Penehuan don Pengembangan Aphkasi /salop dan Radiasi. /999
STUDI SIFA T FISIK, MEKANIK DAN TERMAL TERHADAP CAMPURAN KOPOLIMER KARET ALAM SnREN DAN POLIETILEN (LDPE) Men SuI1artini,Marga Utama, M.Sumarti, S. Susilowati T. Puspitasari, D.Listina, dan Marsongko PusatAplikasi lsotopdanRadiasi,BArAN
ABSTRAK STUDI SIFAT FlSIK, MEKANIK DAN TERMAL TERHADAP CAMPURAN KOPOLIMER KARET ALAM STffiEN DAN POLIETILEN (LOPE). Penelitian ini dilakukan untuk memperbaiki sifat fisik kopolimer karet alam stiretl. Kopolimer karet alarn stiren dicampur dengan polietilen densitas rendah (LDPE) pada konsentrasi 5, 20, 50, 70, 90 psk (perserntus karet) dan masing-masing digiling sebanyak 20, 40, 60, 80 kali pada temperatur 140°C. Hasil penggilingan kemudian dilakukan proses pengepresanmasing-masing pada 20,40, 60, 80, 100, 130,200 kg/cm2 pada temperatur 160°C. Hasil percobaankemudian dianalisis sifat fisiko mekanik dan termal. Hasil analisis menunjukan bahwa kopolimer karetalarn stiren yang dicampur det1ganPE sebanyak 20 psk digiling 60 kali pada temperatur 1400Cdan ditekan pada 200 kg/CIn pada temperatur 160°C mempunyai sifat flSik lebih baik dibaIldingkan yang diproses dengan kondisi operasi yang lain. Bahan tersebut mengalaIni penurunan kualitas sifat fisik sebesar rata-rata 3,16% pada daur ulang secaralangsung.22,67010pada daur ulang yang dilakukan setelah proses penguSatlgan. Pengukuran titik leleh dari campuran tersebutmempwlyai temperatur 112,09°C.
ABSTRACT PHYSICAL, MECHANICAL AND rnERMAL PROPERTIES STUDY ON mE MIXING OF STYREN NATURAL RUBBER COPOLIMER WIllI POLYEmYLENE. The researchwas done to improve physical propertiesof styren natural rubbercopolimer. The--samples-wasblendwith Low Density Polyethylene (LDPE) at consentrntion5, 20, 50, 70, 100phr andblend at 20, 40, 60, 80 timesof masticationat temperatw-e140°C and pressedat pressure20, 40, 60, 80, 100, 130,200 kg/cm2at temperaturel60°C. The resultshowing that styren natural rubbercopolimer that mix with 20 phr polyethyleneand 60 times of masticationat temperature140°C,was pressed at 200 kg/ctn2 have better physical propertiesthan other operation conditions. The melting point measurement was oblllitledat l12.09°C.
PENDAHULUAN Salah satu lnasalah serius dalam pengendalian lingkungan adalah menimbwmya sampah dari jenis plastik, yang tidak dapat didaur-ulang, lnisalnya produk dari karet alamo Hal ilU disebabkan karet alam merupakan jenis polimer tennoset (tidak dapat di bentuk kembali dengan pemanasan)selain itu sulit terdegradasi. Dari basil penelitian pendallu1uan menunjukan ballwa karet aIam setelah dikopolimerisasi radiasi mengalami perubahan struktur molekul sehingga menjadi tennoplastik karet alarn (TEKA) yang produk karetnya dapat didaur-ulang. Tennoplastik elastomer karet alam adalah jenis campuran yang kini banyak dipergunakan daIarn industri sepatu karet, suku cadang kendaraan bennotor daD alat kedokteran. Salah satu keuntungan dari penggunaan TEKA tersebut adalall limbalulya dapat didaur-ulang. Penelitian ini bertujuan mcmperbaiki kualitas TEKA dari jenis kopolimer karet alarn stiren yang masih mcmpunyai kekurangan diantarnnya tegangan putus 5<111gat menurun setelah didaur ulang selain itu proses pendaurulangan barn dapat dilakukan pada temperatur diatas 400°C (Marga Utama). Untuk mendapatkan kualitils yang diinginkan dilakukan percobaan dengan menambal1kan polietilen dengan konsentrasi tertentu. Dil\afapkaJl sifat dari LDPE yang ditarnbal1ka11 akarl mempengarnlu sifat fisik kopolimer karet alarn stiren.
BAHAN DAN METODE Bahan. Lateks karet alam diperoleh dari perkebunan karet PTP XI Pasir Waringin, Jawa Bamt. Bahan perneka, stire!1,polietile!1, rninyak proses, dan asam stearnt.
Alat. Rol mill modelRO-ECR-FF,alat pressdan tensiletesterbuatanToyoseikiLtd. Metode. Pada penelitian ini lateks diberi bahan pemeka dan diiradiasi dengan dosis 2 Mrad, setelah itu ditambahkan stiren kemudian diiradiasi kembali dengan dosis I Mrad. Kopolimer karet alam stiren tersebut kemudian dikeringkan, diblending dengan polietilen (LOPE) dengan ratio 5; 20; 50; 70; 90 psk, ditarnbahkan minyak proses 1,5% daD asam stearnt 1% untuk memuda11kanproses pencampuran. Hasil pengolahan tersebut kemudian dimastikasi (digiling) sebanyak 20; 40; 60; 80 kali pacta temperatur 140°C Ialu dipress pada tekanan awal 5 kgicm2 daD tekanan akhir 20; 40;60; 80; 100; 130; 200 kgicm2 pacta temperatur 160°C seJama5 melut. Hasil akllir yang berupa film karet dianalisis kualitasnya yaitu tegangan putus, perpanjangan putus dengan menggunakan "instron tester", yang prosedumya disesuaikan dengan standar ASTM, relaiD itu juga dianalisis kekerasan, persen pengembangan volume daD dan analisis titik leleh menggW1akafiOSc.
237
Peneliliandon Pengembangan Aplikasi lsotop don Radiasi,1999
PEMBAHASAN Hasil percobaanpengarullpenambahanpolietilen terhadapkopolimer karet alaIn stiren dapat dilillat pada Tabel 1. Dari label tersebut dapat dilihat, ballwa pada campuran kopolimer karet alam stiren daIl polietilen denganratio 20 psk mempunyaikekuatantarik lnaksimal yaitu 110,62kg/cm2, dan berangsur-angsur menurunpada konsentrasi polietilen yang lebih besar. Hal ini kemungkinandisebabkanpada konsentrasipolietilenyang lebih besar campuran tidak homogen, sellingga menyebabkantingkat penCampuranmenurun. Demikian juga padaperpanjanganputus dicapaititik lnaksimalpada penambahanpolietilen sebanyak20 psk. Sedangkanpada rasio pengembangan volume dapatdilihat bahwasemakin banyak konsentrasipolietilen yang ditamballkan, terjadi penurunan nilai rasio pengembanganvolume yang disebabkanpada konsentrasipolietilen yang lebih tinggi nilai rasio pengembangan volume sangatdipengaruhioleh nilai rasio pengembangan volume dari polietilenitu sendiri yang memangrelatif rendah.Sedangk.:1ll untuk kekerasan terjadi nilai yang konstansetelahpenambahanpolietilen sebanyak 20 psk, yang disebabkankekerasantersebut akllirnya mendekatikekerasandari polietilen itu sendiri.
Tabel
Tabel3
Sifat fisik carnpurankaret alam stiren dan 20 psk polietilen (LDPE) pada variasi tekanan pengepresan
Sifat fisik catnpuran karet alarn stiren pada variasi penarnbahan konsentrasi polietilen (LDPE)
Keterangan: Tb (TensileL\'trength) Eb (Elongationat break) Swell (L\'wellingratio) H (Hardnes.~)
Kekuatantarik (kg/cm1 Perpanjangan putus (%) Rasiopengembangm1 volume Kekerasm1(Shore)
Tabe! 2. Sifat fisik campurankaretalam stirendaIl20 psk
polietilen (LDPE) padavariasijumlah mastikasi Jumlall Tb Mastikasi (kg/cm2) 20 83,4 40 84,2 60 110,62 80 110,08 100 110,92 Keterangan: Tb (Tensile Strength) Eb (Elongationat break) Swell (Swelling ratio) H (Hardness)
EB
~356 380 416,7 412,3 413,5
.S'WEU
4,95
4,73 4,07 4,07 4,01
H (Shore) 64 64
67 67
67
Kek"Uatan tarik (kg/cm1 Perpanjangan putus (%) Rasiapengembangan volume Kekemsan (Shore)
Tabel 2. Memperlihatkan basil percobaan pengarull banyaknya frekwensi penggilingan terlmd.1psifat
238
fisik, dari data tersebut dapat diketahui bahwa penambahan frekwensipenggilinganantara20 kali hingga 60 kali memberikankenaikan secara gradual, terhadap tegangan dan perpanjangan putus, sedangkan apabila frekwensipenggilingandinaikanrnakakekuatantarik dan perpanjangan putusturun kembali, hal ini disebabkanpada penggilingan yang berlebih terjadi pemutusan rantai molekul pada campurantersebut. Penggilingan optimal terjadi padafrekwensi60 kali penggilingan.Untuk rasio pengembangan volume semakin banyak jurnlah penggilingan rasio pengembangan volume semakin menurun, hal ini kemungkinan disebabkan dengan banyaknyapenggilingan bahan menjadi lebih homogen dan terrnampatkan sehinggasukardimasukipelarut. Pada kekerasan,setelahpenggilingan60 kali, kekerasanstabil tidak meningkat lagi walaupun jumlah penggilingan ditambah hat ini kemungkinan disebabkan pada penggilingan 60 kali bahan sudah tercarnpur secara homogen.
Keterangan: Tb (TensileStrength) Eb (Elongationat break) Swell (Swellingratio) H (Hardness)
Kekuatantarik (kg/cm1 Perpanjangan putus (%) Rasiopengembangan volume Kekerasan(Shore)
Tabel 3 dilukiskaIl pengarull besarnya tekanan pengepresanterhadap sifat fisik campuran karet alam stiren dan polietilen. Pactatabel tersebut terlihat bahwa teganganpUllS meningkatbila tekanan dinaikkan (pada percobaanini karenakemampuanalat untuk pengepresan maksimal200 kg/cm2,makapengaruhpengepresan hanya dapat dianalisis sampai 200 kg/cm1. Demikian juga perpanjangan putus, yang disebabkan oleh tekanan pengepresan yang lebihbesarmolekullebih tennampatkan sehingga terjadi ikatan fisik yang kuat antara molekul kopolimer karet alam stiren dengan FE, yang akan meningkatkankekuatan tarik dan perpanjanganpUllS. Pengepresandilakukan pacta temperatur 160°C yang merupakan temperatur di atas titik leleh polietilen, diharapkanbila diprespactatemperatur160°Ctersebut,PE akan meleleh dan memasukirongga di antara molekul kopolimer KA stiren, sehingga terjadi ikatan fisik yang kuat. Pada ratio pengembangan volume ("swelling"), pada tekanan pengepresan 20 clan 40 kg/cm2, sampel pecah, llal ini disebabkan pada pengepresan tersebut belum
Pene/ilian don Pengembangan Ap/ikasi J,SOlopdan Radiasi, /999
terjadi ikatan fisik yang kuat mltara kopolimer karet alanl stiren dengml polietilen, sehinggalnasih terdapatrongga diantaranya yang mudah dimasuki pelamt. Tingkat kekerasan terlilmt bahwa semakin besar tekanan, kekerasansemakin meningkat, hal ini disebabkanpada tekanan yang lebih tinggi, cmupurnnlebih tennampatkan, lnakaotomatiskekerasanakanmeningkat. Pada Gmubar 1 dilukiskan pengamh pendaumiangansebelumdan setelahdiusangkanterhadap kekuatantarik campurnnkopolimer karetalam stirendan polietilen. Dari gambar yang bempa garis polinominal tersebut terlihat ballwa kekuatan tarik dari cmupuran menumn3,71%karenaadanyaperlakuanpendaumlangan daD menUrulI sebesar 26,11% karena perlakuan pengusangandatI pendaurnnulang. Akatl tetapi terlilIat perilaku dari SaIupeltersebut, antara yang belmu dan setelahdidaur-ulangbaik yang belum diusangkan,maupun yang telah diusangkantidak berbedajauIl, lnasing-masing membentukgaris polinominal denganpersamaanlnasingmasingyaitu :
pengembangan volmue. Dari Gambar 4 tersebut terlihat bahwa setelall did.'1ur-ulangtanpa diusangkan terjadi peningkatanrasio pengembanganvolume (0,74%) dan akan lebih meningkatlagi setelahdiusangkan(36,03%), hal ini disebabkanadanyarantai molekul yang terputus sehingga pelarut lebih mudah masuk di antara rantai molekulyang terputustersebut.Dari gambar tersebutjuga terlihat bahwa perilaku rasio pengembangan volume baik sebelmn didaur-ulang, maupun setelah didaur-ulang sebelumdan setelah proses pengusangantidak berbeda jauh, masing-masingmembentukgaris denganpersamaan logaritmik sebagaiberikut :
Sebelumdidaur ulang
Y = -0,4249 In (X) + 6,3447
Y = 0,0005 X2 -0,0143 X + 93,56
R2
=
0
Setelah didaur WillIg, tanpa penguSaIIgan ; R2 = 0,9954
Setelahdidaur wang, daDdiusangkan Y = 9E-o5X2 -0,0031
X -72,5
; R2 = 0,91412
Gambar 2 memperlihatkan pengaruh pendaurulangan sebelwn dan setela11 diusangkan terhadap perpanjanganputus. Seperti pada kekuatan tarik pada perpatljanganputuspunmenunjukkanperilakuyang sarna daD membentuk garis polinominal, dengan persatnaan masing-lnasingyaitu :
Y = -0,2724 In (X) + 5,6766
; R2 = 0,9987
Setelahdidaur ulang
; R2 = 0,7826
Pada Gatnbar 4 dilukiskan pengaruh pendaurulangan sebelum dan setelah pengusangan terlk1dapkekerasan,daTi gambar tersebut terlihat bahwa kekerasanmenurun dengan adanya proses daur-ulang, pada seluruh tingkat besaran pengepresan, hal ini disebabkanpada penggilingan dan pengepresanyang berulang,rantaimolekulakanterputusdenganterputusnya rantai molekul maka bahan campuran tersebut menjadi lebih lunakdari sebelummengalarniperlakuanpengolahan kembali.Dari gambartersebutjuga terlihat bahwaperilaku kekerasanbaik sebelum maupun setelah didaur-ulang, sebelumdan setelah proses pengusangantidak berbeda jauh, masing-masingmembentukgaris denganpersamaan logaritmik sebagaiberikut : Sebelum didaur ulang ; R2 = 0,9165
Setelahdaur ulang dan proses pengusangan ; R2 = 0,9165
Setelah daur ulang tanpa proses pengusangan R2 = 0,9973
Setelahdidaurulang dandiusangkan Y = 0,0003 X2 -0,012 X + 295
; R2 = 0,6573
Setelahdaurulangtanpaprosespengusangan
Y = 1,5225 In (X) + 55,004
Y = 0,0031 X2 -0,2322 X = 321,4
; R2 = 0,3754
Se~elah daurulangdan prosespengusangan
Y = 1,5225 In (X) + 59,004
Sebelumdidaur uJang Y = 0,0036 X2 -0,2467 X + 323,33
y = -0,2716 In (X) + 7,2228
9901 ,
Y = 0,0005 X2 -0,0214 X + 90,78
SebelumdidauruIang
.R2= ,
09915 ,
Y = 1,5225 In (X) + 50,004
; R2 = 0,9165
Tabel4. Pengaruh konsentrasipolietilen (LDPE) dalam campurankaret alarn stiren polietilen terhadap entalpibahandaDtitik leleh
Perpanjangan putus akan menurun sebesar 2,13% pada pendaurulangan taIlpa pengusangan, dan menurun sebesar 14,91 % pada pendaurulangan sete1ailproses pengusangan. Keadaan diatas pacta Gambar (1) dan (2) disebabkan oleh pemutusaIl ik.'ltaIl rantai molekul karena adanya proses penggilingan, pemanasan dan pengepresanyang beruiang, yang berakibat menunumya kuaiitas atau kurang sen1pumc'lnyasifat termoplastik. Gambar 3 dilukiskaIl pengarull daur-ulang sebelum daD setelall diusangkan terlk1dap rasio
239
Peneliliandan Pengembangan Aplikasi lsOlopdon Radiasi,1999
Berdasarkananalisis dari Tabel 4, tentang pengaruh konsentrasipolietilen dalam campurankaret alatn stiren polietilen terlk'ldapentalpi bahan. Dapat diketahuibahwa dengan naiknya konsentrasi PE dalam campuran, perubahanentalpi untuk mencapai titik Ieleh campuran tersebut cenderung naik, hal ini disebabkankarena semakin tinggi konsentrasi PE dalam, semakinbanyak dibutuhkan panas untuk menaikan temperatur sampai mencapaititik leleh, karenaadanyakristaI pada polietilen tersebut, ini dapat diketahui dengan melilk'lt perubal1an entalpi dari polietilen itu sendirihila tanpc'l campuranyaitu 91,41 JIg. Sedangkanpada campuran kopolimer karet alam sliceDdengan 20 psk polietilen perubahanentalpi padasaatpelelehanmenjadi 11,76JIg ltal ini karenaLDPE tersebutsudahdimasuki oleh kopolimer karetalam stiren, sehinggajumlal1 polietilen per gram Salnpel menjadi sedikit. Analisis dengan menggunakan "Differential ScaningCalorymetry" (DSC) pada campurankopolimer karet alam stiren dan 20 psk polietilen memperlihatkan terjadi pelelehanpada 1I2,09°C,yang tidakjaw1 berubah pada penaInbal1ankonsentrasi polietilen. Titik leleh campuran uti menjadi lebih rendal1 dari titik leleh polietilen itu sendiri,hat ini disebabkanpadawaktuproses mastikasiuntuk mendapatkancampurankaret alam stiren polietilen, ukllran molekul pada polietilen menjadi lebih pendek. KESIMPULAN Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan : I. CampuraIl polietilen dan kopolimer karet alam stiren dapat bersifat tennoplastik elastomer, hat ini ditunjukaJl dengaJldapatnya caInpuran tersebut didaurUlaIlg, dengan penunuk'1l1kualitas sifat fisik rata-rata sebesar3,16%. SedaIlgkaIl hila dilakukaIl pengusangan terlebih dallulu sebelum didaur-ulang terjadi penurunan kualitas sifat fisik rata-rata sebesar22,67%. 2. Kopolimer karet alam stiren dapat optimal tercampur dengan polietilen pada konsentrasi 20 psk polietilen, dilnana pada konsentrasi tersebut kekuatan tarik dan perpanjaIlgan putus menjadi maksimal.
240
3. Kondisi operasi optimal adal~}1 proses mastikasi dilakukan pada temperatur 140vC, dengan 60 kali mastikasi,pengepresan pada temperatur160°Cselarna 5 menitpadatekanan200kgicm2. 4. Pada konsentrasi polietilen 20 psk, entalpi untuk perubahanrase lebih kecil dari polietilen (LDPE) murni, daDtitik leleh carnpurankopolimer karet alam stirendan 20 psk polietilen menjadi112,09°C.
DAFTARPUSAKA BENYAMIN M. WALTER; "Hand Book of Thennoplastic Elastometer', Ian Norstand ReinholdCompany,New York (1979). 2. THORN A.D., ThennoplasticElastometer,Rubberand Plastic Research Association of Great Britain, Shawury (1980).
3. GELLING I.R. and A.J. nNKER Thermoplastic natuml rubber performance and application, ProcceedingInternational. 4. S. aNa, F. YOSHII, K. MAKUUCHI, I. ISHIGAK, thennoplasticElastometerby radiation grafting on NRL and its extrusin moulding, Proceedingof the international SYInposiumon RVNRL, JAERI Tokyo,(1990). 5. MAURICE MaNTON; "Rubber Technology", Van NorstandReinllold Company,New York (1973). 6. FREDERICK R. EIRICH; "Science and Technology of Rubber",AcademicPress,London(1978).
Peneli/iandon Pengembangan Ap/ikasiIso/OFdanRadiasi. /999
Gamber 2. Grafik pengaruh daur-ulang terhadap perpanjangen putus, campuren karet 81amstlren den 20 psk polietllen (lOPE).
241
Penelitian don Pengembangan Aplikasi lsotop dan Radiasi, J 999
242
Pene/iliandon Pengembangan Aplikasi IsolOpdonRadiasi. /999
DISKUSI ERIZAL
MER! S.
Dalam penelitian ini Anda maksudkan/tujukan adalah memperbaiki sifat fisik KA-Stiren. Apakah ada nilai standarKA-Sti ? Sifat fisik yang dimaksud?
Sebelumnyasuat fisik, mekanik, thernlal dari KA-Sti sudahdibandingkandengaSII No. 0944-84 untuk sol sepatu,dimana tidak masuk dalam standar tersebut. Setelahdiberi PE 20 psk, masuk dalam standar dengan klasifikasiC.
243
