Viskositas Mooney Karet Alam
VISKOSITAS MOONEY KARET ALAM
REFRIZON, S.Si
Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
I. PENDAHULUAN
Salah satu kelemahan pokok karet alam dibandingkan dengan karet sintetis adalah nilai viskositas Mooneynya sangat bervariasi sehingga menyulitkan konsumen dalam membuat kompon barang jadi karet, khususnya ban.
Sehingga perkembangan akhir-akhir ini menunjukkan bahwa setiap konsumen (pabrik ban) menghendaki nilai viskositas Money dari SIR-20 (Standard Indonesian Rubber) pada jarak tertentu, misalnya Goodyear antara 65-75, Michelin 80-85, Yokohama 75-85, dan Aliance 62-72 (4). Hal ini menunjukkan bahwa setiap konsumen menginginkan konsistensi nilai viskositas Mooney dari produsen karet, atau dengan kata lain setiap konsumen menghendaki kemantapan nilai viskositas Mooney dari produsen karet.
Beberapa kemungkinan alasan konsumen menghendaki nilai viskositas Mooney yang mantap adalah pengujian untuk mendapatkan nilai viskositas Mooney lebih mendekati processability di pabrik ban dibandingkan dengan nilai Po (plastisitas). Hal ini disebabkan pengujian viskositas Mooney dilakukan dengan proses shearing (gesekan) yang mirip dengan proses pencampuran karet dan bahanbahan lain dalam pembuatan kompon karet dibandingkan dengan pengujian Po yang hanya berdasarkan pampatan (tekanan) terhadap sampel karet dan hasilnya diperoleh dari perbandingan antara keping uji sesudah dan sebelum pemampatan. Juga dalam pembuatan kompon dikehendaki nilaiviskositas Mooney tertentu supaya pencampuran antara dua jenis karet atau lebih yang berbeda dapat dilakukan dengan mudah dan tidak memerlukan energi yang banyak.
Karet viskositas Mooney mantap dikehendaki oleh konsumen sebab dengan viskositas mantap tidak diperlukan proses premastikasi yang memerlukan energi sebesar 33-35% dari total energi yang diperlukan untuk pembuatan kompon barang jadi karet. Dengan adanya proses tanpa premastikasi akan meningkatkan hampir duB kali hasil kapasitas (output) dalam pencampuran kompon. Disamping itu juga akan meningkatkan konsistensi dalam pencampuran kompon (masterbatch) dan viskositas dari karet komponnya. Dampaknya akan mengurangi kegagalan mutu (scrap) selama pengolahan menjadi barang jadi karet (5).
Dengan adanya kecendrungan permintaan kensumen terhadap hasil pengujian terhadap nilai viskositas Mooney untuk jenis SIR-20, hal ini memungkinkan terjadinya peningkatan permintaan konsumen terhadap karet viskositas mantap. Dalam tulisan ini dikemukakan tinjauan tentang viskositas Mooney sejak dari pengertian viskositas Mooney sampai pada cara pengukurannya, terjadinya reaksi storage hardening, kemungkinan-kemungkinan penyebab dan cara penanggulangan reakasi storage hardening.
II. VISKOSITAS MOONEY
2.1. Pengertian Viskositas Mooney Viskositas Mooney karet alam (Hevea Brasiliensis) menunjukkan panjangnya
rantai molekul karet atau berat molekul serta derajat pengikatan silang rantai
©2003 Digitized by USU digital library
1
molekulnya (7). Pada umumnya semakin tinggi berat molekul (BM) hidrokarbon karet semakin panjang rantai molekul dan semakin tinggi tahanan terhadap aliran dengan kata lain karetnya semakin viskous dan keras. Dalam pembuatan ban karet alam dengan 8 M tinggi cukup menarik karena sifat fisika ban yang dihasilkan seperti daya kenyal, tegangan tarik, perpanjangan putus dan sebagainya cukup baik.
Tetapi energi yang dibutuhkan untuk melumat karet dengan BM tinggi cukup besar sehingga kurang menguntungkan. Sebaliknya hidrokarbon karet dengan BM rendah membutuhkan energi yang lebih sedikit jumlahnya pada proses pembuatan ban, tetapi sifat fisika yang dihasilkan kurang baik. Oleh karena itu karet alam dengan BM yang medium dapat memberikan titik temu antara energi yang hemat dengan sifat fisika yang unggul.
Derajat pengikat silang rantai molekul yang tinggi menyatakan semakin banyak reaksi ikatan silang (cross linking reaction) yang terjadi, sehingga akan meningkatkan nilai viskositas Mooney karet alam.
2.2. Cara Pengukuran Viskositas Mooney Pengukuran viskositas Mooney dilakukan dengan Mooney viscometer, yaitu
berdasarkan pengukuran gesekan (shearing) rotor (torque) pada karet padat yang berfungsi sebagal tahanan dengan meletakkan sampel karet di atas dan di bawah rotor yang dapat berputar.
Sebelum motor dijalankan dipanaskan selama 1 menit. Kemudian motor dijalankan den rotor akan berputar. Tenaga yang digunakan untuk memutar rotor di dalam sampel karet dapat dibaca pada skala. Pembacaan dilakukan setelah 5 menit. Bila pada skala tercatat 55 artinya viskositas Mooney adalah 55 dan ditulis viskositas karet = 55 ML. 1 (100°C, 5'), dengan pengertian satuan sebagai berikut:
M = Mooney L = Large rotor (rotor ukuran besar) 1 = pemanasan pendahuluan 1 menit 100°C = suhu yang dipakai untuk pengujian 5' = pembacaan 5 menit setelah rotor dipanaskan dan dijalankan. Nilai viskositas Mooney yang didapat berlawanan dengan nilai plastisitas, sebab semakin plastis sampel karet yang diuji maka semakin cepat rotor berputar, yang berarti tenaga yang dibutuhkan untuk memutar rotor semakin kecil, hal ini menunjukkan viskositasnya rendah. Jadi pengukuran viskositas Mooney ini sama dengan pengukuran gesekan antara rotor oleh suatu tenaga dengan karet sebagai tahanannya. Di lain pihak jika viskositas tinggi berarti karet keras atau kurang plastis yang menghasilkan tahanan kuat akibatnya rotor berputar lambat dan memerlukan tenaga yang besar. Sebaliknya jika viskositas rendah berarti karet lunak atau lebih plastis, sehingga tahanan lemah akibatnya untuk memutar rotor hanya diperlukan tenaga yang kecil. Mooney viskomemer pada dasarnya adalah alat untuk mengukur aliran shear viscocity yang dirancang pada ML (1+4) dengan strain rate : ±1,5/detik setelah pemanasan pendahuluan pada suhu 100°C selama 1 menit, kemudian dilanjutkan periode shear selama 4 menit. Pengukuran aliran dilakukan selama kompresi sederhana pada suhu 1000C. Stress adalah intensitas pada suatu titik dalam suatu benda oleh gaya-gaya internal atau kompnen-konponen suatu gaya yang bekerja pada suatu bidang lewat titik tersebut. Stress dinyatakan dalam gaya per satuan luas. Starin adalah perubahan satuan oteh gaya dalam ukuran atau bentuk dari suatu benda yang mengacu ke bentuk atau ukuran semula. Strain dinyatakan dalam perpanjangan dibagi panjangan semula. Mooney viscometer ini sebenamya mengukur aliran secara kasar berdasarkan sifat aliran dengan kecepatan strain rendah. Hubungan antara viskositas Mooney dan
©2003 Digitized by USU digital library
2
shear stress tergantung dari jenis mutu karet alam. Sampel dari jenis mutu karet yang berbeda dengan nilai viskositas Mooney yang sama ternyata menunjukkan perbedaan sifat aliran pada kecepatan shear yang tinggi. Gesekan sampel karet oleh rotor dalam pengujian viskositas Mooney dapat juga digunakan untuk mengukur stress relaksasi (1). Dan dalam kejadian ini pengaruh thixotropy (breakdown dalam struktur) dapat dikurangi dengan lamanya perlakuan shearing. Stress relaksasi merupakan pengukuran langsunguntuk mengetahui respon sebagian elastisisitas dari suatu bahan. Stress relaksasi adalah bahan yang diberikan perlakuan shear stress dan stress tersebut dibiarkan relax pada strain yang konstan. Jadi secara tidak langsung pengukuran viskositas Mooney merupakan pengukuran respon sebagian elastisitas karet mentah.
Untuk lebih mengetahui hubungan antara viskositas dan elastisitas perlu diketahui sifat fisika karet mentah.
2.3. Sifat fisika karet Sifat fisika karet mentah dapat dihubungkan dengan dua komponen yaitu
viskositas dan elastisitas yang bekerja secara serentak. Viskositas diperlukan untuk mengukur ketahanan terhadap aliran (deformasi). Terjadinya aliran pada karet yang disebabkan oleh adanya tekanan/gaya/stress disebabkan oleh dua hal (8), yaitu : 1. Terlepasnya ikatan di dalam atau antara rantai poliisoprene, seperti terlepasnya
benang-benang yang telah dirajut. Hal ini terjadi pada stress yang rendah/kecil. 2. Terlepasnya seluruh ikatan rantai poliisoprene dan satu monomer dengan
monomer yang lain saling tindih menindih akan membentuk lingkungan yang kristal. Hal ini terjadi pada stress yang tinggi, yang disebut dengan stress crystallisation. Lingkungan/daerah yang menjdi kristal ini akan menghasilkan tensile strength yang tinggi di dalam karet.
Dengan demikian komponen viskositas adalah irreversibel dan dihitung sebagai aliran dingin (cold flow) dari karet mentah, sedangkan elastisitas, mengukur energi yang segera dikembalikan oleh karet setelah diberikan input energi kepadanya. Elastisitas menunjukkan hubungan jarak diantara ujung-ujung rantai poliisoprene, lebih tepatnya akar kuadrat dari rata-rata jumlah jarak kuadrat antara ujung-ujung rantai akhir (8).
Komponen elastisitas adalah reversibel dan dihitung/dinilai sebagai pantulan (bounche) karet. Sifat elastisitas karet dapat diperlihatkan dengan pegas (spring) yang mengikuti hukum hooke yaitu deformasi elastis terjadi dalam waktu sebentar dan tidak tergantung waktu.
2.4. Visko-elastis Semakin panjang rantai poliisoprene karet dengan sendirinya akan semakin
sulit terjadinya pelepasan rantai monomer sebagian atau seluruh rantai monomer, jadi secara keseluruhan viskositasnya akan tinggi. Akibatnya hanya akan terjadi aliran/deformasi yang kecil dan bahan tersebut dikatakan mempunyai elastisitas tinggi. Sebaliknya jika rantai poliisoprenenya pendek, maka dengan sendirinya akan mudah terjadi pelepasan rantai monomer sebagian atau seluruhnya, jadi viskositasnya rendah, sehingga akan mudah terjadi aliran bahan tersebut dan bahan akan kurang elastis atau lebih plastis.
Sifat viskoelastis ditunjukan oleh keseluruhan deformasi (perubahan bentuk) baik yang statik maupun dinamik. Deformasi dapat terjadi karena tegangan (tension), tekanan (compression), atau shear, atau kombinasi dari dua atau tiga penyebab tersebut. Sifat bahan viskoelastis adalah ketika shear stress dihilangkan, strain didalam bahan tersebut tidak segera dan tidak dapat kembali kebentuk semula.
©2003 Digitized by USU digital library
3
Dari keterangan-keterangan tersebut diatas dapat diambil generalisasi sebagai berikut : 1. Semakin tinggi kecepatan deformasi, karet akan semakain elastis; contoh:
terjadinya pantulan bola. 2. Semakin rendah kecepatan deformasi, karet akan semakin plastis; contoh:
terjadinya perubahan bentuk bandela selama penyimpanan karena disusun tindih menindih ketas. 3. Semakin tinggi suhu karet akan semakin plastis; contoh : mastikasi karet mentah dalam keadaan panas akan lebih mudah dalam melakukan pencampuran bahan. 4. Semakin rendah suhu karet akan semakin elastis; contoh : mastikasi karet mentah dalam keadaan dingin akan menyulitkan proses pencampurannya.
III. REAKSI STORAGE HARDENING
Selama pengolahan, penyimpanan dan pengangkutan dari negara produsen ke negara konsumen, viskositas Mooney karet alam akan mengalami kenaikan secara spontan dan irreversibel sehingga karet menjadi lebih keras. Gejala ini disebut storage hardening yang terjadi karena reaksi ikatan silang antara gugus aldehida pada rantai poliisoprene (1-6 per-rantai) dengan gugus aldehida terkondensasi yang ada didalam bahan bukan karet (8). Teori lain mengatakan bahwa karet alam mengalami pengerasan. selama penyimpanan karena terbentuknya gel secara periahan-lahan. Terbentuknya gel ini dihasilkan dari ikatan silang rantai polimer secara alami dan karena adanya gugus aldehida abnormal yang reaktif.
Reaksi ikatan silang antara gugus aldehida berjalan lamban dan sangat dipengaruhi oleh tingkat kadar air yang terdapat dalam karet tersebut. Semakin kering akan semakin dipercepat terjadinya reaksi ikatan silang gugus aldehida tersebut (2).
3.1. Mekanisme reaksi storage hardenig Storage hardening (pengerasan karet selama penyimpanan) ditunjukkan
dengan kenaikan nilai viskositas Mooney, sebenarnya merupakan suatu proses yang kompleks sebab melibatkan beberapa tipe mekanisme yang sampai saat ini belum jelas dan pasti penyebabnya. Selama puluhan tahun dilakukan penelitian tentang storage hardening hanya beberapa proses karakteristik yang sudah dapat diidentifikasi secara jelas yaitu: 1. Proses storage hardening akan dipercepat pada kondisi kelembaban yang rendah.
Hal ini yang mendorong dikembangkan pengujian pengerasan selama penyimpanan yang dipercepat atau Accelerated Storage Hardening Test (ASHT) dengan menggunakan bahan kimia P205 yang menyerap air (9). ASHT adalah mengukur jumlah maksimum karet menjadi keras (hardenig) selama penyimpanan pada kondisi normal. Jadi apabila suatu sampel karet mempunyai nilai kenaikan ASHT sebanyak 8 unit atau kurang (setara dengan kenaikan nilai VR sebanyak 9-12 unit), akan dinyatakan sebagai karet viskositas mantap. Namun dalam kondisi penyimpanan yang sebenarnya kenaikan nilai VR akan jauh lebih kecil dari 9-12 unit. Misalkan SMR CV (viskositas mantap) yang telah disimpan selam 5 tahun hanya mengalami kenaikan nilai VR sebanyak 4-8 unit sedangkan SMR L (viskositas tidak mantap) mengalami kenaikan sebanyak 15-19 unit (13). 2. Beberapa regensia yang mengandung senyawa amina misalnya hidroksilamin dapat mencegah proses storage hardening apabila ditambahkan ke dalam lateks dalam jumlah yang cukup sebelum pemisahan partikel karetnya (pembekuan) (10).
©2003 Digitized by USU digital library
4
3. Proses storage hardenig dikatalisa oleh adanya asam-asam amino di dalam lateks (3) Hipotesis untuk menjelaskan mekanisme terjadinya reaksi storage hardenig
adalah karena ikatan silang antara gugus aldehida pada rantai poliisoprene dengan gugus aldehida terkondensasi yang ada di dalam bahan bukan karet atau yang terdapat pada rantai poliisoprene yang lain. Reaksi yang mungkin adalah sebagai berikut (7):
Kemungkinan lain adalah reaksi antara gugus aldehida dan α-metil dari rantai utama poliisoprene :
Usulan lain mekanisme storage hardenig menyatakan bahwa storage hardenig adalah ikatan silang ion (ionic crosslinks) yang sangat dipengaruhi oleh uap air di dalamnya. Pengeringan karet yang bertujuan untuk menghilangkan air akan menyebabkan bertambahnya intensitas interaksi ion sehinggaeningkatkan densitas ikatan silang (2). Selama penyimpanan dalam keadaan kering, reaksi ikatan silang yang terjadi akan semakin dipercepat sampai jenuh (maksimum). Hal inilah yang menyebabkan disebut dengan storage hardenig.
3.2. Pengertian Mikrogel dan Makrogel Perbedaan kekerasan dan viskositas Mooney dari klon karet pada okoknya
disebabkan adanya pembentukan gel (8). Gel biasanya didefinisikan ebagai dispersi cairan di dalam zat padat, tetapi di daiam industri karet gel apat diartikan sebagai storage hardening. Gel terjadi karena adanya ikatan silang secara spontan di dalam polimer karet alam mentah. Ikatan silang tersebut erbentuk secara alami karena adanya gugus aldehida abnormal di dalam karet.
Mula-mula ikatan silang terjadi di dalam individu partikel karet pada waktu ateks masih di dalam pohon (intra particle crosslinks) yang disebut dengan nikrogel (8). Ikatan silang berikutnya terjadi di dalam keseluruhan struktur karet selama pengeringan dan penyimpanan, yang disebut dengan makrogel yaitu antara gugus aldehida dengan gugus aldehida yang terkondensasi.
Nilai Po (Plastisitas awal) dipengaruhi oleh sebagian besar mikrogel dan sebagian kecil makrogel, sedangkan kenaikan nilai VR (viskositas Mooney) yang tidak terkendalikan selama pengangkutan karet ke negara konsumen disebabkan oleh pembentukan makrogel. Mikrogel melarut dalam pelarut dan tidak tampak dengan mata telanjang. Mikrogel tersebar merata seperti cahaya dan larutan yang mengandung mikrogel dalam konsentrasi tinggi akan kelihatan keruh (opacity),
©2003 Digitized by USU digital library
5
sedangkan makrogel tidak melarut dalam pelarut dan terlihat sebagai bentuk karet yang menggembung serta mengambang, jika karet kering dilarutkan dalam pelarut. Untuk jenis klon yang mempunyai nilai VR mula-mula rendah akan mengalami kenaikan nilai VR yang lebih banyak dibandingkan dengan yang mula-mula mempunyai nilai VR tinggi, karena lebih banyak mengandung gugus aldehida (12).
3.3. Cara pengujian pengerasan selama penyimpanan yang dipercepat Untuk mengetahui tingkat pertambahan ikatan silang selama penyimpanan
dilakukan uji pengerasan selama penyimpanan yang dipercepat, Accelerated Storage Hardening Test (ASHT), yaitu dengan mengukur selisih plastisitas mula-mula dengan plastisitas karet setelah disimpan pada kondisi yang diatur memiliki kelembaban yang sangat rendah dengan menggunakan bahan kimia P205 yang bersifat menyerap air.
Pengukuran plastisitas dilakukan dengan Plastimeter Wallace, yaitu mengukur kemampuan karet untuk menahan pembebanan tetap selama waktu dan suhu tertentu. Plastisitas awal (Po) adalah plastisitas karet mentah yang langsung diuji tanpa perlakuan khusus sebelumnya.
Plastisitas akhir (Pa) adalah plastisitas karet alam yang telah disimpan di dalam botol yang didalamnya diisi 6 gram P2O5 dan berpenyekat aluminium. Karet diletakkan diatas aluminium itu dan botol ditutup rapat. Botol dipanaskan didalam oven pada suhu 60±1°C selama 24±1 jam, setelah itu karet dikeluarkan dari oven dan dibiarkan selama 15 menit pada suhu kamar sebagai pendinginan sebelum diuji plastisitasnya dengan Plastimeter Wallace seperti pengujian Po. Hasil inilah yang dibaca sebagai plastisitas akhfr (Pa). Hasil pengukuran ASHT adalah :
ASHT (∆P) = Pa – Po
IV. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI STORAGE HARDENING DAN CARA MENANGGULANGINYA
Terjadinya kenaikan nilai viskositas Mooney sebenarnya sudah dimulai sejak lateks keluar dari pohon karena adanya aktifitas mikroorganisme yang menguraikan protein dan karbohidrat. Dengan teruarainya protein menjadi asam-asam amino akan mengkatalisa terjadinya reaksi ikatan silang antara gugus aldehida pada rantai poliisoprene dengan gugus aldehida terkondensasi yang ada di dalam bahan bukan karet atau yang ada pada rantai poliisoprene yang lain, yang berakibat nilai viskositas Mooney mengalami kenaikan.
Pada koagulum kebun dimana aktivitas mikroorganisme berlangsung terus, reaksi ikatan silang tersebut berjalan terus walaupun tidak cepat karena terhalang oleh adanya air. Kemudian selama pengeringan (setelah diremahkan) kecepatan reaksi ikatan silang gugus aldehida akan dipercepat karena berkurangnya kadar air.
4.1. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi storage hardening Faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya reaksi storage hardening
sehingga juga mempengaruhi viskositas Mooney karet alam adalah jenis klon, cara pembekuan, lama penyimpanan koagulum, suhu penegeringan dan suhu bandela.
Jenis klon Setiap klon mepunyai gugus aldehida yang berbeda-beda jumlahnya.
Semakin banyak jumlah gugus aldehida yang terdapat pada setiap rantai poliisoprene maka kenaikan nilai viskositas Mooney akan dipercepat (12). Jarak viskositas Mooney dari tiap-tiap klon karet juga berbeda-beda dan tidak tetap, tergantung pada jenis klon dan juga keadaan cuaca pada saat lateks disadap. Misalkan klon GT 1 termasuk jenis klon yang direkomendasikan untuk
©2003 Digitized by USU digital library
6
pembuatan/produksi karet viskositas mantap karena mempunyai nilai viskositas Mooney VR sedang yaitu antara 55-65.
Untuk memproduksi SIR-3CV yang hasilnya konsisten diperlukan pengecekan secara periodik terhadap nilai VR dari setiap klon yang digunakan sebagai sumber lateks terutama pad a saat terjadi pergantian musim dan mencampur (blending) berdasarkan kepada berat karet kering serta nilai VR dari setiap klon/afdeling sampai tercapai nilai VR antara 55-65.
Cara pembekuan Proses dan pH pembekuan dapat mempcngaruhi kenaikan nilai VR.
Pembekuan dengan asam akan mempunyai nilai VR yang paling rendah dan pembekuan secara alami mepunyai nilai VR yang paling tinggi bila dibandingkan dengan pembekuan dengan menggunakan panas dan penambahan mikroba luar.
Nilai VR yang tinngi pada koagulum kebun ini diduga karena proses pembekuannya tidak serentak dan tidak merata, serta telah terjadi reaksi ikatan silang antara gugus aldehida. Maka dalam pengolahan karet viskositas mantap dianjurkan untuk menggunakan pH pembekuan antara 4,5-5,5 sebab pada pH ini hanya akan terjadi kenaikan nilai VR sebanyak 0-3 unit.
Lama penyimpanan koagulum dan remah karet Lama penyimpanan koagulum dan remah karet sebelum diproses dapat
menaikkan nilai VR. Dalam bentuk remah karet akan lebih cepat mengalami kenaikan nilai VR dibandingkan dalam bentuk koagulum karena kadar airnya lebih sedikit (2;8).
Perbedaan lama penyimpanan koagulum di tempat/kebun petani akan menyebabkan bervariasinya nilai VR koagulum kebun. Nilai VR dari karet SIR-20 tinggi dan bervariasi yaitu antara 75-90 karena diolah dari koagulum kebun yang telah mengalami penyimpanan yang lama dan dengan waktu yang bervariasi pula di tempat petani karet. SIR-20 juga diolah dari lembaran (blanket) krep mengalami proses penggantungan di udara terbuka sebelum diremahkan.
Pengantungan lembaran krep (pre drying) biasanya bertujuan untuk mencegah terjadinya noda/bintik-bintik putih (white spot) pada karet keringnya, mempercepat proses pengeringan di alat pengering (dryer), menaikkan nilai Po dan VR, dan mempertahankan nilai PRI tetap tinggi. Proses penggantungan tersebut dapat manaikkan Po dan VR diduga karena prosesnya mirip dengan proses storage hardening. Oleh karena itu dalam pengolahan karet viskositas mantap dianjurkan untuk segera mengolah koagulum dan remah karet, penggantungan blanket krep harus berdasarkan percobaan pendahuluan dengan memperhatikan kenaikan nilai Po dan VR dibandingkan dengan nilai PRI yang diperoleh.
Suhu pengeringan Pada waktu remah karet dipanaskan, akan terjadi dua rekasi yaitu reaksi
ikatan silang gugus aldehida dan reaksi oksidasi yang memutuskan rantai molekul karet. Suhu pengeringan yang tinggi dapat menaikkan atau menurunkan nilai VR karet tergantung dari kecepatan reaksi antara kedua reaksi tersebut. Biasanya pengeringan pada suhu tinggi dan waktu lama selalu akan menurunkan nilai VR, karena pada suhu tinggi dan waktu lama terjadinya pemutusan molekul karet akan lebih cepat dibandingkan dengan reaksi ikatan silang gugus aldehida (8).
Dampak dari pengeringan pada suhu tinggi dan waktu yang lama adalah PRI akan turun jatuh yang ditandai dengan karet mejadi lunak dan lembut. Jadi perlu dicari suhu yang optimal (biasanya antara 110-120°C) supaya didapat nilai VR yang sedang (55-65) dan PRI yang memenuhi spesifikasi mutu teknis.
©2003 Digitized by USU digital library
7
Suhu bandela Suhu tinggi pada waktu membuat bandela dari karet remah yang baru keluar
dari alat pengering akan meningkatkan nilai VR karet. Semakin tinggi suhu bandela akan semakin tinggi pula nilai akhir VR (8). Hal ini diduga karena kecepatan reaksi kondensasi ikatan silang aldehida lebih cepat dibandingkan kecepatan pemutusan ikatan rantai oleh reaksi oksidasi sebab jumlah oksigen di dalam bandela sedikit. Untuk mengatasi hal ini, begitu remah karet akan keluar dari alat pengering, maka pad a bagian paling ujung (akhir) langsung didinginkan dengan kipas angin (cooling).
4.2. Cara-cara penanggulangan reaksi storage hardening Karena reaksi storage hardenig dipengaruhi oleh jenis klon dan telah terjadi
sejak lateks keluar dari pembuluh lateks, selama pengolahan, penyimpanan, sampai pengangkuatan, maka cara penaggulangan yang dapat dilakukan adalah: 1. Memilih atau melakukan seleksi klon-klon yang cocok untuk karet viskositas
mantap dengan melihat jarak viskositas Mooney dari karet yang dihasilkan selama setahun. Apabila menggunakan klon campuran harus diperhatikan berat karet kering dari setiap klon dan masing-masing nilai VR nya untuk memperkirakan viskositas Mooney di tangki pabrik. 2. Menggunakan bahan.bahan kimia yang dapat mencegah terjadinya reaksi ikatan silang antara gugus atdehida misalkan hidroksilamin netral sulfat (HNS), hidroksil amonium sulfat (HAS), dll. 3. Lateks dibekukan dengan asam semut pada pH 4,5-5. 4. Segera mengolah koagulum dan remah karet. 5. Menggunakan suhu pengeringan yang optimal, antara 110-120°C. 6. Begitu karet remah kering keluar dari alat pengering segera dilakukan pendinginan dengan kipas sampai suhunya sarna dengan udara tuar. 7. Mencegah terjadinya pengenceran lateks dan kontaminasi oleh ion logam Cu++, Mn++ dan Fe++, misalkan karena dengan menggunakan wadah yang dibuat dari besi dan tembaga.
Dari ketujuh cara penanggulangan reaksi storage hardening yang paling
efektif adalah dengan penggunaan bahan kimia karena ikatan silang gugus aldehida
dapat dicegah sejak dini dan secara total. Bahan kimia yang paling banyak
digunakan untuk memantapakan viskositas Mooney adalah hidroksilamin netral
sulfat (HNS). Reaksi pencegahan ikatan silang gugus aldehida oleh HNS adalah
sebagai berikut:
CHO + NH2OH
CH = N
OH + H2O
gugus
aldehida hidroksilamin aldoksim
air
Kelemahan dari HNS adalah warna karetnya lebih gelap dibandingkan dengan karet tidak mantap dan menyebabkan gatal-gatal bagi pekerja yang tidak tahan alergi. Maka untuk membuat SIR-3GV L (warna cerah) dapat dilakukan dengan menggunakan bahan pemantap semikarbazida hidroklorida konsentrasi 0,4% b/bkk dan ditambah sodium metabisulfit konsentrasi 0,04% b/bkk, masing-masing dalam bentuk larutan 10% dan 5% (6).
DAFTAR PUSTAKA Bristow, G.M. dan Sears, A.G., 1987, "The use of novel parameters in the assesment
of natural rubber processability", J .nat. Rubb. Ress. 2,15. Burfield, D.R., 1986, "Storage hardening of natural rubber : an examination of
current mechanistic proposals", J.nat. Rubb. Ress. 1 (3), 202-208.
©2003 Digitized by USU digital library
8
Gregory, M.J. dan Tan, A.S., 1976, "Some observations on storage hardening of natural rubber", Proc. Int. Rubb. Conf. Kuala Lumpur 1975, 4, 28.
Honggokusumo, S. dan Suharto, R., 1994, "Permintaan konsumen mengenai spesifikasi SIR", Warta Perkaretan, 13 (3), 25-32.
Lim, H.S., 1989, "Processing of viscosity stabilised natural rubber", 136th Meet Rubb. Div. American Chern. Soc., Oct. 17-20, 1989. Detroid, Michigan USA, 12.
Ong, C.O. dan Lim, H.S., 1978, "Produstion of SMR 5CV from hight viscocity by chemical peptisation", J. Rubb. Ress. Inst. Malaysia, 24 (3), 160-168.
Roberts, A.D., 1988, "Rheology of raw rubber, In: Natural Rubber Science and Technology", Oxford, New York, Kuala Lumpur, 141-176.
Sin, S.W., 1969, "Storage hardening in natural rubber", Chern. Div. Rep. no. 76, Rubb. Ress., Inst. of Malaysia.
Sekhar, B.C., 1960, "Degradation and crosslinking of polyisiprene in Revea brasiliensis latex during processing and storage”, J. Polym. Sci., 48, 133.
Sekhar, B.C. 1962, "Abnormal groups in rubber and microgel", Proto Fourth Rubb. Technol. Conf. London 162,460.
Subramaniam, A., 1977, "Estimation of aldehyd groups in natural rubber with 2,4 dinitrophenylhydrazine", .T. Rubb. Ress. Inst. Malaysia, 25 (2), 61-68.
Subramaniam, A., 1.984, "Mooney viscocity of raw natural rubber", Plrs' Bull. Rubb. Ress. Inst. Malaysia, no. 180, 104-112.
Subramaniam, A. dan Sui, W. W., 1986, "Storage hardening of natural rubber. I. Effect ofepoxide groups", .T. nat. Rubb. Ress, 1 (1),58-63.
©2003 Digitized by USU digital library
9
REFRIZON, S.Si
Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
I. PENDAHULUAN
Salah satu kelemahan pokok karet alam dibandingkan dengan karet sintetis adalah nilai viskositas Mooneynya sangat bervariasi sehingga menyulitkan konsumen dalam membuat kompon barang jadi karet, khususnya ban.
Sehingga perkembangan akhir-akhir ini menunjukkan bahwa setiap konsumen (pabrik ban) menghendaki nilai viskositas Money dari SIR-20 (Standard Indonesian Rubber) pada jarak tertentu, misalnya Goodyear antara 65-75, Michelin 80-85, Yokohama 75-85, dan Aliance 62-72 (4). Hal ini menunjukkan bahwa setiap konsumen menginginkan konsistensi nilai viskositas Mooney dari produsen karet, atau dengan kata lain setiap konsumen menghendaki kemantapan nilai viskositas Mooney dari produsen karet.
Beberapa kemungkinan alasan konsumen menghendaki nilai viskositas Mooney yang mantap adalah pengujian untuk mendapatkan nilai viskositas Mooney lebih mendekati processability di pabrik ban dibandingkan dengan nilai Po (plastisitas). Hal ini disebabkan pengujian viskositas Mooney dilakukan dengan proses shearing (gesekan) yang mirip dengan proses pencampuran karet dan bahanbahan lain dalam pembuatan kompon karet dibandingkan dengan pengujian Po yang hanya berdasarkan pampatan (tekanan) terhadap sampel karet dan hasilnya diperoleh dari perbandingan antara keping uji sesudah dan sebelum pemampatan. Juga dalam pembuatan kompon dikehendaki nilaiviskositas Mooney tertentu supaya pencampuran antara dua jenis karet atau lebih yang berbeda dapat dilakukan dengan mudah dan tidak memerlukan energi yang banyak.
Karet viskositas Mooney mantap dikehendaki oleh konsumen sebab dengan viskositas mantap tidak diperlukan proses premastikasi yang memerlukan energi sebesar 33-35% dari total energi yang diperlukan untuk pembuatan kompon barang jadi karet. Dengan adanya proses tanpa premastikasi akan meningkatkan hampir duB kali hasil kapasitas (output) dalam pencampuran kompon. Disamping itu juga akan meningkatkan konsistensi dalam pencampuran kompon (masterbatch) dan viskositas dari karet komponnya. Dampaknya akan mengurangi kegagalan mutu (scrap) selama pengolahan menjadi barang jadi karet (5).
Dengan adanya kecendrungan permintaan kensumen terhadap hasil pengujian terhadap nilai viskositas Mooney untuk jenis SIR-20, hal ini memungkinkan terjadinya peningkatan permintaan konsumen terhadap karet viskositas mantap. Dalam tulisan ini dikemukakan tinjauan tentang viskositas Mooney sejak dari pengertian viskositas Mooney sampai pada cara pengukurannya, terjadinya reaksi storage hardening, kemungkinan-kemungkinan penyebab dan cara penanggulangan reakasi storage hardening.
II. VISKOSITAS MOONEY
2.1. Pengertian Viskositas Mooney Viskositas Mooney karet alam (Hevea Brasiliensis) menunjukkan panjangnya
rantai molekul karet atau berat molekul serta derajat pengikatan silang rantai
©2003 Digitized by USU digital library
1
molekulnya (7). Pada umumnya semakin tinggi berat molekul (BM) hidrokarbon karet semakin panjang rantai molekul dan semakin tinggi tahanan terhadap aliran dengan kata lain karetnya semakin viskous dan keras. Dalam pembuatan ban karet alam dengan 8 M tinggi cukup menarik karena sifat fisika ban yang dihasilkan seperti daya kenyal, tegangan tarik, perpanjangan putus dan sebagainya cukup baik.
Tetapi energi yang dibutuhkan untuk melumat karet dengan BM tinggi cukup besar sehingga kurang menguntungkan. Sebaliknya hidrokarbon karet dengan BM rendah membutuhkan energi yang lebih sedikit jumlahnya pada proses pembuatan ban, tetapi sifat fisika yang dihasilkan kurang baik. Oleh karena itu karet alam dengan BM yang medium dapat memberikan titik temu antara energi yang hemat dengan sifat fisika yang unggul.
Derajat pengikat silang rantai molekul yang tinggi menyatakan semakin banyak reaksi ikatan silang (cross linking reaction) yang terjadi, sehingga akan meningkatkan nilai viskositas Mooney karet alam.
2.2. Cara Pengukuran Viskositas Mooney Pengukuran viskositas Mooney dilakukan dengan Mooney viscometer, yaitu
berdasarkan pengukuran gesekan (shearing) rotor (torque) pada karet padat yang berfungsi sebagal tahanan dengan meletakkan sampel karet di atas dan di bawah rotor yang dapat berputar.
Sebelum motor dijalankan dipanaskan selama 1 menit. Kemudian motor dijalankan den rotor akan berputar. Tenaga yang digunakan untuk memutar rotor di dalam sampel karet dapat dibaca pada skala. Pembacaan dilakukan setelah 5 menit. Bila pada skala tercatat 55 artinya viskositas Mooney adalah 55 dan ditulis viskositas karet = 55 ML. 1 (100°C, 5'), dengan pengertian satuan sebagai berikut:
M = Mooney L = Large rotor (rotor ukuran besar) 1 = pemanasan pendahuluan 1 menit 100°C = suhu yang dipakai untuk pengujian 5' = pembacaan 5 menit setelah rotor dipanaskan dan dijalankan. Nilai viskositas Mooney yang didapat berlawanan dengan nilai plastisitas, sebab semakin plastis sampel karet yang diuji maka semakin cepat rotor berputar, yang berarti tenaga yang dibutuhkan untuk memutar rotor semakin kecil, hal ini menunjukkan viskositasnya rendah. Jadi pengukuran viskositas Mooney ini sama dengan pengukuran gesekan antara rotor oleh suatu tenaga dengan karet sebagai tahanannya. Di lain pihak jika viskositas tinggi berarti karet keras atau kurang plastis yang menghasilkan tahanan kuat akibatnya rotor berputar lambat dan memerlukan tenaga yang besar. Sebaliknya jika viskositas rendah berarti karet lunak atau lebih plastis, sehingga tahanan lemah akibatnya untuk memutar rotor hanya diperlukan tenaga yang kecil. Mooney viskomemer pada dasarnya adalah alat untuk mengukur aliran shear viscocity yang dirancang pada ML (1+4) dengan strain rate : ±1,5/detik setelah pemanasan pendahuluan pada suhu 100°C selama 1 menit, kemudian dilanjutkan periode shear selama 4 menit. Pengukuran aliran dilakukan selama kompresi sederhana pada suhu 1000C. Stress adalah intensitas pada suatu titik dalam suatu benda oleh gaya-gaya internal atau kompnen-konponen suatu gaya yang bekerja pada suatu bidang lewat titik tersebut. Stress dinyatakan dalam gaya per satuan luas. Starin adalah perubahan satuan oteh gaya dalam ukuran atau bentuk dari suatu benda yang mengacu ke bentuk atau ukuran semula. Strain dinyatakan dalam perpanjangan dibagi panjangan semula. Mooney viscometer ini sebenamya mengukur aliran secara kasar berdasarkan sifat aliran dengan kecepatan strain rendah. Hubungan antara viskositas Mooney dan
©2003 Digitized by USU digital library
2
shear stress tergantung dari jenis mutu karet alam. Sampel dari jenis mutu karet yang berbeda dengan nilai viskositas Mooney yang sama ternyata menunjukkan perbedaan sifat aliran pada kecepatan shear yang tinggi. Gesekan sampel karet oleh rotor dalam pengujian viskositas Mooney dapat juga digunakan untuk mengukur stress relaksasi (1). Dan dalam kejadian ini pengaruh thixotropy (breakdown dalam struktur) dapat dikurangi dengan lamanya perlakuan shearing. Stress relaksasi merupakan pengukuran langsunguntuk mengetahui respon sebagian elastisisitas dari suatu bahan. Stress relaksasi adalah bahan yang diberikan perlakuan shear stress dan stress tersebut dibiarkan relax pada strain yang konstan. Jadi secara tidak langsung pengukuran viskositas Mooney merupakan pengukuran respon sebagian elastisitas karet mentah.
Untuk lebih mengetahui hubungan antara viskositas dan elastisitas perlu diketahui sifat fisika karet mentah.
2.3. Sifat fisika karet Sifat fisika karet mentah dapat dihubungkan dengan dua komponen yaitu
viskositas dan elastisitas yang bekerja secara serentak. Viskositas diperlukan untuk mengukur ketahanan terhadap aliran (deformasi). Terjadinya aliran pada karet yang disebabkan oleh adanya tekanan/gaya/stress disebabkan oleh dua hal (8), yaitu : 1. Terlepasnya ikatan di dalam atau antara rantai poliisoprene, seperti terlepasnya
benang-benang yang telah dirajut. Hal ini terjadi pada stress yang rendah/kecil. 2. Terlepasnya seluruh ikatan rantai poliisoprene dan satu monomer dengan
monomer yang lain saling tindih menindih akan membentuk lingkungan yang kristal. Hal ini terjadi pada stress yang tinggi, yang disebut dengan stress crystallisation. Lingkungan/daerah yang menjdi kristal ini akan menghasilkan tensile strength yang tinggi di dalam karet.
Dengan demikian komponen viskositas adalah irreversibel dan dihitung sebagai aliran dingin (cold flow) dari karet mentah, sedangkan elastisitas, mengukur energi yang segera dikembalikan oleh karet setelah diberikan input energi kepadanya. Elastisitas menunjukkan hubungan jarak diantara ujung-ujung rantai poliisoprene, lebih tepatnya akar kuadrat dari rata-rata jumlah jarak kuadrat antara ujung-ujung rantai akhir (8).
Komponen elastisitas adalah reversibel dan dihitung/dinilai sebagai pantulan (bounche) karet. Sifat elastisitas karet dapat diperlihatkan dengan pegas (spring) yang mengikuti hukum hooke yaitu deformasi elastis terjadi dalam waktu sebentar dan tidak tergantung waktu.
2.4. Visko-elastis Semakin panjang rantai poliisoprene karet dengan sendirinya akan semakin
sulit terjadinya pelepasan rantai monomer sebagian atau seluruh rantai monomer, jadi secara keseluruhan viskositasnya akan tinggi. Akibatnya hanya akan terjadi aliran/deformasi yang kecil dan bahan tersebut dikatakan mempunyai elastisitas tinggi. Sebaliknya jika rantai poliisoprenenya pendek, maka dengan sendirinya akan mudah terjadi pelepasan rantai monomer sebagian atau seluruhnya, jadi viskositasnya rendah, sehingga akan mudah terjadi aliran bahan tersebut dan bahan akan kurang elastis atau lebih plastis.
Sifat viskoelastis ditunjukan oleh keseluruhan deformasi (perubahan bentuk) baik yang statik maupun dinamik. Deformasi dapat terjadi karena tegangan (tension), tekanan (compression), atau shear, atau kombinasi dari dua atau tiga penyebab tersebut. Sifat bahan viskoelastis adalah ketika shear stress dihilangkan, strain didalam bahan tersebut tidak segera dan tidak dapat kembali kebentuk semula.
©2003 Digitized by USU digital library
3
Dari keterangan-keterangan tersebut diatas dapat diambil generalisasi sebagai berikut : 1. Semakin tinggi kecepatan deformasi, karet akan semakain elastis; contoh:
terjadinya pantulan bola. 2. Semakin rendah kecepatan deformasi, karet akan semakin plastis; contoh:
terjadinya perubahan bentuk bandela selama penyimpanan karena disusun tindih menindih ketas. 3. Semakin tinggi suhu karet akan semakin plastis; contoh : mastikasi karet mentah dalam keadaan panas akan lebih mudah dalam melakukan pencampuran bahan. 4. Semakin rendah suhu karet akan semakin elastis; contoh : mastikasi karet mentah dalam keadaan dingin akan menyulitkan proses pencampurannya.
III. REAKSI STORAGE HARDENING
Selama pengolahan, penyimpanan dan pengangkutan dari negara produsen ke negara konsumen, viskositas Mooney karet alam akan mengalami kenaikan secara spontan dan irreversibel sehingga karet menjadi lebih keras. Gejala ini disebut storage hardening yang terjadi karena reaksi ikatan silang antara gugus aldehida pada rantai poliisoprene (1-6 per-rantai) dengan gugus aldehida terkondensasi yang ada didalam bahan bukan karet (8). Teori lain mengatakan bahwa karet alam mengalami pengerasan. selama penyimpanan karena terbentuknya gel secara periahan-lahan. Terbentuknya gel ini dihasilkan dari ikatan silang rantai polimer secara alami dan karena adanya gugus aldehida abnormal yang reaktif.
Reaksi ikatan silang antara gugus aldehida berjalan lamban dan sangat dipengaruhi oleh tingkat kadar air yang terdapat dalam karet tersebut. Semakin kering akan semakin dipercepat terjadinya reaksi ikatan silang gugus aldehida tersebut (2).
3.1. Mekanisme reaksi storage hardenig Storage hardening (pengerasan karet selama penyimpanan) ditunjukkan
dengan kenaikan nilai viskositas Mooney, sebenarnya merupakan suatu proses yang kompleks sebab melibatkan beberapa tipe mekanisme yang sampai saat ini belum jelas dan pasti penyebabnya. Selama puluhan tahun dilakukan penelitian tentang storage hardening hanya beberapa proses karakteristik yang sudah dapat diidentifikasi secara jelas yaitu: 1. Proses storage hardening akan dipercepat pada kondisi kelembaban yang rendah.
Hal ini yang mendorong dikembangkan pengujian pengerasan selama penyimpanan yang dipercepat atau Accelerated Storage Hardening Test (ASHT) dengan menggunakan bahan kimia P205 yang menyerap air (9). ASHT adalah mengukur jumlah maksimum karet menjadi keras (hardenig) selama penyimpanan pada kondisi normal. Jadi apabila suatu sampel karet mempunyai nilai kenaikan ASHT sebanyak 8 unit atau kurang (setara dengan kenaikan nilai VR sebanyak 9-12 unit), akan dinyatakan sebagai karet viskositas mantap. Namun dalam kondisi penyimpanan yang sebenarnya kenaikan nilai VR akan jauh lebih kecil dari 9-12 unit. Misalkan SMR CV (viskositas mantap) yang telah disimpan selam 5 tahun hanya mengalami kenaikan nilai VR sebanyak 4-8 unit sedangkan SMR L (viskositas tidak mantap) mengalami kenaikan sebanyak 15-19 unit (13). 2. Beberapa regensia yang mengandung senyawa amina misalnya hidroksilamin dapat mencegah proses storage hardening apabila ditambahkan ke dalam lateks dalam jumlah yang cukup sebelum pemisahan partikel karetnya (pembekuan) (10).
©2003 Digitized by USU digital library
4
3. Proses storage hardenig dikatalisa oleh adanya asam-asam amino di dalam lateks (3) Hipotesis untuk menjelaskan mekanisme terjadinya reaksi storage hardenig
adalah karena ikatan silang antara gugus aldehida pada rantai poliisoprene dengan gugus aldehida terkondensasi yang ada di dalam bahan bukan karet atau yang terdapat pada rantai poliisoprene yang lain. Reaksi yang mungkin adalah sebagai berikut (7):
Kemungkinan lain adalah reaksi antara gugus aldehida dan α-metil dari rantai utama poliisoprene :
Usulan lain mekanisme storage hardenig menyatakan bahwa storage hardenig adalah ikatan silang ion (ionic crosslinks) yang sangat dipengaruhi oleh uap air di dalamnya. Pengeringan karet yang bertujuan untuk menghilangkan air akan menyebabkan bertambahnya intensitas interaksi ion sehinggaeningkatkan densitas ikatan silang (2). Selama penyimpanan dalam keadaan kering, reaksi ikatan silang yang terjadi akan semakin dipercepat sampai jenuh (maksimum). Hal inilah yang menyebabkan disebut dengan storage hardenig.
3.2. Pengertian Mikrogel dan Makrogel Perbedaan kekerasan dan viskositas Mooney dari klon karet pada okoknya
disebabkan adanya pembentukan gel (8). Gel biasanya didefinisikan ebagai dispersi cairan di dalam zat padat, tetapi di daiam industri karet gel apat diartikan sebagai storage hardening. Gel terjadi karena adanya ikatan silang secara spontan di dalam polimer karet alam mentah. Ikatan silang tersebut erbentuk secara alami karena adanya gugus aldehida abnormal di dalam karet.
Mula-mula ikatan silang terjadi di dalam individu partikel karet pada waktu ateks masih di dalam pohon (intra particle crosslinks) yang disebut dengan nikrogel (8). Ikatan silang berikutnya terjadi di dalam keseluruhan struktur karet selama pengeringan dan penyimpanan, yang disebut dengan makrogel yaitu antara gugus aldehida dengan gugus aldehida yang terkondensasi.
Nilai Po (Plastisitas awal) dipengaruhi oleh sebagian besar mikrogel dan sebagian kecil makrogel, sedangkan kenaikan nilai VR (viskositas Mooney) yang tidak terkendalikan selama pengangkutan karet ke negara konsumen disebabkan oleh pembentukan makrogel. Mikrogel melarut dalam pelarut dan tidak tampak dengan mata telanjang. Mikrogel tersebar merata seperti cahaya dan larutan yang mengandung mikrogel dalam konsentrasi tinggi akan kelihatan keruh (opacity),
©2003 Digitized by USU digital library
5
sedangkan makrogel tidak melarut dalam pelarut dan terlihat sebagai bentuk karet yang menggembung serta mengambang, jika karet kering dilarutkan dalam pelarut. Untuk jenis klon yang mempunyai nilai VR mula-mula rendah akan mengalami kenaikan nilai VR yang lebih banyak dibandingkan dengan yang mula-mula mempunyai nilai VR tinggi, karena lebih banyak mengandung gugus aldehida (12).
3.3. Cara pengujian pengerasan selama penyimpanan yang dipercepat Untuk mengetahui tingkat pertambahan ikatan silang selama penyimpanan
dilakukan uji pengerasan selama penyimpanan yang dipercepat, Accelerated Storage Hardening Test (ASHT), yaitu dengan mengukur selisih plastisitas mula-mula dengan plastisitas karet setelah disimpan pada kondisi yang diatur memiliki kelembaban yang sangat rendah dengan menggunakan bahan kimia P205 yang bersifat menyerap air.
Pengukuran plastisitas dilakukan dengan Plastimeter Wallace, yaitu mengukur kemampuan karet untuk menahan pembebanan tetap selama waktu dan suhu tertentu. Plastisitas awal (Po) adalah plastisitas karet mentah yang langsung diuji tanpa perlakuan khusus sebelumnya.
Plastisitas akhir (Pa) adalah plastisitas karet alam yang telah disimpan di dalam botol yang didalamnya diisi 6 gram P2O5 dan berpenyekat aluminium. Karet diletakkan diatas aluminium itu dan botol ditutup rapat. Botol dipanaskan didalam oven pada suhu 60±1°C selama 24±1 jam, setelah itu karet dikeluarkan dari oven dan dibiarkan selama 15 menit pada suhu kamar sebagai pendinginan sebelum diuji plastisitasnya dengan Plastimeter Wallace seperti pengujian Po. Hasil inilah yang dibaca sebagai plastisitas akhfr (Pa). Hasil pengukuran ASHT adalah :
ASHT (∆P) = Pa – Po
IV. FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI REAKSI STORAGE HARDENING DAN CARA MENANGGULANGINYA
Terjadinya kenaikan nilai viskositas Mooney sebenarnya sudah dimulai sejak lateks keluar dari pohon karena adanya aktifitas mikroorganisme yang menguraikan protein dan karbohidrat. Dengan teruarainya protein menjadi asam-asam amino akan mengkatalisa terjadinya reaksi ikatan silang antara gugus aldehida pada rantai poliisoprene dengan gugus aldehida terkondensasi yang ada di dalam bahan bukan karet atau yang ada pada rantai poliisoprene yang lain, yang berakibat nilai viskositas Mooney mengalami kenaikan.
Pada koagulum kebun dimana aktivitas mikroorganisme berlangsung terus, reaksi ikatan silang tersebut berjalan terus walaupun tidak cepat karena terhalang oleh adanya air. Kemudian selama pengeringan (setelah diremahkan) kecepatan reaksi ikatan silang gugus aldehida akan dipercepat karena berkurangnya kadar air.
4.1. Faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi storage hardening Faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya reaksi storage hardening
sehingga juga mempengaruhi viskositas Mooney karet alam adalah jenis klon, cara pembekuan, lama penyimpanan koagulum, suhu penegeringan dan suhu bandela.
Jenis klon Setiap klon mepunyai gugus aldehida yang berbeda-beda jumlahnya.
Semakin banyak jumlah gugus aldehida yang terdapat pada setiap rantai poliisoprene maka kenaikan nilai viskositas Mooney akan dipercepat (12). Jarak viskositas Mooney dari tiap-tiap klon karet juga berbeda-beda dan tidak tetap, tergantung pada jenis klon dan juga keadaan cuaca pada saat lateks disadap. Misalkan klon GT 1 termasuk jenis klon yang direkomendasikan untuk
©2003 Digitized by USU digital library
6
pembuatan/produksi karet viskositas mantap karena mempunyai nilai viskositas Mooney VR sedang yaitu antara 55-65.
Untuk memproduksi SIR-3CV yang hasilnya konsisten diperlukan pengecekan secara periodik terhadap nilai VR dari setiap klon yang digunakan sebagai sumber lateks terutama pad a saat terjadi pergantian musim dan mencampur (blending) berdasarkan kepada berat karet kering serta nilai VR dari setiap klon/afdeling sampai tercapai nilai VR antara 55-65.
Cara pembekuan Proses dan pH pembekuan dapat mempcngaruhi kenaikan nilai VR.
Pembekuan dengan asam akan mempunyai nilai VR yang paling rendah dan pembekuan secara alami mepunyai nilai VR yang paling tinggi bila dibandingkan dengan pembekuan dengan menggunakan panas dan penambahan mikroba luar.
Nilai VR yang tinngi pada koagulum kebun ini diduga karena proses pembekuannya tidak serentak dan tidak merata, serta telah terjadi reaksi ikatan silang antara gugus aldehida. Maka dalam pengolahan karet viskositas mantap dianjurkan untuk menggunakan pH pembekuan antara 4,5-5,5 sebab pada pH ini hanya akan terjadi kenaikan nilai VR sebanyak 0-3 unit.
Lama penyimpanan koagulum dan remah karet Lama penyimpanan koagulum dan remah karet sebelum diproses dapat
menaikkan nilai VR. Dalam bentuk remah karet akan lebih cepat mengalami kenaikan nilai VR dibandingkan dalam bentuk koagulum karena kadar airnya lebih sedikit (2;8).
Perbedaan lama penyimpanan koagulum di tempat/kebun petani akan menyebabkan bervariasinya nilai VR koagulum kebun. Nilai VR dari karet SIR-20 tinggi dan bervariasi yaitu antara 75-90 karena diolah dari koagulum kebun yang telah mengalami penyimpanan yang lama dan dengan waktu yang bervariasi pula di tempat petani karet. SIR-20 juga diolah dari lembaran (blanket) krep mengalami proses penggantungan di udara terbuka sebelum diremahkan.
Pengantungan lembaran krep (pre drying) biasanya bertujuan untuk mencegah terjadinya noda/bintik-bintik putih (white spot) pada karet keringnya, mempercepat proses pengeringan di alat pengering (dryer), menaikkan nilai Po dan VR, dan mempertahankan nilai PRI tetap tinggi. Proses penggantungan tersebut dapat manaikkan Po dan VR diduga karena prosesnya mirip dengan proses storage hardening. Oleh karena itu dalam pengolahan karet viskositas mantap dianjurkan untuk segera mengolah koagulum dan remah karet, penggantungan blanket krep harus berdasarkan percobaan pendahuluan dengan memperhatikan kenaikan nilai Po dan VR dibandingkan dengan nilai PRI yang diperoleh.
Suhu pengeringan Pada waktu remah karet dipanaskan, akan terjadi dua rekasi yaitu reaksi
ikatan silang gugus aldehida dan reaksi oksidasi yang memutuskan rantai molekul karet. Suhu pengeringan yang tinggi dapat menaikkan atau menurunkan nilai VR karet tergantung dari kecepatan reaksi antara kedua reaksi tersebut. Biasanya pengeringan pada suhu tinggi dan waktu lama selalu akan menurunkan nilai VR, karena pada suhu tinggi dan waktu lama terjadinya pemutusan molekul karet akan lebih cepat dibandingkan dengan reaksi ikatan silang gugus aldehida (8).
Dampak dari pengeringan pada suhu tinggi dan waktu yang lama adalah PRI akan turun jatuh yang ditandai dengan karet mejadi lunak dan lembut. Jadi perlu dicari suhu yang optimal (biasanya antara 110-120°C) supaya didapat nilai VR yang sedang (55-65) dan PRI yang memenuhi spesifikasi mutu teknis.
©2003 Digitized by USU digital library
7
Suhu bandela Suhu tinggi pada waktu membuat bandela dari karet remah yang baru keluar
dari alat pengering akan meningkatkan nilai VR karet. Semakin tinggi suhu bandela akan semakin tinggi pula nilai akhir VR (8). Hal ini diduga karena kecepatan reaksi kondensasi ikatan silang aldehida lebih cepat dibandingkan kecepatan pemutusan ikatan rantai oleh reaksi oksidasi sebab jumlah oksigen di dalam bandela sedikit. Untuk mengatasi hal ini, begitu remah karet akan keluar dari alat pengering, maka pad a bagian paling ujung (akhir) langsung didinginkan dengan kipas angin (cooling).
4.2. Cara-cara penanggulangan reaksi storage hardening Karena reaksi storage hardenig dipengaruhi oleh jenis klon dan telah terjadi
sejak lateks keluar dari pembuluh lateks, selama pengolahan, penyimpanan, sampai pengangkuatan, maka cara penaggulangan yang dapat dilakukan adalah: 1. Memilih atau melakukan seleksi klon-klon yang cocok untuk karet viskositas
mantap dengan melihat jarak viskositas Mooney dari karet yang dihasilkan selama setahun. Apabila menggunakan klon campuran harus diperhatikan berat karet kering dari setiap klon dan masing-masing nilai VR nya untuk memperkirakan viskositas Mooney di tangki pabrik. 2. Menggunakan bahan.bahan kimia yang dapat mencegah terjadinya reaksi ikatan silang antara gugus atdehida misalkan hidroksilamin netral sulfat (HNS), hidroksil amonium sulfat (HAS), dll. 3. Lateks dibekukan dengan asam semut pada pH 4,5-5. 4. Segera mengolah koagulum dan remah karet. 5. Menggunakan suhu pengeringan yang optimal, antara 110-120°C. 6. Begitu karet remah kering keluar dari alat pengering segera dilakukan pendinginan dengan kipas sampai suhunya sarna dengan udara tuar. 7. Mencegah terjadinya pengenceran lateks dan kontaminasi oleh ion logam Cu++, Mn++ dan Fe++, misalkan karena dengan menggunakan wadah yang dibuat dari besi dan tembaga.
Dari ketujuh cara penanggulangan reaksi storage hardening yang paling
efektif adalah dengan penggunaan bahan kimia karena ikatan silang gugus aldehida
dapat dicegah sejak dini dan secara total. Bahan kimia yang paling banyak
digunakan untuk memantapakan viskositas Mooney adalah hidroksilamin netral
sulfat (HNS). Reaksi pencegahan ikatan silang gugus aldehida oleh HNS adalah
sebagai berikut:
CHO + NH2OH
CH = N
OH + H2O
gugus
aldehida hidroksilamin aldoksim
air
Kelemahan dari HNS adalah warna karetnya lebih gelap dibandingkan dengan karet tidak mantap dan menyebabkan gatal-gatal bagi pekerja yang tidak tahan alergi. Maka untuk membuat SIR-3GV L (warna cerah) dapat dilakukan dengan menggunakan bahan pemantap semikarbazida hidroklorida konsentrasi 0,4% b/bkk dan ditambah sodium metabisulfit konsentrasi 0,04% b/bkk, masing-masing dalam bentuk larutan 10% dan 5% (6).
DAFTAR PUSTAKA Bristow, G.M. dan Sears, A.G., 1987, "The use of novel parameters in the assesment
of natural rubber processability", J .nat. Rubb. Ress. 2,15. Burfield, D.R., 1986, "Storage hardening of natural rubber : an examination of
current mechanistic proposals", J.nat. Rubb. Ress. 1 (3), 202-208.
©2003 Digitized by USU digital library
8
Gregory, M.J. dan Tan, A.S., 1976, "Some observations on storage hardening of natural rubber", Proc. Int. Rubb. Conf. Kuala Lumpur 1975, 4, 28.
Honggokusumo, S. dan Suharto, R., 1994, "Permintaan konsumen mengenai spesifikasi SIR", Warta Perkaretan, 13 (3), 25-32.
Lim, H.S., 1989, "Processing of viscosity stabilised natural rubber", 136th Meet Rubb. Div. American Chern. Soc., Oct. 17-20, 1989. Detroid, Michigan USA, 12.
Ong, C.O. dan Lim, H.S., 1978, "Produstion of SMR 5CV from hight viscocity by chemical peptisation", J. Rubb. Ress. Inst. Malaysia, 24 (3), 160-168.
Roberts, A.D., 1988, "Rheology of raw rubber, In: Natural Rubber Science and Technology", Oxford, New York, Kuala Lumpur, 141-176.
Sin, S.W., 1969, "Storage hardening in natural rubber", Chern. Div. Rep. no. 76, Rubb. Ress., Inst. of Malaysia.
Sekhar, B.C., 1960, "Degradation and crosslinking of polyisiprene in Revea brasiliensis latex during processing and storage”, J. Polym. Sci., 48, 133.
Sekhar, B.C. 1962, "Abnormal groups in rubber and microgel", Proto Fourth Rubb. Technol. Conf. London 162,460.
Subramaniam, A., 1977, "Estimation of aldehyd groups in natural rubber with 2,4 dinitrophenylhydrazine", .T. Rubb. Ress. Inst. Malaysia, 25 (2), 61-68.
Subramaniam, A., 1.984, "Mooney viscocity of raw natural rubber", Plrs' Bull. Rubb. Ress. Inst. Malaysia, no. 180, 104-112.
Subramaniam, A. dan Sui, W. W., 1986, "Storage hardening of natural rubber. I. Effect ofepoxide groups", .T. nat. Rubb. Ress, 1 (1),58-63.
©2003 Digitized by USU digital library
9