Pengaruh Penambahan Bentonit sebagai Bahan Pengisi Terhadap Sifat Mekanik dan Sifat Termal Komposit Interpenetrasi Jaringan Polimer antara Poliuretan-Karet Alam Sir-10
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Interpenetrasi Jaringan Polimer (IPN) telah berkembang sejak tahun 90-an. Telah
banyak penelitian yang dipatenkan dalam bidang ini (Tamrin, 1997). Polimer Jaringan
terjadi ketika rantai-rantai polimer terikat bersama atau ketika digunakan monomermonomer polifungsional sebagai ganti monomer disfungsional (Stevens, 2001).
Interpenetrasi Jaringan Polimer (IPN) adalah polimer campuran yang unik, dimana
jaringan yang terbentuk dari dua jenis polimer atau lebih hanya terikat secara fisika.
Dengan pencampuran ini diharapkan bahan yang diperoleh dengan pencampuran IPN
menghasilkan sifat bahan yang lebih baik dibandingkan pencampuran dengan cara
yang lain.
Dari hasil penelitian yang sudah dilakukan oleh beberapa peneliti, ternyata
IPN memperlihatkan keunggulannya dibanding jenis polimer lainnya dimana daerah
kerjanya meliputi trayek temperatur dan frekuensi yang luas. Kamal, (2014) dalam
‘Pembuatan Bahan IPζ Menggunakan Campuran Polimetilmetakrilat dan Polistiren’
diperoleh beberapa sifat fisik dari hasil sintesa diantaranya, titik leleh, ketahanan
sobek dan analisa gugus fungsi menunjukkan bahwa campuran yang mengandung
PMMA 65-75 persen berat memiliki sifat fisik titik leleh cukup tingi dan nilai
ketahanan sobek maksimum. Analisa IR memperlihatkan bahwa bahan hasil sintesa
mempunyai gugus-gugus fungsi yang sama.
Alcantara, (1999) membuat Pseudo IPN dari karet alam dari Manihot glaziovii
dan Polimetil metakrilat, dimana Pseudo IPN adalah metode IPN dengan
mencampurkan dua atau lebih komponen dimana satu dari komponen merupakan
struktur linier. Dalam penelitian tersebut diperoleh suatu hasil dimana struktur
morfologi dari karet alam yang dicampur dengan polimetil metakrilat dengan berat
molekul (Mc) 142 dan 500 g/mol dimana densitas tertinggi merupakan pada Mc 500
Universitas Sumatera Utara
g/mol dan memiliki struktur morfologi yang lebih halus, namun penambahan inisiator
peng’crosslink’ jika turut bereaksi tidak mempengaruhi morfologi dari bahan yang
dihasilkan.
Berbagai jenis IPN telah dilakukan dengan Full IPN, Semi IPN, Gradien IPN
baik penggunaan dalam industri otomotif dan obat-obatan. Belakangan ini sejak tahun
2010 IPN telah berkembang mengarah kepada komposit semi IPN yaitu perpaduan
antara 2 polimer atau lebih dengan material anorganik. Wang, (2011) berhasil
membentuk komposit IPN perpaduan antara Poliuretan, Epoksi dan Montmorilonit
bebasis minyak jarak, dimana berdasarkan pemindaian mikroskop elektron (SEM),
analisa mekanik dinamis (DMA), analisa termogravimetri (TGA) menunjukkan bahwa
suhu dekomposisi termal dari komposit meningkat sedangkan kekuatan tarik dan
dampak kekuatan komposit IPN juga secara signifikan ditingkatkan, sehingga
menunjukkan sebagai hasil peredam yang dapat digunakan sebagai peredam suara dan
getaran yang dimanfaatkan dalam industri aircraft dan otomotif.
Amrollahi, (2011) membentuk jaringan elastromer poliuretan yang disintesis
dari campuran 2,4-toluena diisosianat dan 1,4-butanadiol, dimana jaringan elastromer
poliuretan memiliki struktur yang mirip dengan jaringan polimer saling berpenetrasi
yang dinamakan pseudo-semi IPN. Jaringan elastromer poliuretan baru ini
menunjukkan kekuatan tarik tinggi dan memperoleh manfaat ekonomi dari poliuretan
yang didasarkan pada poliol non-polar lainnya.
Thamrin, (2003) juga telah melakukan sintesis poliuretan (PU) Thermoplastik
dengan menggunakan polietilenglikol 1000 dan toluene diisosianat (TDI) dengan
perbandingan NCO : OH = 2 : 1 mol. PU thermoplastik telah dicampur dengan Karet
Alam SIR-20 untuk menghasilkan polimer jaringan saling menembus (IPN) yang
menunjukkan peningkatan sifat mekanik yang maksimum apabila penambahan
poliuretan thermoplastik pada 24%.
Prasetya, (2012) membuat ban dari karet alam dengan menggunakan bahan
pengisi karbon aktif. Bahan pengisi berfungsi sebagai reinforcing atau penguat yang
dapat memperbesar volume karet, dapat memperbaiki sifat fisis barang karet dan
Universitas Sumatera Utara
memperkuat vulkanisat. Ban luar kendaraan bermotor merupakan salah satu bentuk
barang jadi dari karet, yang dibuat dari proses vulkanisasi karet dan penambahan
bahan pengisi seperti karbon aktif. Dimana efek penguatan bahan pengisi ditentukan
oleh ukuran partikel, keadaan permukaan dan bentuk, kehalusan butiran dan kerataan
penyebarannya. Dari penelitian tersebut diperoleh hasil olahan karet yaitu ban motor
dengan sifat fisik seperti tegangan putus, kekerasan, ketahanan kikis, ketahanan usang
yang lebih baik dari ban tanpa pengisi.
Indonesia merupakan salah satu negara dengan kekayaan bahan galian
industrinya. Bahan galian industri tersebut tersebar di masing masing daerah dengan
sifat dan karakteristik yang berbeda beda sesuai dengan proses geologinya.
Penggunaan bahan galian industri dimanfaatkan sebagai bahan baku utama dan bahan
tambahan di dalam proses industri. Bentonit mempunyai sifat daya ikat yang baik,
tahan terhadap temperatur tinggi dan mempunyai daya tahan lama (keawetan) yang
tinggi.
Fokus penelitian IPN di Indonesia belum berkembang secara signifikan untuk
itu perlu penelitian lanjutan dalam bidang ini. Dari uraian diatas maka peneliti tertarik
untuk mempelajari Semi IPN dari perpaduan antara Karet Alam SIR 10 dengan
Poliuretan yang ditambahkan variasi dari Bentonit sebagai bahan pengisi. Peneliti
khusus mempelajari sifat termal dan sifat mekanik yang diharapkan dapat memberi
gambaran sifat-sifat mekanik dan sifat termal dari material komposit yang terbentuk.
1.2 Perumusahan Masalah
1. Bagaimana komposisi optimal dari perpaduan Poliuretan dan Karet Alam
sebelum ditambahkan Bentonit ?
2. Bagaimana komposisi penambahan Bentonit yang optimal dalam sintesis IPN
antara Poliuretan-Karet Alam SIR 10 ?
3. Apakah ada pengaruh penambahan Bentonit dalam sifat mekanik maupun sifat
termal pada komposit Interpenetrasi Jaringan Polimer (IPN) dari material ini ?
Universitas Sumatera Utara
1.3 Pembatasan Masalah
Berdasarkan uraian diatas, penelitian ini dibatasi pada :
1. Poliuretan yang digunakan dibuat dari Toluen Disosianat (TDI) dan
Polipropilen Glikol (PPG) 1000 dengan perbandingan NCO : OH = 2 : 1.
2. Karet alam yang digunakan SIR 10 yang berasal dari Perkebunan PN-3
Kecamatan Dolok Merawan, Serdang Bedagai, Provinsi Sumatera Utara.
3. Suhu pengepresan adalah 140 oC
4. Analisa gugus fungsi dengan uji Fourier Transform Infrared Spectroscopy
(FT-IR), sifat termal dengan Differential Scanning Calorimetry (DSC), sifat
mekanik dengan uji tarik, dan persentase ikat silang dengan metode Sokletasi
dan metode solvent Swelling.
1.4 Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah yang diuraikan diatas, maka tujuan
dari penelitian ini adalah untuk mengetahui komposisi optimum dalam menghasilkan
IPN Komposit yang diharapkan dapat digunakan sebagai industri komersil dengan
fokus melihat sifat mekanik dan sifat termal material yang terbentuk.
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi wujud pengembangan ilmu kimia
khususnya dalam bidang polimer dan diharapkan mampu meningkatkan nilai jual dari
Bentonit yang merupakan salah satu hasil bahan galian yang banyak dijumpai di
beberapa daerah di Indonesia dalam hal ini dari daerah Bener Meriah dalam
kegunaannya sebagai bahan pengisi pembentukan IPN campuran Poliuretan dan Karet
Alam.
Universitas Sumatera Utara
1.6 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini
dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu :
1. Tahap penyiapan Bentonit yang dihaluskan dengan menggunakan ayakan 100
mesh sehingga diperoleh serbuk Bentonit 149 mikron.
2. Tahap penyiapan Karet Alam SIR-10 digiling dengan menggunakan Internal
Mixer.
3. Tahap sintesis Poliuretan, pada tahapan ini poliuretan disintesis dalam reaktor.
Semua reaksi dalam suasana nitrogen dengan perbandingan NCO : OH = 2 : 1
dan dibiarkan reaksi selama 15 menit pada suhu 40°C, kemudian diuji gugus
fungsinya dengan FT-IR.
4.
Tahapan pembuatan komposit IPN, dimana pada tahap ini poliuretan yang
telah disintesis dengan perbandingan NCO : OH = 2 : 1 mol dan campuran
Karet alam SIR-10, ditambahkan dengan Bentonit dengan variasi konsentrasi
(b/b) dalam 100phr = 82:18 ; 78:22 ; 74:26 ; 70:30 ; 66:34 diblending
dengan internal mixer pada suhu 80°C selama 15 menit. Dikarakterisasi
analisa sifat termal dengan DSC, sifat mekanik dengan uji kekuatan tarik dan
uji persentase ikatsilang.
-
Variabel tetap :
Suhu 80°C
Waktu 15 menit
-
Varibel terikat :
Analisa sifat Termal dengan DSC
Analisa sifat mekanik dengan uji kekuatan Tarik
Uji Persentase Ikat silang
-
Variasi bebas :
Campuran Karet alam SIR-10 yang optimum dan Poliuretan dengan
Bentonit, variasi konsentrasi (b/b) dalam 100phr = 82:18; 78:22;
74:26; 70:30 ; 66:34
Universitas Sumatera Utara
1.7 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer Departemen Kimia FMIPA,
Laboratorium Kimia Dasar LIDA, Laboratorium Terpadu, USU Medan, dan
Laboratorium Uji Kompetensi PTKI Medan.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Interpenetrasi Jaringan Polimer (IPN) telah berkembang sejak tahun 90-an. Telah
banyak penelitian yang dipatenkan dalam bidang ini (Tamrin, 1997). Polimer Jaringan
terjadi ketika rantai-rantai polimer terikat bersama atau ketika digunakan monomermonomer polifungsional sebagai ganti monomer disfungsional (Stevens, 2001).
Interpenetrasi Jaringan Polimer (IPN) adalah polimer campuran yang unik, dimana
jaringan yang terbentuk dari dua jenis polimer atau lebih hanya terikat secara fisika.
Dengan pencampuran ini diharapkan bahan yang diperoleh dengan pencampuran IPN
menghasilkan sifat bahan yang lebih baik dibandingkan pencampuran dengan cara
yang lain.
Dari hasil penelitian yang sudah dilakukan oleh beberapa peneliti, ternyata
IPN memperlihatkan keunggulannya dibanding jenis polimer lainnya dimana daerah
kerjanya meliputi trayek temperatur dan frekuensi yang luas. Kamal, (2014) dalam
‘Pembuatan Bahan IPζ Menggunakan Campuran Polimetilmetakrilat dan Polistiren’
diperoleh beberapa sifat fisik dari hasil sintesa diantaranya, titik leleh, ketahanan
sobek dan analisa gugus fungsi menunjukkan bahwa campuran yang mengandung
PMMA 65-75 persen berat memiliki sifat fisik titik leleh cukup tingi dan nilai
ketahanan sobek maksimum. Analisa IR memperlihatkan bahwa bahan hasil sintesa
mempunyai gugus-gugus fungsi yang sama.
Alcantara, (1999) membuat Pseudo IPN dari karet alam dari Manihot glaziovii
dan Polimetil metakrilat, dimana Pseudo IPN adalah metode IPN dengan
mencampurkan dua atau lebih komponen dimana satu dari komponen merupakan
struktur linier. Dalam penelitian tersebut diperoleh suatu hasil dimana struktur
morfologi dari karet alam yang dicampur dengan polimetil metakrilat dengan berat
molekul (Mc) 142 dan 500 g/mol dimana densitas tertinggi merupakan pada Mc 500
Universitas Sumatera Utara
g/mol dan memiliki struktur morfologi yang lebih halus, namun penambahan inisiator
peng’crosslink’ jika turut bereaksi tidak mempengaruhi morfologi dari bahan yang
dihasilkan.
Berbagai jenis IPN telah dilakukan dengan Full IPN, Semi IPN, Gradien IPN
baik penggunaan dalam industri otomotif dan obat-obatan. Belakangan ini sejak tahun
2010 IPN telah berkembang mengarah kepada komposit semi IPN yaitu perpaduan
antara 2 polimer atau lebih dengan material anorganik. Wang, (2011) berhasil
membentuk komposit IPN perpaduan antara Poliuretan, Epoksi dan Montmorilonit
bebasis minyak jarak, dimana berdasarkan pemindaian mikroskop elektron (SEM),
analisa mekanik dinamis (DMA), analisa termogravimetri (TGA) menunjukkan bahwa
suhu dekomposisi termal dari komposit meningkat sedangkan kekuatan tarik dan
dampak kekuatan komposit IPN juga secara signifikan ditingkatkan, sehingga
menunjukkan sebagai hasil peredam yang dapat digunakan sebagai peredam suara dan
getaran yang dimanfaatkan dalam industri aircraft dan otomotif.
Amrollahi, (2011) membentuk jaringan elastromer poliuretan yang disintesis
dari campuran 2,4-toluena diisosianat dan 1,4-butanadiol, dimana jaringan elastromer
poliuretan memiliki struktur yang mirip dengan jaringan polimer saling berpenetrasi
yang dinamakan pseudo-semi IPN. Jaringan elastromer poliuretan baru ini
menunjukkan kekuatan tarik tinggi dan memperoleh manfaat ekonomi dari poliuretan
yang didasarkan pada poliol non-polar lainnya.
Thamrin, (2003) juga telah melakukan sintesis poliuretan (PU) Thermoplastik
dengan menggunakan polietilenglikol 1000 dan toluene diisosianat (TDI) dengan
perbandingan NCO : OH = 2 : 1 mol. PU thermoplastik telah dicampur dengan Karet
Alam SIR-20 untuk menghasilkan polimer jaringan saling menembus (IPN) yang
menunjukkan peningkatan sifat mekanik yang maksimum apabila penambahan
poliuretan thermoplastik pada 24%.
Prasetya, (2012) membuat ban dari karet alam dengan menggunakan bahan
pengisi karbon aktif. Bahan pengisi berfungsi sebagai reinforcing atau penguat yang
dapat memperbesar volume karet, dapat memperbaiki sifat fisis barang karet dan
Universitas Sumatera Utara
memperkuat vulkanisat. Ban luar kendaraan bermotor merupakan salah satu bentuk
barang jadi dari karet, yang dibuat dari proses vulkanisasi karet dan penambahan
bahan pengisi seperti karbon aktif. Dimana efek penguatan bahan pengisi ditentukan
oleh ukuran partikel, keadaan permukaan dan bentuk, kehalusan butiran dan kerataan
penyebarannya. Dari penelitian tersebut diperoleh hasil olahan karet yaitu ban motor
dengan sifat fisik seperti tegangan putus, kekerasan, ketahanan kikis, ketahanan usang
yang lebih baik dari ban tanpa pengisi.
Indonesia merupakan salah satu negara dengan kekayaan bahan galian
industrinya. Bahan galian industri tersebut tersebar di masing masing daerah dengan
sifat dan karakteristik yang berbeda beda sesuai dengan proses geologinya.
Penggunaan bahan galian industri dimanfaatkan sebagai bahan baku utama dan bahan
tambahan di dalam proses industri. Bentonit mempunyai sifat daya ikat yang baik,
tahan terhadap temperatur tinggi dan mempunyai daya tahan lama (keawetan) yang
tinggi.
Fokus penelitian IPN di Indonesia belum berkembang secara signifikan untuk
itu perlu penelitian lanjutan dalam bidang ini. Dari uraian diatas maka peneliti tertarik
untuk mempelajari Semi IPN dari perpaduan antara Karet Alam SIR 10 dengan
Poliuretan yang ditambahkan variasi dari Bentonit sebagai bahan pengisi. Peneliti
khusus mempelajari sifat termal dan sifat mekanik yang diharapkan dapat memberi
gambaran sifat-sifat mekanik dan sifat termal dari material komposit yang terbentuk.
1.2 Perumusahan Masalah
1. Bagaimana komposisi optimal dari perpaduan Poliuretan dan Karet Alam
sebelum ditambahkan Bentonit ?
2. Bagaimana komposisi penambahan Bentonit yang optimal dalam sintesis IPN
antara Poliuretan-Karet Alam SIR 10 ?
3. Apakah ada pengaruh penambahan Bentonit dalam sifat mekanik maupun sifat
termal pada komposit Interpenetrasi Jaringan Polimer (IPN) dari material ini ?
Universitas Sumatera Utara
1.3 Pembatasan Masalah
Berdasarkan uraian diatas, penelitian ini dibatasi pada :
1. Poliuretan yang digunakan dibuat dari Toluen Disosianat (TDI) dan
Polipropilen Glikol (PPG) 1000 dengan perbandingan NCO : OH = 2 : 1.
2. Karet alam yang digunakan SIR 10 yang berasal dari Perkebunan PN-3
Kecamatan Dolok Merawan, Serdang Bedagai, Provinsi Sumatera Utara.
3. Suhu pengepresan adalah 140 oC
4. Analisa gugus fungsi dengan uji Fourier Transform Infrared Spectroscopy
(FT-IR), sifat termal dengan Differential Scanning Calorimetry (DSC), sifat
mekanik dengan uji tarik, dan persentase ikat silang dengan metode Sokletasi
dan metode solvent Swelling.
1.4 Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah yang diuraikan diatas, maka tujuan
dari penelitian ini adalah untuk mengetahui komposisi optimum dalam menghasilkan
IPN Komposit yang diharapkan dapat digunakan sebagai industri komersil dengan
fokus melihat sifat mekanik dan sifat termal material yang terbentuk.
1.5 Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi wujud pengembangan ilmu kimia
khususnya dalam bidang polimer dan diharapkan mampu meningkatkan nilai jual dari
Bentonit yang merupakan salah satu hasil bahan galian yang banyak dijumpai di
beberapa daerah di Indonesia dalam hal ini dari daerah Bener Meriah dalam
kegunaannya sebagai bahan pengisi pembentukan IPN campuran Poliuretan dan Karet
Alam.
Universitas Sumatera Utara
1.6 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini
dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu :
1. Tahap penyiapan Bentonit yang dihaluskan dengan menggunakan ayakan 100
mesh sehingga diperoleh serbuk Bentonit 149 mikron.
2. Tahap penyiapan Karet Alam SIR-10 digiling dengan menggunakan Internal
Mixer.
3. Tahap sintesis Poliuretan, pada tahapan ini poliuretan disintesis dalam reaktor.
Semua reaksi dalam suasana nitrogen dengan perbandingan NCO : OH = 2 : 1
dan dibiarkan reaksi selama 15 menit pada suhu 40°C, kemudian diuji gugus
fungsinya dengan FT-IR.
4.
Tahapan pembuatan komposit IPN, dimana pada tahap ini poliuretan yang
telah disintesis dengan perbandingan NCO : OH = 2 : 1 mol dan campuran
Karet alam SIR-10, ditambahkan dengan Bentonit dengan variasi konsentrasi
(b/b) dalam 100phr = 82:18 ; 78:22 ; 74:26 ; 70:30 ; 66:34 diblending
dengan internal mixer pada suhu 80°C selama 15 menit. Dikarakterisasi
analisa sifat termal dengan DSC, sifat mekanik dengan uji kekuatan tarik dan
uji persentase ikatsilang.
-
Variabel tetap :
Suhu 80°C
Waktu 15 menit
-
Varibel terikat :
Analisa sifat Termal dengan DSC
Analisa sifat mekanik dengan uji kekuatan Tarik
Uji Persentase Ikat silang
-
Variasi bebas :
Campuran Karet alam SIR-10 yang optimum dan Poliuretan dengan
Bentonit, variasi konsentrasi (b/b) dalam 100phr = 82:18; 78:22;
74:26; 70:30 ; 66:34
Universitas Sumatera Utara
1.7 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Polimer Departemen Kimia FMIPA,
Laboratorium Kimia Dasar LIDA, Laboratorium Terpadu, USU Medan, dan
Laboratorium Uji Kompetensi PTKI Medan.
Universitas Sumatera Utara