MODIFIKASI KARET ALAM: GRAFT- KOPOLIMERISASI KARET SIKLIS DENGAN MALEAT ANHIDRIDA (MA) MELALUI REAKSI RADIKAL BEBAS.
MODIFIKASI KARET ALAM: GRAFT-KOPOLIMERISASI
KARET SIKLIS DENGAN MALEAT ANHIDRIDA (MA)
MELALUI REAKSI RADIKAL BEBAS
Oleh :
Rafica Dini Damanik
NIM 409210032
Program Studi Kimia
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2014
ii
iii
Modifikasi Karet Alam: Graft- Kopolimerisasi Karet Siklis Dengan Maleat
Anhidrida (MA) Melalui Reaksi Radikal Bebas
Rafica Dini Damanik
NIM. 409210032
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang derajat grafting maleat anhidrat (MA) pada
karet siklo (Cyclic Natural Rubber) dengan inisiator benzol Peroksida (BPO).
Proses grafting dilakukan dengan teknik refluks dalam labu alas yang dirangkai
dengan kondensor dan oil bath pada suhu (105-120)0C, variasi konsentrasi MA (5,
10, 15) phr, variasi konsentrasi inisiator BPO (0,01; 0,05; 0,10) molar ratio dan
dengan penambahan stiren. Selanjutnya dilakukan penentuan derajat grafting
dengan metode titrasi dan analisis spektra FTIR untuk menentukan adanya
grafting MA pada rantai CNR. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses MAg-CNR maksimum terjadi pada perbandingan 15 phr dengan derajat grafting 0,7%
untuk variasi konsentrasi MA; 0,10 molar ratio dengan derajat grafting 0,7%
untuk variasi konsentrasi inisiatior BPO; dan penambahan stirendengan derajat
grafting 1,6%.
Kata Kunci: MA, BPO, Xilen, CNR.
vi
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan.................................................................................... i
Daftar Riwayat Hidup ................................................................................ ii
Abstrak ........................................................................................................ iii
Kata Pengantar ........................................................................................... iv
Daftar Isi ................................................................................................... vi
Daftar Gambar ........................................................................................... viii
Daftar Tabel ................................................................................................ ix
Daftar Lampiran ......................................................................................... x
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1
1.1. Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah .................................................................................. 4
1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................... 4
1.4. ManfaatPenelitian .................................................................................. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 6
2.1. Polimer .................................................................................................. 6
2.2. Modifikasi Polimer ................................................................................ 9
2.3. Karet Siklis ............................................................................................ 11
2.4. Reakasi Radikal Bebas Pada Graft Kopolimerisasi ................................. 12
2.5. Graft Kopolimerisasi Maleat Anhidrida (MA) ....................................... 16
2.6. Aktivasi Permukaan ............................................................................... 19
2.7. Stiren ..................................................................................................... 21
2.8. Defenisi Derajat dan Efisiensi Grafting .................................................. 22
2.9. Vernis .................................................................................................... 23
2.10. Fourier Transform-Infra Red Spectroscopy (FT-IR) ............................. 24
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................ 26
3.1. Waktu Dan Tempat Penelitian ................................................................ 26
3.2. Alat Dan Bahan ...................................................................................... 26
3.3.Prosedur Graft Kopolimerisasi ................................................................ 28
3.4. Pemurnian Hasil Graft Kopolimerisasi ................................................... 29
vii
3.5. Bagan Penelitian .................................................................................... 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 35
4.1 Hasil Pencampuran Polimer .................................................................... 35
4.2 Pembahasan ............................................................................................ 42
4.3 Mekanisme Reaksi .................................................................................. 44
4.4 FTIR ...................................................................................................... 45
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 49
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 49
5.2 Saran ...................................................................................................... 49
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 50
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Graft Kopolimerisasi Berbagai Polimer Dengan Monomer GMA
dan MA Menggunakan Peroksida Dengan dan Tanpa komonomer ....17
Tabel 2.2 Sifat Fisikdan Kimia Styrene .............................................................22
Tabel 3.1 Alat yang digunakan dalam proses fungsionalisasi dan blending.........26
Tabel 3.2 Bahan yang digunakan dalam proses fungsionalisasi dan blending .....27
Tabel 3.4 Komposisi Variasi Sampel .................................................................29
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Penelitian ...............................................................35
Tabel 4.2 Identifikasi Gugus Fungsi dan Spektra Karet Alam Siklo Dari Lateks 46
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar2.1 Struktur Polimer Linier ....................................................................7
Gambar2.2 Struktur Polimer Bercabang .............................................................7
Gambar2.3Struktur Polimer Berikatan Silang.....................................................7
Gambar2.4Skema Dari Metode Modifikasi Polimer ...................................... ....10
Gambar2.5 Reaksi Siklisasi Karet Alam.............................................................11
Gambar2.6 Perubahan Fisik Karet Alam Menjadi Karet Siklis ...........................11
Gambar2.7Gambaran Reaksi Yang Terjadi Pada Graft Kopolimerisasi Antara
Polimer-Monomer-Peroksida .......................................................15
Gambar2.8Struktur Maleat Anhidrida (MA) ......................................................16
Gambar2.9 Reaksi graft kopolimerisasi PP dengan MA Dengan dan Tanpa
Komonomer Styrene Sebagai Komonomer ....................................19
Gambar 2.10 Contoh Reaksi Antara Gugus Fungsi Polimer Dalam Blending
Bahan ............................................................................................20
Gambar 2.11 Rumus Bangun Styrene ................................................................21
Gambar 3.1 Diagram Alir Graft Kopolimerisasi .................................................32
Gambar 3.2 Menghitung Derajat Grafting ..........................................................33
Gambar 3.3 Uji Kualitatif Dengan FTIR ...........................................................34
Gambar4.1 Grafik Derajat Grafting vs Konsentrasi MA .....................................37
Gambar 4.2 Grafik Grafting Efisiensi vs Konsentrasi MA .................................38
Gambar 4.3 Grafik Derajat Grafting vs Konsentrasi BPO ..................................39
Gambar 4.4 Grafik Grafting Efisiensi vs Konsentrasi BPO ................................39
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Derajat Grafting Dengan Dan Tanpa Stiren ....41
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Efisiensi Grafting Dengan Dan TanpaStiren ..42
Gambar 4.7 Spektra FTIR Karet Alam Siklo Dari Latek ....................................45
Gambar 4.8 Spektra FTIR CNR-g-MA .............................................................47
Gambar 4.9 Spektra FTIR CNR-g-MA-co-Stiren ...............................................47
DAFTAR LAMPIRAN
Standarisasi KOH 0,1N ................................................................................ 53
Derajat Grafting ........................................................................................... 54
Grafting Efisiensi .......................................................................................... 54
Perhitungankomposisivariasi MA, DCP danwaktu ........................................ 55
DokumentasiPenelitian ................................................................................. 56
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Karet alam merupakan salah satu komoditi pertanian yang penting baik untuk
lingkup internasional dan teristimewa bagi Indonesia. Di Indonesia karet
merupakan salah satu hasil pertanian terkemuka karena banyak menunjang
perekonomian negara. Hasil devisa yang diperoleh dari karet cukup besar.
Bahkan, Indonesia pernah menguasai produksi karet dunia dengan mengalahkan
negara–negara lain dan negara asal tanaman karet sendiri di Daratan Amerika
Selatan.
Karet alam merupakan elastomer untuk penggunaan umum yang memiliki
beberapa keunggulan. Karet alam memiliki struktur molekul poliisopren dengan
orientasi 100% cis dengan bobot molekul tinggi yang mudah digiling dan
memiliki sifat keliatan dan kelekatan yang tinggi (Blow dan Hepburn,1982;
www.irrdb.com/irrdb/Natural Rubber/Properties.htm).
Kelebihan karet alam atau natural rubber (NR) dibandingkan dengan karet
sintesis yaitu memiliki daya elastis dan daya pantul yang baik serta memiliki
daya tahan terhadap keretakan. Selain memiliki kelebihan, karet
alam juga
memiliki kelemahan seperti mutunya tidak konsisten, tidak tahan terhadap panas,
oksidasi dan minyak (Arizal, 1990). Upaya yang dapat dilakukan untuk
memperbaiki kelemahan karet alam antara lain dengan memodifikasi struktur
karet alam.
Apabila karet alam yang telah dicampur dengan katalis asam dipanaskan,
maka struktur molekulnya akan berubah menjadi struktur bahan seperti resin.
Perubahan tersebut terjadi karena karet alam mengalami modifikasi kimia.
Perubahan struktur molekul karet alam tersebut dinamai siklisasi, karena struktur
molekulnya telah mengalami perubahan dari keadaan rantai lurus menjadi rantai
siklik. Perubahan ini diikuti dengan peningkatan titik leleh, densitas dan indeks
refrasinya, hasilnya dinamai karet alam siklik atau karet siklo (Zaki, Aboe. 2013).
2
Karet siklo merupakan material turunan dari karet alam yang menjadi produk
unggulan industri hilir karet. Karet siklo merupakan salah satu hasil modifikasi
karet alam secara kimia. Karet siklo memiliki potensial yang cukup besar untuk
digunakan sebagai bahan baku perekat dan cat karena memiliki sifat fisik yang
khas, yaitu ringan, kaku serta tahan terhadap abrasi (daya gesek) serta mempunyai
daya rekat yang baik terhadap logam, kayu, karet, kulit, tekstil dan kertas
(Departemen Perindustrian, 2009).
Karet siklik berbeda dari karet alam asalnya, karena telah berubah menjadi
produk baru seperti resin. Walaupun telah berubah menjadi sejenis resin, karet
alam siklik tidak kehilangan beberapa sifat unggul karet alam. Karet alam siklik
masih dapat divulkanisasi, dan daya lekatnya lebih baik daripada karet alam
asalnya, karena karet alam siklik bersifat keras dan kaku dalam keadaan dingin.
Dengan keunggulan daya lekat yang mampu merekatkan karet pada logam
atau permukaan licin lain dengan baik, karet siklik berpotensi digunakan sebagai
bahan baku atau bahan peningkat daya lengket dalam pembuatan perekat elastis,
serta bahan baku produk yang memerlukan kekuatan dan daya lekat baik seperti
cat, pelapis, dan tinta cetak. Dengan sifatnya yang ringan, kaku dan dapat
divulkanisasi, karet siklik berpotensi digunakan sebagai bahan pengisi atau resin
pengkaku barang jadi karet tertentu.
Dalam hal ini, modifikasi selain dapat dilakukan untuk memperbaiki sifat
karet, dapat juga menghasilkan suatu produk baru. Modifikasi untuk
menghasilkan produk baru adalah dengan proses siklisasi (Alfa, 2000).
Meskipun karet siklis ini memiliki keunikan karakter sebagai resin alam dalam
industri pelapisan, akan tetapi karet siklis ini masih memiliki keterbatasan dan
kekurangan sifat bila dibandingkan dengan resin sintetik, terutama dalam
ketercampuran dengan komponen aditif dan resin lain yang sering digunakan
didalam industri adesif, cat, dan tinta. Disamping itu, karet siklis juga masih
rentan terhadap serangan spesis radikal bebas seperti ozon dan asam anorganik
akibat masih memiliki ikatan rangkap karbon (>C=C
KARET SIKLIS DENGAN MALEAT ANHIDRIDA (MA)
MELALUI REAKSI RADIKAL BEBAS
Oleh :
Rafica Dini Damanik
NIM 409210032
Program Studi Kimia
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Memperoleh Gelar
Sarjana Sain
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2014
ii
iii
Modifikasi Karet Alam: Graft- Kopolimerisasi Karet Siklis Dengan Maleat
Anhidrida (MA) Melalui Reaksi Radikal Bebas
Rafica Dini Damanik
NIM. 409210032
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang derajat grafting maleat anhidrat (MA) pada
karet siklo (Cyclic Natural Rubber) dengan inisiator benzol Peroksida (BPO).
Proses grafting dilakukan dengan teknik refluks dalam labu alas yang dirangkai
dengan kondensor dan oil bath pada suhu (105-120)0C, variasi konsentrasi MA (5,
10, 15) phr, variasi konsentrasi inisiator BPO (0,01; 0,05; 0,10) molar ratio dan
dengan penambahan stiren. Selanjutnya dilakukan penentuan derajat grafting
dengan metode titrasi dan analisis spektra FTIR untuk menentukan adanya
grafting MA pada rantai CNR. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses MAg-CNR maksimum terjadi pada perbandingan 15 phr dengan derajat grafting 0,7%
untuk variasi konsentrasi MA; 0,10 molar ratio dengan derajat grafting 0,7%
untuk variasi konsentrasi inisiatior BPO; dan penambahan stirendengan derajat
grafting 1,6%.
Kata Kunci: MA, BPO, Xilen, CNR.
vi
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan.................................................................................... i
Daftar Riwayat Hidup ................................................................................ ii
Abstrak ........................................................................................................ iii
Kata Pengantar ........................................................................................... iv
Daftar Isi ................................................................................................... vi
Daftar Gambar ........................................................................................... viii
Daftar Tabel ................................................................................................ ix
Daftar Lampiran ......................................................................................... x
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1
1.1. Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2. Rumusan Masalah .................................................................................. 4
1.3. Tujuan Penelitian ................................................................................... 4
1.4. ManfaatPenelitian .................................................................................. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 6
2.1. Polimer .................................................................................................. 6
2.2. Modifikasi Polimer ................................................................................ 9
2.3. Karet Siklis ............................................................................................ 11
2.4. Reakasi Radikal Bebas Pada Graft Kopolimerisasi ................................. 12
2.5. Graft Kopolimerisasi Maleat Anhidrida (MA) ....................................... 16
2.6. Aktivasi Permukaan ............................................................................... 19
2.7. Stiren ..................................................................................................... 21
2.8. Defenisi Derajat dan Efisiensi Grafting .................................................. 22
2.9. Vernis .................................................................................................... 23
2.10. Fourier Transform-Infra Red Spectroscopy (FT-IR) ............................. 24
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................ 26
3.1. Waktu Dan Tempat Penelitian ................................................................ 26
3.2. Alat Dan Bahan ...................................................................................... 26
3.3.Prosedur Graft Kopolimerisasi ................................................................ 28
3.4. Pemurnian Hasil Graft Kopolimerisasi ................................................... 29
vii
3.5. Bagan Penelitian .................................................................................... 32
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................... 35
4.1 Hasil Pencampuran Polimer .................................................................... 35
4.2 Pembahasan ............................................................................................ 42
4.3 Mekanisme Reaksi .................................................................................. 44
4.4 FTIR ...................................................................................................... 45
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 49
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 49
5.2 Saran ...................................................................................................... 49
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 50
ix
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Graft Kopolimerisasi Berbagai Polimer Dengan Monomer GMA
dan MA Menggunakan Peroksida Dengan dan Tanpa komonomer ....17
Tabel 2.2 Sifat Fisikdan Kimia Styrene .............................................................22
Tabel 3.1 Alat yang digunakan dalam proses fungsionalisasi dan blending.........26
Tabel 3.2 Bahan yang digunakan dalam proses fungsionalisasi dan blending .....27
Tabel 3.4 Komposisi Variasi Sampel .................................................................29
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Penelitian ...............................................................35
Tabel 4.2 Identifikasi Gugus Fungsi dan Spektra Karet Alam Siklo Dari Lateks 46
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar2.1 Struktur Polimer Linier ....................................................................7
Gambar2.2 Struktur Polimer Bercabang .............................................................7
Gambar2.3Struktur Polimer Berikatan Silang.....................................................7
Gambar2.4Skema Dari Metode Modifikasi Polimer ...................................... ....10
Gambar2.5 Reaksi Siklisasi Karet Alam.............................................................11
Gambar2.6 Perubahan Fisik Karet Alam Menjadi Karet Siklis ...........................11
Gambar2.7Gambaran Reaksi Yang Terjadi Pada Graft Kopolimerisasi Antara
Polimer-Monomer-Peroksida .......................................................15
Gambar2.8Struktur Maleat Anhidrida (MA) ......................................................16
Gambar2.9 Reaksi graft kopolimerisasi PP dengan MA Dengan dan Tanpa
Komonomer Styrene Sebagai Komonomer ....................................19
Gambar 2.10 Contoh Reaksi Antara Gugus Fungsi Polimer Dalam Blending
Bahan ............................................................................................20
Gambar 2.11 Rumus Bangun Styrene ................................................................21
Gambar 3.1 Diagram Alir Graft Kopolimerisasi .................................................32
Gambar 3.2 Menghitung Derajat Grafting ..........................................................33
Gambar 3.3 Uji Kualitatif Dengan FTIR ...........................................................34
Gambar4.1 Grafik Derajat Grafting vs Konsentrasi MA .....................................37
Gambar 4.2 Grafik Grafting Efisiensi vs Konsentrasi MA .................................38
Gambar 4.3 Grafik Derajat Grafting vs Konsentrasi BPO ..................................39
Gambar 4.4 Grafik Grafting Efisiensi vs Konsentrasi BPO ................................39
Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Derajat Grafting Dengan Dan Tanpa Stiren ....41
Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Efisiensi Grafting Dengan Dan TanpaStiren ..42
Gambar 4.7 Spektra FTIR Karet Alam Siklo Dari Latek ....................................45
Gambar 4.8 Spektra FTIR CNR-g-MA .............................................................47
Gambar 4.9 Spektra FTIR CNR-g-MA-co-Stiren ...............................................47
DAFTAR LAMPIRAN
Standarisasi KOH 0,1N ................................................................................ 53
Derajat Grafting ........................................................................................... 54
Grafting Efisiensi .......................................................................................... 54
Perhitungankomposisivariasi MA, DCP danwaktu ........................................ 55
DokumentasiPenelitian ................................................................................. 56
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Karet alam merupakan salah satu komoditi pertanian yang penting baik untuk
lingkup internasional dan teristimewa bagi Indonesia. Di Indonesia karet
merupakan salah satu hasil pertanian terkemuka karena banyak menunjang
perekonomian negara. Hasil devisa yang diperoleh dari karet cukup besar.
Bahkan, Indonesia pernah menguasai produksi karet dunia dengan mengalahkan
negara–negara lain dan negara asal tanaman karet sendiri di Daratan Amerika
Selatan.
Karet alam merupakan elastomer untuk penggunaan umum yang memiliki
beberapa keunggulan. Karet alam memiliki struktur molekul poliisopren dengan
orientasi 100% cis dengan bobot molekul tinggi yang mudah digiling dan
memiliki sifat keliatan dan kelekatan yang tinggi (Blow dan Hepburn,1982;
www.irrdb.com/irrdb/Natural Rubber/Properties.htm).
Kelebihan karet alam atau natural rubber (NR) dibandingkan dengan karet
sintesis yaitu memiliki daya elastis dan daya pantul yang baik serta memiliki
daya tahan terhadap keretakan. Selain memiliki kelebihan, karet
alam juga
memiliki kelemahan seperti mutunya tidak konsisten, tidak tahan terhadap panas,
oksidasi dan minyak (Arizal, 1990). Upaya yang dapat dilakukan untuk
memperbaiki kelemahan karet alam antara lain dengan memodifikasi struktur
karet alam.
Apabila karet alam yang telah dicampur dengan katalis asam dipanaskan,
maka struktur molekulnya akan berubah menjadi struktur bahan seperti resin.
Perubahan tersebut terjadi karena karet alam mengalami modifikasi kimia.
Perubahan struktur molekul karet alam tersebut dinamai siklisasi, karena struktur
molekulnya telah mengalami perubahan dari keadaan rantai lurus menjadi rantai
siklik. Perubahan ini diikuti dengan peningkatan titik leleh, densitas dan indeks
refrasinya, hasilnya dinamai karet alam siklik atau karet siklo (Zaki, Aboe. 2013).
2
Karet siklo merupakan material turunan dari karet alam yang menjadi produk
unggulan industri hilir karet. Karet siklo merupakan salah satu hasil modifikasi
karet alam secara kimia. Karet siklo memiliki potensial yang cukup besar untuk
digunakan sebagai bahan baku perekat dan cat karena memiliki sifat fisik yang
khas, yaitu ringan, kaku serta tahan terhadap abrasi (daya gesek) serta mempunyai
daya rekat yang baik terhadap logam, kayu, karet, kulit, tekstil dan kertas
(Departemen Perindustrian, 2009).
Karet siklik berbeda dari karet alam asalnya, karena telah berubah menjadi
produk baru seperti resin. Walaupun telah berubah menjadi sejenis resin, karet
alam siklik tidak kehilangan beberapa sifat unggul karet alam. Karet alam siklik
masih dapat divulkanisasi, dan daya lekatnya lebih baik daripada karet alam
asalnya, karena karet alam siklik bersifat keras dan kaku dalam keadaan dingin.
Dengan keunggulan daya lekat yang mampu merekatkan karet pada logam
atau permukaan licin lain dengan baik, karet siklik berpotensi digunakan sebagai
bahan baku atau bahan peningkat daya lengket dalam pembuatan perekat elastis,
serta bahan baku produk yang memerlukan kekuatan dan daya lekat baik seperti
cat, pelapis, dan tinta cetak. Dengan sifatnya yang ringan, kaku dan dapat
divulkanisasi, karet siklik berpotensi digunakan sebagai bahan pengisi atau resin
pengkaku barang jadi karet tertentu.
Dalam hal ini, modifikasi selain dapat dilakukan untuk memperbaiki sifat
karet, dapat juga menghasilkan suatu produk baru. Modifikasi untuk
menghasilkan produk baru adalah dengan proses siklisasi (Alfa, 2000).
Meskipun karet siklis ini memiliki keunikan karakter sebagai resin alam dalam
industri pelapisan, akan tetapi karet siklis ini masih memiliki keterbatasan dan
kekurangan sifat bila dibandingkan dengan resin sintetik, terutama dalam
ketercampuran dengan komponen aditif dan resin lain yang sering digunakan
didalam industri adesif, cat, dan tinta. Disamping itu, karet siklis juga masih
rentan terhadap serangan spesis radikal bebas seperti ozon dan asam anorganik
akibat masih memiliki ikatan rangkap karbon (>C=C