Prosidin
Pertemuan l/miah Sains Materi 1997
ISSN 1410 -2897
STUDI DEGRADASI POLIPROPILEN (PP) IRADIASI PADA KONDISI LING KUNG ANI A. Suliwamo2,A. Sunamr, I. Marlijanti 2,M. Sumartr daDS. Susilawati:
ABSTRAK STurn DEGRADASI POLIPROPILEN (PP) IRADIASI PADA KONDISI LINGKUNGAN. Telah dilakukan radiasi berkas elektron terhadap HPP, HPP plus dan CPP plus NA dengan dosis 0, 5 ,10 dan 30 kGy dengan menggunakan Mesin Berkas Elektron tipe GJ-2 dengan energi 1 MeV kuat arus 1,5 mA. Uji degradasi dilakukan dengan penyimpanan sampel pada beberapa tempat yaitu ; di atas atap, di atas tanah, di dalam tanah, serta di dalam ruang. Parameter degradasi yang diamati yaitu tegangan putus (Ts), perpanjangan putus (Eb), dan titik leleh (Tm). ditentukan secara periodik dari 1 minggu hingga 24 minggu (6 bulan). Hasil anaiisis menunjukkan bahwa HPP iradiasi tersimpan di dalam tanah lebih cepat rapuh dibanding di dalam ruang. Adanya sinar matahari mempercepat degradasi HPP tertsimpan di atas tanah dan di atas atap. Kecepatan degradasi HPP iradiasi proporsional terhadap dosis radiasi Sampel HPP plus NA terdegradasi lebih cepat dari pada HPP, baik dengan perlakukan iradiasi maupun kontrol pada semua lokasi penyimpanan. Kopolimerisasi PP menmbuat CPP lebih slabil dibanding HPP. Oi berbagai penyimpanan CPP plus NA terdegradasi lebih lama dibanding PP mumi. Oi dalam ruang dan dalam lanah, CPP plus NA mengalami penurunan Ts dan Eb yang relatif kecil, meski pada sampel dengan dosis radiasi 30 kGy hingga penyimpanan 24 minggu. Penurunan Ts dan Eb secara tajam leramali pada penyimpanan di atas atap dan di atas tanah. Analis termal menunjukkan bahwa untuk semua sampel iradiasi mempunyai Tm lebih rendah dari pada kontrol. Penurunan Tm yang draslis pada HPP plus NA dan CPP plus NA terjadi setelah 8 minggu penyimpanan
ABSTRACT STUDY
ON
DEGRADATION
OF
IRRADIATED
POLYPROPYLENE
(PP)
UNDER
VARIOUS
ENVIRONMENTAL STORAGE. Irradiation of the HPP. HPP plus NA (nucleating agent) and CPP Plus NA were carried out using the GJ-2 Electron Beam Machine type with the energy of 1 MeV and 1.5 mA of current rate. The dose rate were 5 kGy and 10 kGy/ pass with the total doses were used of 5, 10, and 30 kGy. Degradation of samples were elucidated by storing the sample on the root; on the ground. under the ground and in the room. Degradation were determined by measurement of mechanical properties (Ts and Eb) and Tm (temperature of melting) in the periodically from I week up to 24 weeks (6 months). Experimental result showed that the control and irradiated HPP were stored under ground did not showed any different in the rate of degradation. but for the irradiated one. the sampel which stored under ground degraded faster than that of in the room storage. The sample stored on the ground was degraded faster than in the room as well as under ground storage. The samples of HPP plus NA degraded faster than HPP for all of the location storing. Copolymerization of PP made its more stable than the HPP. The sample of cpr plus NA were stored in the room and under the ground storage of showed the marginally decreased of mechanical properties eventhough for the irradiated one (30 kGy) until 24 weeks of storage. The sharply decrease was found on the roof and under ground storage. The thermal analysis shows that the irradiated samples have a lower of Tm than that of control. Sharply decreased of Tm of HPP plus Na and cpr plus NA were found after 8 weeks of storing
KEY WORD Degradation,Irradiation. Polypropylene
PENDAHULUAN BAHAN DAN METODE Polipropilen (PP) merupakan jenis plastik yang secaraurnurn banyak digunakan sebagai bahan pengernas baik rnakanan, rninurnan rnaupun obatobatan. Hal ini karena PP rnernpunyai beberapa keunggulan yaitu ketahanannya terhadap bahanbahan kirnia, tidak beracun, rnurah, serta rnudah dirnodifikasi clan dicetak [I]. Di sarnping itu, PP rnerupakan plastik yang tidak terdegradasi secara alarniah, sehingga sangat rnungkin rnenambah rnasalah lingkungan. Dalam usaha rnengantisipasi rnasalah ini, penggunaan teknik iradiasi telah dicoba untuk rnenginduksi daya degradasi PP . Dengan perlakukan clan rnodifikasi PP ini, diharapkan degradasinya dapat dikontrol. Dalan percobaan ini telah dipelajari kecepatan degradasi daTi serta1>Piradiasi clan kontrol [2].
Bahan PP homopolimer (HPP) dengan melt flow index (MFI) 10, HPP pelet dengan MFI 8, ditambah NA (nucleating agent) yakni sejenis aditif untuk menambah transparansi film., yaitu t-butylbenzoicAI, kopolimer polipropilen (CPP), dengan kandungan 2,8% gugus etilen MFI 8 berasal daTi JAERI, Takasaki.
Metode Sebanyak12,2 gram serbuk HPP, pelet cpr plus NA, dan peletHPPplus NA dibuat film dengancara pengepresan150 kg/cm2, pada 190°C selama 6 menit, kemudian dipres dingin selama 3 menit. Film-film yang diperolehmempunyaiketebalan0,43
198
Prosidin
Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997
/SSN 14/0 -2897
hingga 0,50 mm, dipotong denganpisau dumbbell sedangkansampel iradiasi rapuh dalam I minggu. seriASTM D-1822-L,digunakansebagaisampel. Pengaruh sinar matahari secara langsung pada fotooksidasiserta efek tennal diduga mempercepat Iradiasi proses degradasi,yang secaravisual juga terlihat Sampel diradiasi elektron dengan menggunakan dari adanya pemudaranwama. Sementarasemua mesin berkas elektron di PAIR-BATAN tipe GJ-2 sampeldi atas ataprapuhkurangdari Iminggu.. dengan energi IMeV, kuat arus 1,5 mA. Dosis total yang digunakan adalah 5, 10, daD 30 kGy dengan laju dosis 5 kGy daD 10 kGy per lintas. Pengujian degradasi sampel Uji degradasi sampel karena efek radiasi, sampel iradiasi daD kontrol masing-masing disimpan pada beberapa lokasi yaitu; dalam mangan, di atas atap, di dalam tanah (:t 10 cm), daD di atas tanah. Di atas atap sampel ditempatkan pada sebidang papan kayo dengan kemiringan 50°, menghadap ke arah timur. Sampel-sampel ini dianalis setelahtersimpan 1, 2, 3 minggu, serta setelah 1,2,3, clan 6 bulan. Parameter yang diamati adalah tegangan putus (Ts), perpanjangan putus (Eb) daDtitik leleh (Tm). Tegangan putus daD perpanjangan putus Tegangan putus clan perpanjangan putus ditentukan dengan menggunakan alat Strograp-RI buatan Toyoseiki kecepatan tariklOO mm/menit pada suhu ruang. Tegangan putus adalah beban yang dikenakan pada saat sampel putus per satuan luas penampang
Gambar la. Teganganputus (kg/cm1 HPP iradiasi clan kontrol vs. waktu simpan .( 0 : Dalam ruang, : Di dalam tanah)
lintang.
Titik leleh Titik .leleh(temperature of melting, Tm) dari sample ditentukan dengan menggunakan DSC meter merk DuPont -9900. Pengukuran hanya dilakukan untuk sampel disimpan di atas atap, dengan rentang variasi temperatur 40 hingga 200°C, laju pemanasan 10°C/menit. Pengukuran dilakukan sebanyak 2 kali pemanasan,dan basil penentuan yang ke dua dicatat sebagaiTm .
HASIL DAN PEMBAHASAN
8
12
2A
Waktu Simpan, (Minggu) Gambar lb. Perpanjangan putus (%) HPP iradiasi daD kontrol VS. waktu simpan. ( 0 : Oalam ruang, Oi dalam tanah )
HPP Tegangan putus (Ts) dari HPP di dalarn ruang terlihat pada gambar ]a. Hingga rninggu ke 24 penyirnpanan, HPP kontrol relatif kecil rnengalarni
penurunanTs (Tabel lA, dari 421 rnenjadi 400 kg/crn1, sedangkanuntuk dosis 5 dan 30 kGy terlihat rapuh (Ts=O) rnasing-rnasing pada rninggu ke 24 dan minggu ke 8. Di dalarn tanah, penurunan Ts rnernpunyai tendensi yang sarna, sarnpel iradiasi rapuh lebih cepat dari pada didalam ruang, sarnpel iradiasi dosis 5 kGy rapuh setelah 12 rninggu penyirnpanan. Sampel non iradiasi tersimpan di atas tanah rapuh setelah 4 rninggu penyimpanan,
Proses degradasi melalui oksidasi terjadi karena migrasi radikal dari rasa kristalin ke bagian permukaan (amort). Perpanjangan pulis (Eb) dari HPP (Gambar lb) mempunyai pola penurunan yang sarna dengan penurunan tegangan tarik selama penyimpanan. Sampel di dalam tanah lebih cepat mengalami penurunan Eb dari pada di dalam ruang, untuk dosis yang setara. Dari pengamatanTs daD Eb, HPP tersimpan di atas tanah terdegradasi lebih cepat dari pada di dalam tanah, hal ini diduga sampel didalam tanah terlindung dari pengaruh sinar
199
Prosidinf! Pertemuon I/mioh ,"loins Moteri /997
ISSN /4/0 -2897
memperpendekjarak migrasi dari radikal terjebak, sehingga kecepatan oksidasipun bertambah. Degradasi sampel iradiasi juga terlihat daTi memudamya film menjadi opak (keruh). lni menunjukkanbahwa NA dapat mempercepatdaya degradasi,meskipuntanpaperlakuaniradiasi.
matahari secara langsung, sehingga proses fotoksidasi bisa terhambat. Degradasi sampel di dalam tanah lebih cepat dari pada di dalam ruang baik untuk HPP kontrol maupun HPP iradiasi. Degradasi ini diduga karena pengaruh kondisi tanah serta lingkungan air.
I
cIl
\~ \
2.
l i
"":,.
~:
.12
I
I
2.
Waktu Simpan, (Minggu)
Garnbar2a. Teganganputus(kg/cm1 dari HPPplus NA padaberbagaidosis radiasiselarna penyimpanan.
Gambar3a.Teganganputus (kgicm2)CPPplus NA denganvariasidosis radiasipadaberbagai lokasipenyimpanan.
Gambar 2b. Perpanjangan putus (%) HPP plus NA iradiasi dan kontrol selama penyimpanan
HPP plus NA Gambar 2a clan 2b masing-masing memperlihatkan tegangan putus (Ts) clan perpanjangan putus (Eb) daTi HPP plus NA. Adanya NA pada HPP yang berfungsi untuk menambah sifat transparansi, di sis lain memper-pendek daya simpan pada semua lokasi. Sampel non iradiasi tersimpan di dalam ruang dan di dalam tanah masing-masing rapuh pada minggu ke 8 clan ke 4 dari penyimpanan, sedangkan untuk dosis 5 kGy rapuh dalam 2 minggu penyimpanan. Di dalam HPP, NA diduga berpengaruh terhadap sifat morfologi primer HPP yaitu menurunkan ukuran sferulite [2]. Adanya penurunan sifat morfologi (sferulite) akan
Gambar 3b. Penurunan perpajngan putus (%) CPP plus NA dengan variasi dosis radiasi selama penyimpanan CPP puis NA Kopolimerisasi PP dengan gugus etilen akan menambah sifat mekanik, ini terlihat dari tidak adanya penurunan Ts secara tajam untuk sampel non iradiasi selama penyimpanan sampai dengan 6 bulan, kecuali di atas atap. Efek radiasi terlihat pada penurunan Ts, namun cpr plus NA mempunyai daya simpan yang lebih lama dari pada HPP dan HPP plus NA (Gb. 3a ). Sampel dengan dosis 5 kGy dapat tahan tersimpan hingga minggu ke 24.
200
Pros;d;nl! Pertemuan llm;ah Sa;ns Mater; /997
/SSN /4/0 -2897
Penurunan Ts di atas tanah lebih cepat dari pada di dalam tanah dan di dalam mango Sampel dengan dosis 30kGy tersimpan di dalam mang dan di dalam
tanah masih bertahandenganharga Ts 300kg/cm2 sampai dengan minggu ke 24, sedangkan untuk di atas tanah telah rapuh. Hasil penyimpanan di atas atap terlihat bahwa sampel kontrol rapuh pada minggu ke 8, sedangkan untuk dosis 5 dan 30 kGy masing-masing pada minggu ke 4 dan ke 3. Dari hasil ini terlihat bahwa perlakuan radiasi dapat memper-cepat degradasi melalui fotooksidasi dan oksidasi terrnal.
GambarB. Sferulitedati CPP *) *) Miligi et.al, Comparisan of the degradability of irradiated PPand poly(propylene-co-ethylene) in the natural environmental.
Gambar A. Sferullite dari HPP *)
Dari basil percobaan terlihat bahwa kopolimerisasi clan penambahan NA dapat memperpanjang waktu ~impan baik untuk sampel iradiasi maupun kontrol. Proses kopolimerisasi akan menyebabkan perubahan sifat morfologi primer clan memperkecil ukuran sferulite (Gb. A clan Gb. B).
Dilaporkan juga bahwa adanya NA akan berpengaruh terhadap struktur molekul yang berkaitan juga dengan penurunan sifat morfologi tersebut [2]. Ini diduga merupakan faktor dimana cpr plus NA akan lebih stabil terhadap degradasi radiasi clan fotooksidasi selama penyimpanan. Analisis termal. Analisis termal dilakukan buat sampel-sampel tersimpan di atas atap, dimana ke dua proses oksidasi clan fotooksidasi belangsung. Titik leleh (Tm) dari sampel ditentukan dari ha:sil analisis pada pemanasankedua, karena sampel telah mengalami rekristalisasi sewaktu proses pendinginan pada pemanasanpertama. cpr plus NA mempunyai ukuran sferulite lebih kecil dari pada HPP clan HPP plus NA, karena itu oksidasi yang terjadi merubah sifat morfologi secara cepat sampai dengan 4 minggu, kemudian perubahan itu berjalan lebih lambat. Gambar 4 menunjukkan perubahan Tm dari HPP, HPP plus NA, serta cpr plus NA selama
'.°r-o-;:
Gambar 4. Temperatur leleh (Tm) dari HPP, HPP plus NA, daDCPP plus NA pactadosis radiasi 0 daD30 kGy, se\ama penyimpanan di atas atap. ( : kontro\ (OkGy) , x : 30 kGy)
Fotooksidasi yang terjadi selama penyimpanan menyebabkan terjadinya perubahan morfologi HPP, clan radiasi dapat mempercepatproses fotooksidasi.
penyimpanan.
201
ProsidinJ! Pertemuan l/miah Sains Materi 1997
1SSN1410 -2897
KESIMPULAN PP mumi (HPP) terdegradasi dalam udara
melalui proses oksidasi. Proses oksidasi ini dipercepat oleh absorpsi sinar matahari (fotooksidasi) dan perlakuan radiasi. Degradsai HPP iradiasi dapt dipercepat juga oleh linngkungan berair dan kondisi dalam tanah. Porses oksidasi menyebabkan terjadinya perubahan penurunan sifat
mekanik. Adanya NA pada HPP dapat mempercepat proses degrdasi, walaupun tanpa perlakuan iradiasi. Kopolimerisasi menyebabkan PP lebih stabil, adanya NA dapat mempercepat degradasi walaupun tanpa terjadi penurunan sifat mekanik yang cepat. Proses kopolimerisasi PP dengan gugus etilen akan mempertinggi sifat mekanik serta daya degradasi dari HPP.
[2] MILIGI,G., et al., Comparison of the degradability of irradiated polypro-pylene and poly(propylene-co-ethylene) in the natural environment, Polymer Degradation and Stability, 49, Elsevier Sci. Ltd., (1995).
[3] EL SAYEDA, A.., et al., Radiation Induced Oxidative Degradation of Isotactic Polypropylene,Journalof Applied Science,26, John Willey and Sons,(1981). [4] GIJSMAN,P., HENNEKENS,J., and VINCENT,J., The mechanism of the lowtemperature oxidation of polypropylene, PolymerDegradationand Stability, 42, Elsevier Sci.,(1993). [5] CHAPIRO A., Radiation Chemistry of PolymericSystem,lntersciencePub.,New York, (1962).
UCAP AN TERIMA KASIH. Penulis mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnyakepada Bapak Dr. Mirzan T. Razzak, Kepala Pusat Aplikasi Isotop clan Radiasi, clan Dr. F Yoshii alas bantuan material serta teknis selama penelitian ini dilakukan.
DAFTARPUSTAKA
[6] QUILLlN,D.T., et al., Crustallinity in the Polypropylene/Cellulose System I. Nucleation and Singapore, Crystalline Morphology, Journal of Applied Polymer Science, 50, No 7, John Willey Pub., (1993).
[J] KROSCHWITZ,J.I., Concise Encyclopedia Of Polymer Science and Engineering, John Wiley
and Sons,New York, (1995).
Lampiran Tabell. Perubahanteganganputusffs,(kg/cm1 dan perpanjangan porus(Eb), (%) HPP selamapenyimpananpada berbagailokasi. A. Kontrol
202
ij
Pros;d;n{! Pertemuan I/m;ah Sa;ns Mater; 1997
lSSN 1410 -2897
c. Oasis30 kGy 2
0
4
Ts 1 EB-crTS Eb,-rs-I~~Ruang Dalamtanah Atastanah Atas atap
1382~~f298'
Ts Eb 390, 292, 3[6-~286TO
8 12 Ts , Eb , Ts , Eb
24
Ts
Eb
1382' 412 10 412
~0
I 382-~MIIO
Perubahan teganganputus/fs, (kg/cm1 danperpanjangan putus(Eb), (%) HPPplus NA selamapenyimpanan.
Perubahan teganganputusffs,(kg/cm1 daDperpanjangan putus(Eb), (%)CPPplus NA selamapenyimpanan.
A. Kontrol
ILOkasIT@~ iO 1382! Tabel2. Tabel3.
203
