Pembuatan Komposit Interpenetrasi Jaringan Polimer antara Poliuretan-Karet Alam SIR-10 dengan Penambahan Titanium Dioksida sebagai Bahan Pengisi
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kemajuan penelitian polimer berkembang pesat saat ini, salah satu penelitian
polimer yang menarik adalah Interpenetrating Polymer Network (IPN).
Interpenetrating Polymer Network (IPN) mulai berkembang dan banyak diteliti
sejak tahun 90-an dari berbagai universitas dan beberapa ahli yang mempelajari
polimer.
Perkembangan IPN telah menghasilkan beberapa jenis, yaitu berdasarkan
ikatan kimia dan berdasarkan susunan pola. Dimana IPN berdasarkan ikatan kimia
terbagi atas ikatan kovalen termasuk Semi IPN dan ikatan non kovalen yaitu Semi
IPN dan Full IPN. Sedangkan berdasarkan susunan pola, Interpenetrating
Polymer Network terbagi atas Novel IPN, Sequential IPN, Semi IPN, dan
Simultaneous IPN.Full IPN adalah dua atau lebih bahan polimer yang dibentuk
dalam bentuk jaringan satu sama lain. Perpaduan ini akan menghasilkan tumpang
tindih antara jaringan yang satu dengan jaringan yang lain.
Sesuai dengan teorinya IPN merupakan gabungan dua atau lebih bahan
polimer yang membentuk jaringan, dalam penelitian ini bahan polimer yang akan
dibentuk adalah Poliuretan-Karet Alam SIR-10 dengan penambahantitanium
dioksida. Poliuretan dapat dipakai dalam berbagai aplikasi misalnya bahan
perekat, pelapis, elastomer, busa-busa fleksibel (yang dipakai sebagai isolator,
panel pelindung pada mobil dan yang lainnya ) serta busa-busa fleksibel yang
kuat.
Sumatera Utara merupakan daerah yang kaya akan hasil perkebunannya
baik kelapa sawit maupun karet alam. Karet atau elastomer merupakan polimer
yang memperlihatkan resiliensi (daya pegas) atau kemampuan meregang dan
kembali ke keadaan semula dengan cepat. Karet alam tersusun dalam bentukbentuk yang berbeda, tetapi sejauh ini yang paling penting adalah tersusun dari cis
-1,4-poliisoprena.
Universitas Sumatera Utara
Komposit merupakan salah satu jenis bahan yang dibuat dengan
penggabungan dua atau lebih macam bahan yang mempunyai sifat berbeda
menjadi satu material dengan sifat yang berbeda pula. Material komposit terdiri
atas penguat yang sangat kuat dan serat yang kaku didalam sebuah resin matriks
polimer atau pengikat.
Lima tahun belakangan ini, IPN telah diteliti oleh para ahli dalam bentuk
IPN komposit yaitu perpaduan antara dua atau lebih polimer dalam bentuk
jaringan yang dicampurkan dengan bahan-bahan anorganik untuk menghasilkan
suatu material yang lebih kuat dibandingkan dengan bahan asalnya.
Salah satu penelitian yang belakangan ini adalah pembentukan IPN
Poliuretan epoksi yang dicampurkan dengan bentonit ini berguna untuk bahan
industri aircraft dan otomotif terutama untuk meningkatkan redaman suara.Dari
hasil penelitian yang sudah dilakukan oleh beberapa peneliti, ternyata IPN
memperlihatkan keunggulannya dibanding dengan jenis polimer lainnya.
Thamrin (2003) telah melakukan sintesis poliuretan (PU) Thermoplastik
dengan menggunakan polietilenglikol 1000 dan toluene diisosianat (TDI) dengan
perbandingan NCO : OH = 2 : 1 mol. Prapolimer dari PU thermoplastik telah
dicampur dengan Karet Alam SIR-20 untuk menghasilkan polimer jaringan saling
menembus (IPN). Diperoleh sifat mekanik yang maksimum pada penambahan
poliuretan thermoplastik 24%. Hal ini dikarenakan pada penambahan 24%
poliuretan thermoplastic campuran kedua komponen mencapai keserasian dan
meningkatkan sifat sinergitik dari IPN tersebut atau dengan kata lain saling
menembus diantara komponen-komponen mencapai keseimbangan.
Jimenez (2009) telah melakukan sintesis sequential interpenetrating
polymer network (IPN’s) dengan menggunakan minyak jarak, 2,4-toluen
diisosianat dan selulosa hidroksietil sebagai bahan dasar pembuatan poliuretan
serta menggunakan dibutil tin dilaurat (DBDTL) sebagai katalis. Dari hasil
penelitian tersebut, permukaan fraktur yang telah dianalisa morfologi dengan
menggunakan scanning electron microscope (SEM) yangmana mengungkapkan
permukaan fraktur yang sesuai dan tidak sesuai dengan rasio PU/PAA yang telah
dipelajari. Permukaan fraktur yang awalnya menurun namun ketika ditambahkan
dengan PAA dalam IPN’s maka permukaan tersebut meningkat.
Universitas Sumatera Utara
Sihotang (2016) telah melakukan sintesis Komposit Interpenetrasi
Jaringan Polimer (IPN) menggunakan Karet Alam SIR-10 (NR) dan Poliuretan
(PU) secara serentak yang kemudian ditambahkan Montmorillonit sebagai bahan
pengisi. Prapolimer dari PU telah disintesis dengan menggunakan Polipropilen
Glikol dan Toluen Diisosianat dengan perbandingan mol antara NCO : OH = 2 :
1. Prapolimer PU dan NR tervulkanisasi dicampur dengan menggunakan suhu
140°C untuk menghasilkan IPN NR-PU. Penambahan Montmorillonit ke dalam
IPN NR-PU akan
menghasilkan komposit
IPN NR-PU-Montmorillonit.
Selanjutnya komposit IPN tersebut dikarakterisasi dengan uji kekuatan tarik, daya
serap air, SEM dan persentase ikat silang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa
campuran komposit meningkat dengan bertambahnya Montmorillonit hingga
batas optimum yakni pada perbandingan antara NR-PU dengan Montmorillonit
adalah 74 phr : 36 phr yang memberikan kekuatan tarik dan kemuluran yang baik..
Dari uraian diatas maka peneliti ingin meneliti IPN dari campuran NR
dengan poliuretan yang ditambahkan dengan titanium dioksida. Penelitian ini
khusus mempelajari sifat morfologi melalui analisis SEM dan sifat mekanik
melalui uji tarik dan kemuluran. Yang diharapkan mampu memberikan reaksi
antara satu dengan yang lain dan meningkatkan kualitas dari material komposit
tersebut.
1.2
Perumusan Masalah
1.
Bagaimana hasil sintesis antara Poliuretan dengan Karet Alam SIR-10.
2.
Berapakah perbandingan campuran yang tepat dalam sintesis IPN antara
Poliuretan-Karet Alam SIR-10 dengan penambahan Titanium Dioksida.
3.
Bagaimana analisa sifat morfologi, sifat mekanik dan persentase
ikatsilang pada komposit IPN antara Poliuretan-Karet Alam SIR-10
dengan penambahan Titanium Dioksida.
Universitas Sumatera Utara
1.3
Pembatasan Masalah
1.
Karet Alam yang digunakan berupa Karet Alam SIR-10 yang berasal dari
Perkebunan PN-3 Kecamatan Dolok Merawan, Serdang Bedagai,
Provinsi Sumatera Utara.
2.
Poliuretan yang digunakan dibuat dari hasil reaksi antara Toluena
Diisosianat (TDI) dan Polipropilena Glikol 1000 dengan perbandingan
NCO : OH = 2 : 1.
3.
Suhu pencampuran bahan adalah 140°C.
4.
Suhu pengepresan bahan adalah 80°C.
1.4
Tujuan Penelitian
1.
Untuk mengetahui hasil sintesis antara Poliuretan dan Karet Alam SIR10
2.
Untuk
mengetahui
perbandingan
campuran
yang
tepat
dalam
pembuatankomposit IPN antara Poliuretan Karet Alam SIR-10 dengan
penambahan Titanium Dioksida.
3.
Untuk mengetahui analisa sifat morfologi melalui analisis SEM,sifat
mekanik melalui uji tarik, uji persentase ikat silang pada komposit IPN
antara Poliuretan-Karet Alam SIR-10 dengan penambahan Titanium
Dioksida.
1.5
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi bahwa bahan polimer
hasil dari sintesis IPN dapat menghasilkan suatu bahan baru yang memiliki
kemajuan baik dari sifat mekanik maupun morfologinya.
1.6
Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Dasar USU, laboratorium Teknik
Kimia USU, Laboratorium Kimia Polimer USU dan Laboratorium PTKI Medan
untuk analisa gugus fungsi dengan FT-IR.
Universitas Sumatera Utara
1.7
Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini
dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu :
1. Tahap penyiapan TiO2 yang dihaluskan dengan menggunakan ayakan 100
mesh sehingga diperoleh serbuk TiO2 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. Tahap sintesis IPN, pada tahapan ini poliuretan yang telah disintesis
dengan perbandingan NCO : OH = 2 : 1 mol dan Karet Alam SIR-10
diblending pada suhu 140°C selama 15 menit dengan variasi konsentrasi
(b/b) dalam 100 phr = 100:0 ; 80:20 ; 60:40 ; 40:60 ; 20:80 ; 0:100.
Dikarakterisasi analisa sifat mekanik dengan uji kekuatan tarik dan
presentase ikat silang.
Variabel yang digunakan adalah :
-
Variabel tetap :
Suhu 140°C
Waktu 15 menit
-
Variabel terikat :
Analisa sifat mekanik dengan uji kekuatan tarik
-
Variasi bebas :
Karet alam SIR-10 dan Poliuretan dengan variasi konsentrasi (b/b)
dalam 100 phr = 100:0 ; 80:20 ; 60:40 ; 40:60 ; 0:100.
5.
Tahapan pembuatan komposit IPN, dimana pada tahap ini campuran
Karet alam SIR-10 dan Poliuretanyang optimum, ditambahkan dengan
Titanium Dioksida dengan variasi konsentrasi (b/b) dalam 100phr =
82:18 ; 78:22 ; 74:26 ; 70:30 ; 66:34
diblending dengan Internal
Mixerpada suhu 140°C selama 15 menit. Dikarakterisasi analisa
Universitas Sumatera Utara
morfologi dengan SEM, sifat mekanik dengan uji kekuatan tarik dan uji
persentase ikatsilang.
-
Variabel tetap :
Suhu 140°C
Waktu 15 menit
-
Varibel terikat :
Analisa morfologi dengan SEM
Analisa sifat mekanik dengan uji kekuatan Tarik
Uji Persentase Ikatsilang
-
Variasi bebas :
Campuran Karet alam SIR-10 dan Poliuretan yang optimum
dengan Titanium Dioksida, variasi konsentrasi (b/b) dalam 100phr
= 82:18; 78:22; 74:26; 70:30 ; 66:34
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kemajuan penelitian polimer berkembang pesat saat ini, salah satu penelitian
polimer yang menarik adalah Interpenetrating Polymer Network (IPN).
Interpenetrating Polymer Network (IPN) mulai berkembang dan banyak diteliti
sejak tahun 90-an dari berbagai universitas dan beberapa ahli yang mempelajari
polimer.
Perkembangan IPN telah menghasilkan beberapa jenis, yaitu berdasarkan
ikatan kimia dan berdasarkan susunan pola. Dimana IPN berdasarkan ikatan kimia
terbagi atas ikatan kovalen termasuk Semi IPN dan ikatan non kovalen yaitu Semi
IPN dan Full IPN. Sedangkan berdasarkan susunan pola, Interpenetrating
Polymer Network terbagi atas Novel IPN, Sequential IPN, Semi IPN, dan
Simultaneous IPN.Full IPN adalah dua atau lebih bahan polimer yang dibentuk
dalam bentuk jaringan satu sama lain. Perpaduan ini akan menghasilkan tumpang
tindih antara jaringan yang satu dengan jaringan yang lain.
Sesuai dengan teorinya IPN merupakan gabungan dua atau lebih bahan
polimer yang membentuk jaringan, dalam penelitian ini bahan polimer yang akan
dibentuk adalah Poliuretan-Karet Alam SIR-10 dengan penambahantitanium
dioksida. Poliuretan dapat dipakai dalam berbagai aplikasi misalnya bahan
perekat, pelapis, elastomer, busa-busa fleksibel (yang dipakai sebagai isolator,
panel pelindung pada mobil dan yang lainnya ) serta busa-busa fleksibel yang
kuat.
Sumatera Utara merupakan daerah yang kaya akan hasil perkebunannya
baik kelapa sawit maupun karet alam. Karet atau elastomer merupakan polimer
yang memperlihatkan resiliensi (daya pegas) atau kemampuan meregang dan
kembali ke keadaan semula dengan cepat. Karet alam tersusun dalam bentukbentuk yang berbeda, tetapi sejauh ini yang paling penting adalah tersusun dari cis
-1,4-poliisoprena.
Universitas Sumatera Utara
Komposit merupakan salah satu jenis bahan yang dibuat dengan
penggabungan dua atau lebih macam bahan yang mempunyai sifat berbeda
menjadi satu material dengan sifat yang berbeda pula. Material komposit terdiri
atas penguat yang sangat kuat dan serat yang kaku didalam sebuah resin matriks
polimer atau pengikat.
Lima tahun belakangan ini, IPN telah diteliti oleh para ahli dalam bentuk
IPN komposit yaitu perpaduan antara dua atau lebih polimer dalam bentuk
jaringan yang dicampurkan dengan bahan-bahan anorganik untuk menghasilkan
suatu material yang lebih kuat dibandingkan dengan bahan asalnya.
Salah satu penelitian yang belakangan ini adalah pembentukan IPN
Poliuretan epoksi yang dicampurkan dengan bentonit ini berguna untuk bahan
industri aircraft dan otomotif terutama untuk meningkatkan redaman suara.Dari
hasil penelitian yang sudah dilakukan oleh beberapa peneliti, ternyata IPN
memperlihatkan keunggulannya dibanding dengan jenis polimer lainnya.
Thamrin (2003) telah melakukan sintesis poliuretan (PU) Thermoplastik
dengan menggunakan polietilenglikol 1000 dan toluene diisosianat (TDI) dengan
perbandingan NCO : OH = 2 : 1 mol. Prapolimer dari PU thermoplastik telah
dicampur dengan Karet Alam SIR-20 untuk menghasilkan polimer jaringan saling
menembus (IPN). Diperoleh sifat mekanik yang maksimum pada penambahan
poliuretan thermoplastik 24%. Hal ini dikarenakan pada penambahan 24%
poliuretan thermoplastic campuran kedua komponen mencapai keserasian dan
meningkatkan sifat sinergitik dari IPN tersebut atau dengan kata lain saling
menembus diantara komponen-komponen mencapai keseimbangan.
Jimenez (2009) telah melakukan sintesis sequential interpenetrating
polymer network (IPN’s) dengan menggunakan minyak jarak, 2,4-toluen
diisosianat dan selulosa hidroksietil sebagai bahan dasar pembuatan poliuretan
serta menggunakan dibutil tin dilaurat (DBDTL) sebagai katalis. Dari hasil
penelitian tersebut, permukaan fraktur yang telah dianalisa morfologi dengan
menggunakan scanning electron microscope (SEM) yangmana mengungkapkan
permukaan fraktur yang sesuai dan tidak sesuai dengan rasio PU/PAA yang telah
dipelajari. Permukaan fraktur yang awalnya menurun namun ketika ditambahkan
dengan PAA dalam IPN’s maka permukaan tersebut meningkat.
Universitas Sumatera Utara
Sihotang (2016) telah melakukan sintesis Komposit Interpenetrasi
Jaringan Polimer (IPN) menggunakan Karet Alam SIR-10 (NR) dan Poliuretan
(PU) secara serentak yang kemudian ditambahkan Montmorillonit sebagai bahan
pengisi. Prapolimer dari PU telah disintesis dengan menggunakan Polipropilen
Glikol dan Toluen Diisosianat dengan perbandingan mol antara NCO : OH = 2 :
1. Prapolimer PU dan NR tervulkanisasi dicampur dengan menggunakan suhu
140°C untuk menghasilkan IPN NR-PU. Penambahan Montmorillonit ke dalam
IPN NR-PU akan
menghasilkan komposit
IPN NR-PU-Montmorillonit.
Selanjutnya komposit IPN tersebut dikarakterisasi dengan uji kekuatan tarik, daya
serap air, SEM dan persentase ikat silang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa
campuran komposit meningkat dengan bertambahnya Montmorillonit hingga
batas optimum yakni pada perbandingan antara NR-PU dengan Montmorillonit
adalah 74 phr : 36 phr yang memberikan kekuatan tarik dan kemuluran yang baik..
Dari uraian diatas maka peneliti ingin meneliti IPN dari campuran NR
dengan poliuretan yang ditambahkan dengan titanium dioksida. Penelitian ini
khusus mempelajari sifat morfologi melalui analisis SEM dan sifat mekanik
melalui uji tarik dan kemuluran. Yang diharapkan mampu memberikan reaksi
antara satu dengan yang lain dan meningkatkan kualitas dari material komposit
tersebut.
1.2
Perumusan Masalah
1.
Bagaimana hasil sintesis antara Poliuretan dengan Karet Alam SIR-10.
2.
Berapakah perbandingan campuran yang tepat dalam sintesis IPN antara
Poliuretan-Karet Alam SIR-10 dengan penambahan Titanium Dioksida.
3.
Bagaimana analisa sifat morfologi, sifat mekanik dan persentase
ikatsilang pada komposit IPN antara Poliuretan-Karet Alam SIR-10
dengan penambahan Titanium Dioksida.
Universitas Sumatera Utara
1.3
Pembatasan Masalah
1.
Karet Alam yang digunakan berupa Karet Alam SIR-10 yang berasal dari
Perkebunan PN-3 Kecamatan Dolok Merawan, Serdang Bedagai,
Provinsi Sumatera Utara.
2.
Poliuretan yang digunakan dibuat dari hasil reaksi antara Toluena
Diisosianat (TDI) dan Polipropilena Glikol 1000 dengan perbandingan
NCO : OH = 2 : 1.
3.
Suhu pencampuran bahan adalah 140°C.
4.
Suhu pengepresan bahan adalah 80°C.
1.4
Tujuan Penelitian
1.
Untuk mengetahui hasil sintesis antara Poliuretan dan Karet Alam SIR10
2.
Untuk
mengetahui
perbandingan
campuran
yang
tepat
dalam
pembuatankomposit IPN antara Poliuretan Karet Alam SIR-10 dengan
penambahan Titanium Dioksida.
3.
Untuk mengetahui analisa sifat morfologi melalui analisis SEM,sifat
mekanik melalui uji tarik, uji persentase ikat silang pada komposit IPN
antara Poliuretan-Karet Alam SIR-10 dengan penambahan Titanium
Dioksida.
1.5
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi bahwa bahan polimer
hasil dari sintesis IPN dapat menghasilkan suatu bahan baru yang memiliki
kemajuan baik dari sifat mekanik maupun morfologinya.
1.6
Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Ilmu Dasar USU, laboratorium Teknik
Kimia USU, Laboratorium Kimia Polimer USU dan Laboratorium PTKI Medan
untuk analisa gugus fungsi dengan FT-IR.
Universitas Sumatera Utara
1.7
Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimental laboratorium, dimana pada penelitian ini
dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu :
1. Tahap penyiapan TiO2 yang dihaluskan dengan menggunakan ayakan 100
mesh sehingga diperoleh serbuk TiO2 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. Tahap sintesis IPN, pada tahapan ini poliuretan yang telah disintesis
dengan perbandingan NCO : OH = 2 : 1 mol dan Karet Alam SIR-10
diblending pada suhu 140°C selama 15 menit dengan variasi konsentrasi
(b/b) dalam 100 phr = 100:0 ; 80:20 ; 60:40 ; 40:60 ; 20:80 ; 0:100.
Dikarakterisasi analisa sifat mekanik dengan uji kekuatan tarik dan
presentase ikat silang.
Variabel yang digunakan adalah :
-
Variabel tetap :
Suhu 140°C
Waktu 15 menit
-
Variabel terikat :
Analisa sifat mekanik dengan uji kekuatan tarik
-
Variasi bebas :
Karet alam SIR-10 dan Poliuretan dengan variasi konsentrasi (b/b)
dalam 100 phr = 100:0 ; 80:20 ; 60:40 ; 40:60 ; 0:100.
5.
Tahapan pembuatan komposit IPN, dimana pada tahap ini campuran
Karet alam SIR-10 dan Poliuretanyang optimum, ditambahkan dengan
Titanium Dioksida dengan variasi konsentrasi (b/b) dalam 100phr =
82:18 ; 78:22 ; 74:26 ; 70:30 ; 66:34
diblending dengan Internal
Mixerpada suhu 140°C selama 15 menit. Dikarakterisasi analisa
Universitas Sumatera Utara
morfologi dengan SEM, sifat mekanik dengan uji kekuatan tarik dan uji
persentase ikatsilang.
-
Variabel tetap :
Suhu 140°C
Waktu 15 menit
-
Varibel terikat :
Analisa morfologi dengan SEM
Analisa sifat mekanik dengan uji kekuatan Tarik
Uji Persentase Ikatsilang
-
Variasi bebas :
Campuran Karet alam SIR-10 dan Poliuretan yang optimum
dengan Titanium Dioksida, variasi konsentrasi (b/b) dalam 100phr
= 82:18; 78:22; 74:26; 70:30 ; 66:34
Universitas Sumatera Utara