Karet Alam TINJAUAN PUSTAKA

2.3 Karet Alam

Karet alam adalah material polimer yang didapat dari tanaman Havea braziliensis yang merupakan tanaman daerah tropis dan tumbuh optimal di dataran rendah dengan ketinggian 0-200 m dpl. Makin tinggi tempat, pertumbuhan karet makin lambat dan hasilnya lebih rendah Ariyantoro, 2006. Lateks adalah suatu koloid dari partikel karet dalam air. Lateks Hevea brasiliensis merupakan sitoplasma dari sel-sel pembuluh lateks yang mengandung partikel karet dan non karet yang tersuspensi dalam medium cair yang mengandung banyak bahan- bahan terlarut yang disebut serum. Serum lateks mengandung bahan-bahan terlarut ion-ion anorganik dan ion-ion logam yang masuk ke dalam lateks saat lateks disadap. Lateks yang terkumpul digumpalkan dengan asam format Hani, 2009. Koagulum yang terkumpul kemudian digiling dengan roll mil, untuk membuang kelebihan air dan dikeringkan. Sebagian besar kemudian diolah dalam bentuk bal dan lembaran Ciesielski, 1999. Ion kalium pada lateks terdapat dalam jumlah paling besar. Kandungan ion magnesium yang terdapat dalam lateks amoniakal cukup rendah, hal ini dikarenakan sebagian besar ion magnesium membentuk endapan magnesium amonium posfat dengan amonium. Kandungan ion besi dalam lateks komersial sangat bervariasi karena adanya kontaminasi dari kontainer yang dipakai. Karet alam merupakan suatu senyawa polimer hidrokarbon yang panjang. Partikel karet berbentuk bulat berukuran antara 5 nm – 3 mm. Unit dasar dari karet alam adalah senyawa yang mengandung 5 atom karbon dan 8 atom hidrogen yang membentuk suatu senyawa isoprena C 5 H 8 . Karet alam terdiri dari 1000-5000 unit isoprena yang berikatan secara kepala ke ekor head to tail dengan susunan geometri 98 cis-1,4- poliisoprena dan 2 trans-1,4-poliisoprena Archer et.al., 1963. Karet alam tidak murni poliisoprena, tapi mengandung sekitar 95 poliisoprena dan 5 bagian non karet seperti lemak, glikolipid, fosfolipid, protein, senyawa-senyawa anorganik, dan lain-lain, mempunyai berat molekul 200.000-500.000, dengan dua ikatan rangkap yang Universitas Sumatera Utara biasanya digunakan dalam reaksi kimia Simpson, 2002. Rumus molekul karet cis-1,4 poliisoprena dengan unit pembentuknya isoprena dapat dilihat pada Gambar. 2.11. n Gambar 2.11 Monomer cis-1,4 poliisoprena pembentuk molekul karet alam Komposisi kimia karet alam dapat dilihat pada Tabel 2. 3. Tabel 2.3. Komposisi kimia karet alam Sumber: Tanaka, 1998 Bahan-bahan selain karet yang terdapat di dalam lateks, seperti lipid dapat berperan sebagai antioksidan. Sedangkan protein, selain berfungsi sebagai penstabil sistem koloid lateks juga berperan sebagai bahan yang mempercepat proses vulkanisasi pada pembuatan barang jadi karet. Protein dan lipid yang ada di dalam lateks dapat membentuk senyawa fosfolipoprotein, berupa membran bermuatan negatif yang melapisi partikel karet. Membran sejenis ini menyebabkan partikel-partikel karet terdispersi secara stabil di dalam serum lateks. Lapisan dalam adalah lapisan hidrofobik dan lapisan luar adalah lapisan hidrofilik. Lapisan hidrofilik mengandung No Bahan Kadar 1 Hidrokarbon karet 93,7 2 Fosfolipid lemak 2,4 3 Glikolipid 1,0 4 Protein 2,2 5 Karbohidrat 0,4 6 Bahan-bahan organik 0,2 7 Lain-lain 0,1 Universitas Sumatera Utara protein dan sabun Tanaka, 1998. Bahan-bahan tersebut cenderung rusak dan terbuang pada penggumpalan yang berlangsung secara alami. Meskipun struktur kimia polimer karet alam selalu sama, poli isoprene, karet alam digolongkan ke dalam kelas berdasarkan tingkat kotorannya. Jenis yang paling populer adalah karet lembaran Rubber Smoke Sheet dan Karet remah Crumb Rubber yang digolongkan dalam SIR Standard Indonesian Rubber 5, 10, dan 20. Semakin kecil angkanya maka semakin sedikit kadar kotorannya sehingga harganyapun semakin mahal Ciesielski,1999.

2. 3. 1. Sifat Fisika dan Kimia Karet Alam

Karet alam dikenal sebagai elastomer yang memiliki sifat lunak tetapi cukup kenyal sehingga akan kembali ke bentuknya semula setelah diubah-ubah bentuk. Perlakuan secara kimia terhadap karet alam menggambarkan jenis proses yang digunakan untuk memperbaiki sifat polimer. Karet alam termasuk ke dalam kelompok elastomer yang berpotensi besar dalam dunia perindustrian. Struktur molekulnya berupa jaringan network dengan berat molekul tinggi dan dengan tingkat kristalisasi yang relatif tinggi, sehingga mampu menyalurkan gaya-gaya bahkan melawannya jika dikenai beban statis maupun dinamis. Hal ini menyebabkan karet alam memiliki kuat tarik tensile strength, daya pantul tinggi rebound resilience, kelenturan flexing, daya cengkeram yang baik, kalor timbul yang rendahtidak mudah panas heat build up, elastisitas tinggi, daya aus yang tinggi, m emiliki daya tahan yang tinggi terhadap keretakan groove cracking resistance, plastisitas yang baik sehingga pengolahannya mudah, daya lekat, daya redam, dan kestabilan suhu yang relatif baik. Sifat-sifat unggul ini menyebabkan karet alam banyak digunakan untuk barang-barang industri terutama ban. Universitas Sumatera Utara Akan tetapi, karet alam juga memiliki kelemahan. Karet alam merupakan hidrokarbon tidak polar dengan kandungan ikatan tidak jenuh yang tinggi di dalam molekulnya. Struktur karet alam tersebut menyebabkan keelektronegatifannya rendah, sehingga polaritasnya juga rendah. Kondisi demikian mengakibatkan karet mudah teroksidasi, tidak tahan panas, ozon, degradasi pada suhu tinggi, dan pemuaian di dalam oli atau pelarut organik. Berbagai kelemahan tersebut telah membatasi bidang penggunaan karet alam, terutama untuk pembuatan barang jadi karet teknik yang harus tahan lingkungan ekstrim. Hal ini menyebabkan penggunaan karet alam banyak digantikan oleh karet sintetik Hani, 2009. Sejak satu dekade lalu seiring dengan berkembang pesatnya nanoteknologi di seluruh dunia, penelitian tentang nanokomposit berbasis karet yang diperkuat dengan partikel nanometer seperti montmorillonite, kaolin, nano-kalsium karbonat, nanosilica, nano-magnesium hidroksida, attapulgite clay, and halloysite telah menjadi perhatian para peneliti di pusat-pusat penelitian karet Gonzales, dkk, 2008. Ciri umum dari nanokomposit ini adalah tidak lagi bergantung pada bahan berbasis petrokimia dan umumnya memanfaatkan bahan yang terbaharukan, ramah lingkungan serta harga murah. Harga karet alam semakin menaik akibat tingginya permintaan pasar sementara lahan untuk memperlebar kebun penanaman pohon karet semakin berkurang. Bencana alam yang kerap mengganggu produksi karet juga ikut meyebabkan harga karet semakin mahal. Demikian juga halnya arang hitam yang diproduksi dari bahan petrokimia semakin mahal. Untuk itu, penelitian tentang nanokomposit berbasis karet alam yang diperkuat dengan serat atau partikel alam berukuran nano sangat penting dalam pembuatan dan penyediaan produk karet dengan kualitas tinggi tetapi harga rendah dan ramah lingkungan. 2. 3. 2 Vulkanisasi Karet Alam Masalah utama karet alam adalah taktisitas atau cara penyusunan polimer yang teratur isotaktik. Masalah taktisitas karet alam dapat diselesaikan oleh Charles Goodyear Universitas Sumatera Utara 1839 yang menemukan metode vulkanisasi karet alam dengan belerang sehingga karet alam dapat diubah elastisitasnya. Vulkanisasi karet alam melibatkan pembentukan ikatan silang –S–S– di antara rantai poliisoprena. Vulkanisasi karet berguna untuk menghasilkan karet alam dengan derajat elastisitas sesuai harapan. Pada vulkanisasi karet alam, penyisipan rantai-rantai pendek dari atom belerang akan mengikat secara silang di antara dua rantai polimer karet alam. Jika jumlah ikatan silang relatif besar, polimer dari karet alam menjadi lebih tegar Gambar 2. 12. Gambar. 2.12. Pada vulkanisasi karet alam, makin banyak ikatan silang, makin tegar karet yang terbentuk. Sejak Goodyear melakukan percobaan memanaskan karet dengan sejumlah kecil sulfur, proses ini menjadi metode terbaik dan paling praktis untuk merubah sifat fisik dari karet. Proses ini disebut vulkanisasi. Fenomena ini tidak hanya terjadi pada karet alam, namun juga pada karet sintetis. Telah diketahui pula bahwa baik panas maupun sulfur tidak menjadi faktor utama dari proses vulkanisasi. Karet dapat divulkanisasi atau mengalami proses curing tanpa adanya panas. Contohnya dengan bantuan sulfur klorida. Banyak pula bahan yang tidak mengandung sulfur tapi dapat memvulkanisasi karet. Bahan ini terbagi dua yaitu oxidizing agents seperti selenium, telurium dan peroksida organik. Serta sumber radikal bebas seperti akselerator, senyawa azo dan peroksida organik. Universitas Sumatera Utara Banyak reaksi kimia yang berhubungan dengan vulkanisasi divariasikan, tetapi hanya melibatkan sedikit atom dari setiap molekul polimer. Definisi dari vulkanisasi dalam kaitannya dengan sifat fisik karet adalah setiap perlakuan yang menurunkan laju alir elastomer, meningkatkan tensile strength dan modulus. Meskipun vulkanisasi terjadi dengan adanya panas dan sulfur, proses itu tetap berlangsung secara lambat. Reaksi ini dapat dipercepat dengan penambahan sejumlah kecil bahan organik atau anorganik yang disebut akselerator. Untuk mengoptimalkan kerjanya, akselerator membutuhkan bahan kimia lain yang dikenal sebagai aktivator, yang dapat berfungsi sebagai aktivator adalah oksida-oksida logam seperti ZnO. Vulkanisasi dapat dibagi menjadi dua kategori, vulkanisasi nonsulfur dengan peroksida, senyawa nitro, kuinon atau senyawa azo sebagai curing agents; dan vulkanisasi dengan sulfur, selenium atau telurium.

2. 3. 3. Bahan Tambahan

Bahan pelunak adalah bahan-bahan yang ditambahkan untuk memudahkan pencampuran karet dengan bahan-bahan kimia lainnya, terutama campuran bahan pengisi memerlukan waktu yang lebih singkat. Bahan pelunak ini juga berfungsi sebagai bahan pembantu pengolah yaitu mempermudah pemberian bentuk dan membuat barang-barang jadi karet lebih empuk. Bahan ini bersifat licin dan mengkilap. Contohnya : asam stearat, parafin, lilin, faktis, resin, damar dan lain-lain. Bahan pemercepat berfungsi untuk membantu dalam mengontrol waktu dan temperatur pada proses vulkanisasi dan dapat memperbaiki sifat vulkanisasi karet. Beberapa jenis bahan pemercepat antara lain bahan pemercepat organik. Misalnya, Mercapto Benzhoathizole Disulfida MBTS, Marcapto Banzhoathizole MBT, dan Diphenil Guanidin DPG, Tetra Metil Thiura Disulfarat TMTD dan bahan pemercepat anorganik, misalnya karbonat, timah hitam, magnesium, dan lain-lan Mark dan Erman, 2005. Bahan pengaktif adalah bahan yang dapat meningkatkan kerja dari bahan pemercepat. Umumnya bahan pemercepat tidak dapat bekerja baik tanpa bahan Universitas Sumatera Utara pengaktif. Bahan pengaktif yang bisa digunakan adalah ZnO, asam stearat, PbO, MgO dan sebagainya pada umumnya sekitar 2 sampai 5 phr. Campuran bahan pengaktif, bahan pemercepat dan belerang S disebut sistem vulkanisasi dari kompon vulcanising system of the coumpond. Antioksidan berfungsi mencegah atau mengurangi kerusakan produk karena pengaruh oksidasi yang dapat menyebabkan pemutusan rantai polimer. Tanda-tanda yang terlihat apabila produk rusak adalah polimer menjadi rapuh, kecepatan alir polimer tidak stabil dan cenderung menjadi lebih tinggi, sifat kuat tariknya berkurang, terjadi retak-retak pada permukaan produk, terjadi perubahan warna, jenis bahan antioksidan diantaranya butilated hidroksi toluen BHT dan phenil-beta-naphthyl- amine PBN. Bahan Pengisi filler: Vulkanisat dengan komposisi karet, sulfur, akselerator, aktivator dan asam organik relatif bersifat lembut. Nilainya dalam industri modern pun relatif rendah. Untuk memperbaiki nilai di industri perlu ditambahkan bahan pengisi. Penambahan ini meningkatkan sifat-sifat mekanik seperti kekuatan tarik, kekakuan, ketahanan sobek, dan ketahanan abrasi. Bahan yang ditambahkan disebut reinforcing fillers dan perbaikan yang ditimbulkan disebut reinforcement. Kemampuan filler untuk memperbaiki sifat vulkanisat dipengaruhi oleh sifat alami filler, tipe elastomer dan jumlah filler yang digunakan. Komposisi kimia dari filler menentukan kemampuan kerja dari filler. Karbon hitam adalah filler yang paling efisien meskipun ukuran partikel, kondisi permukaan dan sifat lain dapat dikombinasikan secara luas. Sifat elastomer juga turut menentukan daya kerja dari filler. Bahan yang baik untuk memperbaiki sifat karet tertentu, belum tentu bekerja sama baiknya untuk jenis karet lain. Peningkatan jumlah filler menyebabkan perbaikan sifat vulkanisat. Karbon hitam selama ini merupakan bahan murah yang dapat memperbaiki ketiga sifat penting vulkanisat yaitu tensile strength, tear resistance dan abrasion resistance. Akan tetapi karbon hitam dapat menyebabkan polusi dan memberikan warna hitam. Dalam beberapa dekade ini beberapa penelitian dipusatkan untuk mencari pengganti karbon hitam. Sepiolit, Kaolin dan Silika dapat digunakan sebagai bahan pengisi meskipun Universitas Sumatera Utara sifat penguatnya lebih rendah dari karbon hitam. Polimer berlapis silikat mulai diteliti sejak dikenalkan nanokomposit polyamida-organoclay. Clay dan mineral clay termasuk montmorilonit, saponit, hektorit, dan sebagainya mulai digunakan sebagai pengisi pada karet dan plastik Arroyo, 2002. Penguatan elastomer oleh pengisi koloid, seperti karbon hitam, clay atau silika, memainkan peranan penting dalam perbaikan sifat mekanik bahan karet. Potensi penguatan ini terutama disebabkan dua efek: i pembentukan jaringan pengisi terikat secara fleksibel dan ii kopling polimer-filler yang kuat. Kedua efek ini timbul akibat tingginya aktivitas permukaan dan permukaan partikel filler yang spesifik Vilgis, et al , 2009

2.4 Komposit

Komposit dapat didefinisikan sebagai yang terdiri dari dua atau lebih material dimana sifat kimia dan fisika yang berbeda dipisahkan oleh sebuah gaya antarmuka yang berbeda. Komposit, menjadi bahan penting hari ini, karena memiliki keuntungan seperti berat molekul rendah, ketahanan terhadap korosi, daya tahan tinggi, dan lebih cepat proses pembuatannya. Komposit banyak digunakan sebagai bahan dalam membuat material pesawat, kemasan peralatan elektronik untuk medis, dan beberapa bahan bangunan rumah. Perbedaan antara campuran dan komposit adalah bahwa dalam komposit dua konstituen utama tetap dikenali sementara dalam campuran mungkin tidak dikenali. Bahan utama yang biasa digunakan adalah kayu, beton, keramik, dan sebagainya Thomas, et.al., 2012 Material komposit merupakan bahan yang terdiri dari dua atau lebih fase fase matriks dan fasa terdispersi yang berbeda sifat antara keduanya. Fase matriks adalah fase utama memiliki karakter kontinyu, biasanya lebih elastis dan kurang keras. Matriks ini mengikat fasa terdispersi . Fase terdispersi menguatkan matriks dalam bentuk diskontinyu. Fase sekunder disebut fase terdispersi. Fasa terdispersi biasanya lebih kuat dari matriks, oleh karena itu, kadang-kadang disebut fase penguat. Universitas Sumatera Utara

2. 4. 1 Polimer Nanokomposit

Nanokomposit adalah suatu komposit dimana setidaknya salah satu fase berukuran nanometer. Polimer nanokomposit merupakan material yang terbentuk melalui penggabungkan material polimer organik dengan material lain dalam skala nanometer. Polimer nanokomposit sangat menarik perhatian karena seringkali mempunyai sifat mekanik, termal, elektrik, dan optik yang lebih baik dibandingkan dengan makro ataupun mikropartikelnya. Secara umum polimer nanokomposit terbentuk dengan mendispersikan nanopartikel organik atau anorganik pada matriks polimer. Nanopartikel dapat berupa material tiga dimensi berbentuk sferis atau polihedral seperti silika, material dua dimensi berupa padatan berlapis seperti clay, grafit, dan hidrotalsit ataupun nanofiber satu dimensi seperti nanotube. Nanokomposit polimer – lempung biasanya merupakan bahan penggabungan antara polimer dan bahan komposit sebagai penguat reinforcement, seperti silika, zeolit, dan lain-lain. Reinforcement yang digunakan biasanya juga sebagai pengisi filler pada matriks polimer. Polimer berlapis silikat adalah salah satu nanokomposit hibrida yang terdiri dari fase organik yaitu polimer dan fase anorganik yaitu silikat. Alasan pemilihan silikat adalah karena bahan ini dapat terdispersi dengan baik di seluruh bagian nanokomposit. Modifikasi organofilik membuat silikat kompatibel dengan polimer Arroyo, 2002. Bahan silikat yang sering digunakan adalah turunan dari phyllosilicate seperti mika, talc, montmorilonite, vermiculite, hectorite dan saponite. Seluruh bahan yang disebutkan di atas dikenal dengan sebutan bahan 2:1 berlapis silikat layered silicate Paul, 2008. Ada 4 empat jenis dispersi polimer berlapis silikat dalam sebuah matrik polimer seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.13: a. Dispersi konvensional dari lempung yang tidak terinterkalasi b. Bentuk interkalasi dimana d-spacing 8.8nm c dan d. Struktur Eksfoliasi, dimana d-spacing 8.8 nm Utracki, 2004 Universitas Sumatera Utara Gambar. 2.13. Distribusi Silikat Berlapis dalam matriks polimer Sejak pertama kali dalam industri karet, untuk membuat kompon karet selalu menggunakan pengisi. Pengisi yang dimasukkan ke dalam kompon terdiri dari dua jenis yaitu pengisi inert inert fillers dan pengisi penguat reinforcing fillers. Pengisi inert ditambahkan ke dalam karet untuk menambah volume dan mengurangi biaya. Kontras dengan pengisi penguat seperti karbon hitam dan silika yang akan menambah sifat mekanik, untuk mengubah konduktivitas listrik, meningkatkan ketahanan terhadap panas dan pembakaran. Paling sedikit 20 pengisi harus ditambahkan ke dalam kompon untuk mendapatkan hasil yang diharapkan. Nanokomposit berbasis silikat mengubah paradigma dalam pembuatan material Galimberti, 2011 Universitas Sumatera Utara

2. 4. 2 Aplikasi dan Penggunaan Nanokomposit

Beberapa aplikasi penting teknologi yang didasarkan material nano antara lain produksi bubuk nano keramik dan material lain, nanokomposit, pengembangan sistem nanoelektrokimia, aplikasi penggunaan tabung nano untuk menyimpan hidrogen, chip DNA dan chip untuk menguji kadar logam dalam kimia ataupun biokimia. Teknologi nano juga digunakan dalam mendeteksi gen maupun mendeteksi obat dalam bidang kedokteran. Selain itu, juga dapat digunakan dalam alat-alat nanoelektronik. Pengembangan teknologi nano lebih lanjut dapat diaplikasikan dalam pembuatan laser jenis baru, nanosensor, nanokomputer yang berbasis tabung nano dan material nano, dan banyak lagi aplikasi lainnya Rao, et al, 2004. 2. 5 Analisis dan Karakterisasi Bahan Polimer 2. 5. 1 Spektroskopi Infra merah Fourier-Transform FTIR Serapan radiasi infra merah oleh suatu molekul terjadi karena interaksi vibrasi ikatan kimia yang menyebabkan perubahan polarisabilitas dengan medan listrik gelombang elektromagnetik. Ada dua jenis vibrasi ikatan kimia yang dapat menyerap radiasi infra merah, yakni vibrasi longitudinal dan vibrasi sudut. Molekul polimer dikenal dengan karakteristik rantai yang terdiri dari sejumlah satuan-ulangan sampai 10 2 – 10 5 unit per rantai. Secara teori spektrum inframerah bahan polimer akan tergantung dari karakteristik spektrum dan struktur kimia satuan ulangannya. Akan tetapi, berbeda dengan senyawa bobot molekul rendah yang murni, struktur satuan-ulangan dalam rantai polimer tidak selamanya identik. Ditambah lagi perubahan susunan geometris, perubahan orientasi ikatan dan bentuk kristal akan mempengaruhi serapan inframerah oleh kimia satuan-ulangan. Karena itu dapat diduga bahwa polimer dengan bobot molekul tinggi yang terdiri dari 10 3 – 10 6 atom per molekul akan memberikan sejumlah besar pita serapan. Pada dasarnya, teknik FTIR adalah sama dengan spektroskopi inframerah biasa, kecuali dilengkapi dengan cara penghitungan Fourier Transform dan pengolahan data untuk mendapatkan resolusi dan kepekaan yang lebih tinggi. Universitas Sumatera Utara

2. 5. 2 Uji Tarik Tensile Strength

Sifat mekanik polimer termoplastik merupakan respon terhadap pembebanan yang secara umum dapat dijelaskan dengan mempelajari hubungan antara struktur rantai molekulnya dan fenomena yang teramati. Terjadinya deformasi pada polimer dapat dilihat pada Gambar 2.14. Pola hasil pengujian tarik dari mesin uji antara gaya tarik dan perpanjangan dapat dilihat dalam Gambar 2.15. Perilaku mekanik dari polimer termoplastik secara umum dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian, yaitu: 1 Perilaku elastik, 2 Perilaku plastik, dan 3 Perilaku visko-elastik, hal ini diperlihatkan pada Gambar 2.15 http:www.infometrik.com200909mengenal-uji-tarik-dan-sifat-sifat- mekanik-logam. Perilaku termoplastik secara umum adalah elastik non-linear yang tergantung pada waktu time-dependent , ada dua mekanisme yang terjadi pada daerah elastis, yaitu: 1 Distorsi keseluruhan bagian yang mengalami deformasi 2 Regangan dan distorsi ikatan-ikatan kovalennya. Perilaku elastik non-inear atau non-proporsional pada daerah elastis terutama berhubungan dengan mekanisme distorsi dari keseluruhan rantai molekulnya yang linear atau linear dengan cabang. Perilaku plastis pada polimer termoplastik pada umumnya dapat dijelaskan dengan mekanisme gelinciran rantai chain sliding. Ikatan sekunder sangat berperan dalam mekanisme ini akan berperan sebagai semacam ‗tahanan‘ dalam proses gelincir atau deformasi geser shear antar rantai molekul yang sejajar searah dengan arah garis gaya. Dengan demikian dapat dijelaskan bahwa ikatan sekunder sangat menentukan ketahanan polimer termoplastik terhadap deformasi plastik atau yang selama ini kita kenal dengan kekuatan strength dari polimer. Universitas Sumatera Utara Gambar 2.14 Spesimen Uji Tarik dan Perilaku Polimer Termoplastis Saat Mengalami Pembebanan pada Mesin Uji Tarik Gambar.2.15.Kurva Hubungan Tegangan Terhadap Regangan Gelinciran rantai molekul polimer termoplastik dapat pula dilihat sebagai aliran viskos dari suatu fluida. Kemudahan molekul polimer untuk dideformasi secara permanen dalam hal ini berbanding lurus dengan viskositas dari polimer. Perilaku penciutan necking dari polimer termoplastik amorph agak sedikit berbeda dengan perilaku penciutan logam pada umumnya. Hal ini disebabkan karena pada saat terjadi Universitas Sumatera Utara penciutan akan terjadi kristalisasi yang menyebabkan penguatan lokal pada daerah tersebut dan penurunan laju deformasi. Pengujian tarik tensile test adalah pengujian mekanik secara statis dengan cara sampel ditarik dengan pembebanan pada kedua ujungnya di mana gaya tarik yang diberikan sebesar P Newton. Tujuannya untuk mengetahui sifat-sifat mekanik tarik kekuatan tarik dari komposit yang diuji. Pertambahan panjangnya Δl yang terjadi akibat gaya tarikan yang diberikan pada sampel uji disebut deformasi, dan regangan merupakan perbandingan antara pertambahan panjang dengan panjang mula-mula yang dinyatakan dalam persamaan 2.1. Regangan merupakan ukuran untuk kekenyalan suatu bahan yang harganya biasanya dinyatakan dalam persen . ……..………2.1 dengan: = regangan Δl = pertambahan panjang m l o = panjang mula-mula m l = panjang akhir m Perbandingan gaya pada sampel terhadap luas penampang lintang pada saat pemberian gaya disebut tegangan stress. Tegangan tarik maksimum suatu kekuatan tarik tensile strength suatu bahan ditetapkan dengan membagi gaya tarik maksimum dengan luas penampang mula-mula, dengan persamaan 2.2 sebagai berikut: ……………………………2.2 dengan: m = Tegangan tarik maksimum Nm -2 P m = Gaya tarik maksimum N A o = Luas penampang awal m 2 Universitas Sumatera Utara Gaya maksimum adalah besarnya gaya yang masih dapat ditahan oleh sampel sebelum putus. Modulus Young adalah ukuran suatu bahan yang diartikan sebagai ketahanan material tersebut terhadap deformasi elastik. Makin besar modulusnya maka semakin kecil regangan elastik yang dihasilkan akibat pemberian tegangan . Kurva hubungan tegangan terhadap regangan dapat dilihat pada Gambar 2.16 http:www.infometrik.com200909mengenal-uji-tarik-dan-sifat-sifat-mekanik- logam. Gambar. 2.16. Kurva Tegangan-Regangan Bahan Kenyal Grafik 2.16 merupakan kurva tegangan regangan bahan kenyal yang menunjukkan bahwa dari bagian awal kurva tegangan-regangan mulai dari titik 0 sampai a merupakan daerah elastis, daerah ini berlaku hukum Hooke. Titik a merupakan batas plastis yang didefenisikan sebagai tegangan terbesar yang dapat ditahan oleh suatu bahan tanpa mengalami regangan permanen apabila beban ditiadakan. Dengan demikian, apabila beban ditiadakan di sebarang titik 0 dan a, kurva akan menelusuri jejaknya kembali dan bahan yang bersangkutan akan kembali ke panjang awalnya. Titik b merupakan tegangan tarik maksimum yang masih bisa ditahan oleh bahan. Titik c merupakan titik putuspatah. Penambahan beban sehingga melampaui titik a akan sangat menambah regangan sampai tercapai titik c di mana Universitas Sumatera Utara bahan menjadi putus. Dari titik a sampai c dikatakan bahan mengalami deformasi plastis. Jika jarak titik 0 dan a besar, maka bahan itu dikatakan kenyal ductile. Jika pemutusan terjadi segera setelah melewati batas elastis maka bahan itu dikatakan rapuh. Pada daerah antara titik 0 dan a berlaku hukum Hooke dan besarnya modulus elastisitas pada daerah ini dapat ditulis dengan persamaan 2.3 berikut ini: ……………2.3 Dengan : E = modulus elastisitas atau Modulus Young Nm -2 = tegangan ζm -2 = regangan Penggunaan bahan polimer sebagai bahan teknik misalnya dalam industri suku cadang mesin, konstruksi bangunan dan transportasi, tergantung sifat mekanisnya, yaitu gabungan antara kekuatan yang tinggi dan elastisitas yang baik. Sifat mekanis yang khas ini disebabkan oleh adanya dua macam ikatan dalam bahan polimer, yakni ikatan kimia yang kuat antara atom dan interaksi antara rantai polimer yang lebih lemah Wirjosentono, 1995.

2.5. 3 Pengujian Kestabilan Termal Thermal Gravimetry AnalysisTGA

TGA merupakan suatu teknik mengukur perubahan jumlah dan laju berat dari material sebagai fungsi dari temperatur atau waktu dalam atmosfer yang terkontrol. Pengukuran digunakan untuk menentukan komposisi material dan memprediksi stabilitas termalnya pada temperatur mencapai 1000 o C. Teknik ini dapat mengkarakterisasi material yang menunjukkan kehilangan atau pertambahan berat akibat dekomposisi, oksidasi atau dehidrasi. Analisa termal dapat didefinisikan sebagai pengukuran sifat-sifat fisik dan kimia material sebagai fungsi dari suhu. Pada prakteknya, istilah analisa termal seringkali digunakan untuk sifat-sifat spesifik tertentu. Misalnya entalpi, kapasitas panas, massa dan koefisien ekspansi termal. Karakteristik termal memegang peranan penting terhadap sifat suatu bahan karena berkaitan erat dengan struktur dalam bahan itu sendiri. Suatu bahan bila dipanaskan akan terjadi perubahan struktur yang Universitas Sumatera Utara mengakibatkan adanya perubahan dalam kapasitas panas atau energi termal bahan tersebut. Teknik analisa termal digunakan untuk mendeteksi perubahan fisika penguapan atau kimia dekomposisi suatu bahan yang ditunjukkan dengan penyerapan panas endotermik dan pengeluaran panas eksotermik. Proses termal meliputi antara lain proses perubahan fase transisi gelas, pelunakan, pelelehan, oksidasi, dan dekomposisi. Kaitannya dengan industri, teknik analisa termal digunakan untuk penentuan kontrol kualitas suatu produk atau bahan khususnya polimer. Tanpa adanya pengetahuan data-data termal, pemrosesan suatu bahan akan sangat sulit dilakukan. Sifat termal suatu bahan menggambarkan kelakuan dari bahan tersebut jika dikenakan perlakuan termal dipanaskan atau didinginkan. Dengan demikian pengetahuan tentang sifat termal suatu bahan menjadi sangat penting dalam kaitannya dengan pemrosesan bahan menjadi barang jadi maupun untuk kontrol kualitas. Ketika zat organik dipanaskan sampai suhu tinggi maka memiliki kecendrungan untuk membentuk senyawa-senyawa aromatik, hal ini mengikuti fakta bahwa polimer- polimer aromatik mesti tahan terhadap suhu tinggi. Agar suatu polimer layak dianggap stabil panas atau tahan panas, polimer tersebut harus tidak terurai di bawah suhu 400 o C dan harus mempertahankan sifatnya yang bermanfaat pada suhu dekomposisi, polimer- polimer demikian harus memiliki suhu transisi gelas atau peleburan kristal yang tinggi. Stabilitas panas utamanya merupakan fungsi dari energi ikatan. Ketika suhu naik ke titik di mana energi getaran menimbulkan putusnya ikatan, polimer yang bersangkutan akan terurai. Dekomposisi dalam udara adalah suatu ukuran untuk stabilitas termooksidatif bahan pada umumnya mengikuti mekanisme yang berbeda. Akan tetapi adanya oksigen, memiliki efek kecil terhadap suhu dekomposisi awal, oleh karena itu putusnya ikatan utamanya merupakan sebuah proses termal bukan oksidatif. Thermogravimetri adalah teknik untuk mengukur perubahan berat dari suatu senyawa sebagai fungsi dari suhu ataupun waktu. Hasilnya biasanya berupa rekaman diagram yang kontinyu; reaksi dekomposisi satu tahap yang skematik diperlihatkan pada Gambar 2.17. Sampel yang digunakan, dengan berat beberapa miligram, Universitas Sumatera Utara dipanaskan pada laju konstan, berkisar antara 1 –20 o C menit, mempertahan berat awalnya , W i , sampai mulai terdekomposisi pada suhu T i . Pada kondisi pemanasan dinamis, dekomposisi biasanya berlangsung pada range suhu tertentu, T i – T f , dan daerah konstan kedua teramati pada suhu diatas Tf, yang berhubungan harga berat residu Wf. Berat W i , W f , dan ΔW adalah harga-harga yang sangat penting dan dapat digunakan pada perhitungan kuantitatif dari perubahan komposisinya, dll. Gambar 2.17. Skema termogram bagi reaksi dekomposisi satu tahap

2. 5. 4 Mikroskop Pemindai Elektron SEM

SEM berbeda dengan mikroskopi elektron transmisi TEM dalam hal ini suatu berkas insiden elektron yang sangat halus di-scan menyilangi permukaan sampel dalam sinkronisasi dengan berkas tersebut dalam tabung sinar katoda. Elektron-elektron yang terhambur digunakan untuk memproduksi sinyal yang memodulasi berkas dalam tabung sinar katoda, yang memproduksi suatu citra dengan kedalaman medan yang besar dan penampakan yang hampir tiga dimensi. Dalam penelitian morfologi permukaan SEM terbatas pemakaiannya, tetapi memberikan informasi yang bermanfaat mengenai topologi permukaan dengan resolusi sekitar 100 . Aplikasi-aplikasi yang khas mencakup penelitian dispersi-dispersi pigmen dalam cat, pelepuhan atau peretakan koting, batas-batas fasa dalam polipaduan yang tak dapat campur, struktur sel busa-busa polimer, dan kerusakan pada bahan Universitas Sumatera Utara perekat. SEM teristimewa berharga dalam mengevaluasi betapa penanaman implant bedah polimerik bereaksi baik dengan lingkungan bagian-bagiannya Stevens, 2001.

2. 5. 5 Difraksi Sinar – X

Difraksi sinar –X berdasarkan interferensi konstruktif dari sinar–X monokromatik dan kristal sampel. Sinar –X dihasilkan oleh tabung sinar katoda, disaring untuk menghasilkan radiasi monokrmatik, dan diarahkan terhadap sampel. Interaksi antara sinar –X dengan sampel menghasilkan interferensi konstruktif sinar difraksi ketika kondisinya memenuhi Hukum Bragg yang dapat dilihat pada persamaan 3 berikut: ................2.5 dengan : n = Bilangan bulat yang menyatakan fasa pada fraksi yang menghasilkan terang = Panjang gelombang sinar–X yang tergantung dari tabung anoda dari generator penghasil sinar –X yang digunakan d = Lebar celah = Sudut difraksi sudut pengukuran dalam derajat Hukum ini menyatakan hubungan antara panjang gelombang radiasi elektromagnetik terhadap sudut difraksi dan jarak kisi dalam kristal sampel. Kemudian, difraksi sinar –X terdeteksi, diproses, dan dihitung. Dengan scanning sampel berjarak sudut 2 , semua arah difraksi yang mungkin dari kisi tercapai. Perubahan puncak difraksi untuk jarak d memungkinkan untuk melakukan identifikasi bahan karena masing – masing bahan mempunyai satu set jarak d yang khas. Biasanya, kondisi tersebut dicapai ketika membandingkan jarak d dengan rujukan standar bahan. Karakterisasi XRD bertujuan untuk menganalisis struktur kristal. Prinsip kerja XRD adalah difraksi sinar –X yang disebabkan oleh adanya Universitas Sumatera Utara hubungan fasa tertentu antara dua gerak gelombang atau lebih sehingga paduan gelombang tersebut saling menguatkan. Sinar-X dihamburkan oleh atom – atom dalam zat padat material. Ketika sinar- X jatuh pada kristal dari material maka akan terjadi hamburan ke segala arah yang bersifat koheren. Sifat hamburan sinar-X yang koheren mengakibatkan sifat saling menguatkan atau saling melemahkan pada paduan gelombang. Sedangkan ukuran kristal dapat ditentukan dari persamaan Scherrer yang dapat dilihat dari persamaan 2.6. ..................................2.6 dengan : L = ukuran kristal λ = panjang gelombang radiasi sinar-X yang digunakan β = lebar dari setengah puncak gelombang tertinggi θ = sudut puncak Selain untuk mengetahui fasa kristalin dalam material, teknik XRD juga dapat digunakan untuk mengamati morfologi nanokomposit.

2.5.6 Analisis distribusi ukuran partikel menggunakan Particle Size Analyzer

PSA Particle Size Analyzer PSA dapat menganalisis partikel suatu sampel yang bertujuan menentukan ukuran partikel dan distribusinya dari sampel yang representatif. Distribusi ukuran partikel dapat diketahui melalui gambar yang dihasilkan. Ukuran tersebut dinyatakan dalam jari-jari untuk partikel yang berbentuk bola. Penentuan ukuran dan distribusi partikel menggunakan PSA dapat dilakuan dengan 1 difraksi sinar laser untuk partikel dari ukuran submikron sampai dengan milimeter, 2 counter principle untuk mengukur dan menghitung partikel yang berukuran mikron sampai dengan milimeter, dan 3 penghamburan sinar untuk mengukur partikel yang berukuran mikron sampai dengan nanometer. Universitas Sumatera Utara

BAB 3 METODE PENELITIAN

3.1 Alat- alat yang digunakan dalam penelitian ini

1. Oven Memmert 2. Hot plate Stirer Thermolyne 3. Ayakan Sieve-shaker - 4. Particle Size Analyzer Beckman Coulter 5. Fourier Transform Infrared Spectroscopy Shimadzu FTIR 6. Two roll Mill Shinko 7. Alat Cetak Tekan - 8. Seperangkat Alat Mooney Viscosity Wallace 9. Seperangkat alat Uji Tarik ASTM D-638 Type V 10. Seperangkat alat XRD Philips Analytical 11. Seperangkat alat SEM MFGSC-2DE 12. Seperangkat alat TGA Shimadzu TGADTA Analyzer DTG-60 13. Spektrofotometer FT-IR Shimadzu 14. Ultrasonicbath Kudos 15. Ball Milling HEM-E3D 16. Desikator - 17. Neraca Analitik Ohauss 18. Kertas Saring - 19. Termometer Fisons

3.2 Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini

1. Bentonit 2. Sodium Dodesil Sulfat SDS Merck 3. Cetiltrimetilamonium Bromida CTAB Merck Universitas Sumatera Utara