampir sarnayaitu meningkatkan kekuatanterma1 sarnpaisuhu 100°C .Hal ini dapat dilihat daTihasi1 ana1isisterma1 pada Gambar 1 atau Gambar 2 , yang mana diantara suhu 100 °C -150 °C polimer (LDPE) mumi maupun komposit LDPE + irganok akan mengalami perubahan
Gambar 1. Karakteristik
420
98,7
---
290
karenapengamh tennal yaitu mulai terjadinya pelelehan, dengan ditunjukkannya suatu puncak endotermik. Disisi lain terlihat bahwa pada suhu antara 200 °C -300 °C ditunjukkan adanya puncak ebotermis yang dimungkinkan mulai terjadi peiepasanpanasakibat pemutusan ikatan ataupun reaksi lainya. Disamping itu pengaruh penjemuran selama 12 minggu ditunjukkan pada suhu 200 °C -300 °C dengan puncak yang lebih menonjol yaitu 5 -10 mikroVolt jika dibandingkan dengan komposit sebelum penjemuran. Hal tersebut menunjukkan adanya sifat antioksidannya yaitu ketahanannya terhadap pengaruh daTi sinal ultra violet. Untuk komposit LDPE + Irganok 1076 6% memiliki puncak ek.~o!ermispada suhuyang lebih tinggi dibandingkan denganyang lain yaitu kurang lebih pada suhu 300 or. Disamping itu dengan penambahan irganok 245 atau irganok 1076 dapat menurunkan suhu degradasibahan polimer (LDPE) tersebut seperti yang terlihatdari Gambar I atauGambar2,dimanaLDPE murni mulai terdegradasi suhu 450 °C sedangkan komposit tersebut suhu degradasinyaberkisar suhu 400 °C untuk penambahanbahan aditif sampai 10%. Tabel3 dan Tabel4 memperlihatkansifatmekanik dari plastik LDPE denganberbagai persenberat irganok,
termal LDPE + irganok 245 setelah penjemuran
12 minggu
243
Prosiding Pertemuanllmiah lbnu Pengetahuandan TeknologiBahan 2002 Serpong,22 -23 Oktober2002
Gambar 2. Karakteristik 12 minggu
Gambar 3. Karakteristik
ISSN1411-2213
terrnal LOPE + Irganok 1076 setelah penjemuran
termal LDPE + Irganok 1076/245 sebelum penjemuran
yang telah rnengalami penjernuranselama 12minggu di udara terbuka. Dari data uji rnekanik dan datauji terrnal tersebut ternyata penarnbahan aditif yang paling baik adalah dengan penarnbahan aditif irganok 1076 sebanyak 6 %berat. Dikarenakan basil uji tariknya rnerniliki kekuatan lu1uh 131,2 kg/crn2 dibandingkan dengan penarnbahan irganok 245 serta dibandingkan dengan uji rnekanik yang 1ainnya. Sedangkan karakterisasi termalnya penambahan aditif 1076 sebanyak6 % suhu degradasinya harnpir sarnadengan LDPE rnurninya.
memiliki kualitas bahan yang lebih baik jika dibandingkan dengan penambahan aditif irganok 245 yaitu dengan ditunjukkannya kenaikan suat mekanik dan termalnya setelah penjemuran 12 minggu. Sifat mekanik yang ditunjukkan yaitu dengan basil uji tariknya mencapai 106,3 kgtcm2dankekuatanluluh 131,2kgtcm2 dibandingkan dengan penambahan irganok 245. Sifat termalnya yaitu ketahanannya terhadap pengamh sinar ultra violet ditunjukkan adanyapuncak eksotermispada suhuyang lebih tinggi dibandingkan dengan yang lain yaitu kurang lebih pada suhu 300 °C
KESIMPULAN
DAFTARPUSTAKA
Penambahanirganok 1076 maupun irganok 245 dapat menurunkan sifat mekaniknya yaitu terhadap ketahanantarik dan ketahananluluh. Penambahanaditif irganok 1076 sebanyak 6 % berat terhadap LDPE
[1].
244
YOESOEFSANTO, PerkembanganTekn%gi Indu.\'tri P/astik Perma.\'a/ahannya,Assosiasi IndustriPlastikIndonesia( APINDO) , (2000)
KarakterisasiSifat Mekanik dan TermalKompositLDPE -lrganok (Sugik S.)
Tabel 3. SiCat Mekanik LDPE dengan irganok 1076 berbagai persen berat setelah penjemuran 12 minggu
Tabel 4. Sifat Mekanik LDPE dengan irganok 245 berbagai persen beratsete1ah penjemuran 12 minggu
[2]. HAMBALI
BAKAR, IWAN SUGIARTO, Penambahan Additif untuk Plastik Pertanian, Laporan Penelitian, Jurusan Teknik Kimia, Fakulta.~ Teknologi lndustri, ITI -Serpong,
(2002).
[3]. Petrochemical Industries Series,Studiesin Pla.\1ic Fabrication and ,4pplication, Monograph no. 3 United Nation , New York , (1969) [4]. JOSEPH C SALOMONE, Polymetric Materials Encyclopedia, Editor In Chief, 8. [5]. SAITO, SHINROKU DAN SURDIA, TATA, Pengetahuan Bahan Teknik . I, Elastomer and Rubber [6] FRANTA Compounding Material, Studies in polymer Sciences, Elseiver F.
[7]. ERNEST W FLICK, Plastic additives and industrial Guide,NoyesPublication, Park ride, NewJersey,USA, (1986). [8). RadianCorporationMclean,Chemicalsadditives for the PlasticsIndustryProperties.Application , Toxicologies,NoyesData Corporation(NDC) , ParkRide, NewJersey,USA,(1987). [9). CAMPBELLI, PETER, Permanent magnetic Material and their Application, Cambrige UnivercityPress,(1994).
245
