Kata kunci : Karakteristik vulkanisasi, kompon karet, pegangan setang,
THE INFLUENCE PARTICLE SIZE RICE HUSKS ASH AND ANTIOXIDANT TO
VEHICLE
Hari Adi Prasetya Balai Riset dan Standardisasi Industri Palembang
Badan Pengkajian Kebijakan, Iklim, dan Mutu Industri, Kementerian Perindustrian RI e-mail : hariadiprasetya@yahoo.co.id
ABSTRACT The objectives of this research were to study the effect of particle size fillers of
rice husk ash and antioxidants from rice husk to the grip handle motor vehicle
compound vulcanization characteristics. The research was designed as factorial
Completely Randomized Design, and each combination of the treatment was
repeated three times. The first factor was the rice husk ash particle size (100 mesh,
200 mesh, 300 mesh and 400 mesh) and the second factor of the antioxidant phenol
concentration (0.5 phr, 1 phr and 1.5 phr). The parameters were scorch time,
optimum vulcanization time and torsion modulus. The results showed that all the
treatments and their interactions have a significant influence on the vulcanization
characteristics of compound grip handle. The best treatment is a combination handle
grip compound treatment A F (rice husk ash size of 300 mesh size and 1.5 phr of
3
3
antioxidant phenols), the vulcanization characteristics scorch time by 1,34 minutes,
the optimum vulcanization time of 1.01 minutes and torsion modulus 10,37 kg.cm.Keywords: Vulcanization characteristics, rubber compound, grip handle.
PENGARUH UKURAN PARTIKEL ABU SEKAM PADI DAN ANTIOKSIDAN
TERHADAP KARAKTERISTIK VULKANISASI KOMPON PEGANGAN SETANG
KENDARAAN BERMOTOR RODA DUA
Hari Adi Prasetya Balai Riset dan Standardisasi Industri Palembang
Badan Pengkajian Kebijakan, Iklim, dan Mutu Industri, Kementerian Perindustrian RI e-mail : hariadiprasetya@yahoo.co.id
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh ukuran partikel bahan pengisi abu sekam padi dan antioksidan dari sekam padi terhadap karakteristik vulkanisasi kompon pegangan setang. Rancangan yang digunakan pada penelitian ini adalah Rancangan Acak Lengkap (RAL) non faktorial, setiap perlakuan diulang 3 (tiga) kali. Faktor pertama adalah ukuran partikel abu sekam padi (100 mesh, 200 mesh, 300 mesh dan 400 mesh) dan faktor kedua konsentrasi antioksidan fenol (0,5 phr, 1 phr dan 1,5 phr). Parameter yang diamati meliputi waktu scorch, waktu vulkanisasi optimum dan modulus torsi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semua perlakuan dan interaksinya mempunyai pengaruh yang nyata pada karakteristik vulkanisasi kompon pegangan setang. Perlakuan terbaik kompon pegangan setang adalah kombinasi perlakuan A F (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 300
3
3
mesh dan antioksidan fenol 1,5 phr), dengan karakteristik vulkanisasi waktu scorch sebesar 1,34 menit, waktu vulkanisasi optimum sebesar 1,01 menit dan modulus torsi 10,37 kg.cm.
Kata kunci : Karakteristik vulkanisasi, kompon karet, pegangan setang,
PENDAHULUAN
Tahapan proses dalam industri barang jadi karet sebagai upaya memperbaiki kelemahan karet, meliputi pencampuran, pembentukan kemudian vulkanisasi. Pencampuran dimulai dengan mastikasi (pelunakan), kemudian ditambahkan bahan- bahan penyusun kompon dengan jenis dan jumlah tertentu sesuai kemampuan proses, ketersediaan biaya dan sifat fisik akhir vulkanisat yang diinginkan (Rihayat, 2007; Chuayjuljit et al., 2001). Vulkanisasi adalah proses pembentukan ikatan silang (cross-linking) kimia dari rantai molekul yang berdiri sendiri, meningkatkan elastisitas dan menurunkan plastisitas. Reaksi ini dapat terjadi jika di dalam molekul-molekul karet berkontak dengan bahan-bahan tertentu. Proses vulkanisasi merupakan proses terjadinya reaksi kimia antara molekul karet dengan bahan pemvulkanis (vulcanizing
agent) dengan bantuan bahan pencepat (accelerator) dan bahan penggiat (activator)
membentuk ikatan silang dengan struktur jaringan tiga dimensi dan akan terjadi perubahan sifat karet dari plastis menjadi elastis. Sebelum proses vulkanisasi, biasanya kompon karet diuji kematangannya (curing) dengan menggunakan rheometer. Rheografnya diperoleh pada suhu tertentu dan menunjukkan juga bahwa reaksi vulkanisasi ini berlangsung dengan waktu tertentu. Rheograf ini biasanya digunakan sebagai acuan untuk suhu dan waktu vulkanisasi produk (Hasan et al, 2012).
Karakteristik vulkanisasi dan sifat fisik vulkanisat karet dipengaruhi oleh sistem vulkanisasi dan bound rubber. Pertama, sistem vulkanisasi karet termasuk di dalamnya rancangan formula karet, menghasilkan jenis dan jumlah ikatan silang total (total crosslink density) monosulfida, disulfida, dan/atau polisulfida, dimana ikatan- ikatan ini sangat berhubungan dengan sifat fisik vulkanisat karet (Fath, 1993) dan karakteristik vulkanisasinya. Ikatan silang merupakan ikatan yang menghubungkan diantara rantai molekul karet melalui jembatan belerang. Pembentukan ikatan silang dapat diamati melalui peningkatan nilai torsi sebagai fungsi waktu dan suhu vulkanisasi. Ikatan silang yang terbentuk adalah sebanding dengan torsi dan diperoleh dari rheograf yang diamati dengan menggunakan rheometer. Ikatan silang yang terbentuk menyebabkan peningkatan pada elastisitas karet (prinsip vulkanisasi yang ditemukan Charles Goodyear tahun 1939).
Penggunaan bahan pengisi pada kompon karet mempengaruhi karakteristik vulkanisasi. Bahan pengisi dapat dicampurkan lebih awal pada proses mastikasi dan penggilingan karet, dilakukan dengan cara mempersingkat waktu mastikasi karet, atau dapat juga dilakukan dengan metode mencampurkan bahan pengisi tersebut setelah proses mastikasi dan selanjutnya diikuti dengan pencampuran bahan kimia ke dalam karet. Ukuran partikel kecil menyebabkan dispersi bahan pengisi di dalam karet menjadi lebih mudah. Selain itu, viskositas karet rendah dan panas yang dihasilkan oleh gesekan antara karet dan gilingan, bahan pengisi, dan antar molekul karet, berpengaruh terhadap karakterisitik vulkanisat yang dihasilkan. Luas permukaan lebih besar dan dispersi dari bahan pengisi semakin baik menyebabkan pembentukan bound rubber meningkat dan proses urutan pencampuran seperti ini sangat berhubungan dengan peningkatan sifat fisik pada vulkanisat karet.
Antioksidan berfungsi melindungi karet terhadap suhu tinggi, sinar matahari, kerusakan karena oksigen dan ozon di udara, keretakan dan kelenturan, serta ion- ion prooksidan, yaitu ion tembaga, ion mangan atau ion besi (Haris, 2004). Selain itu antioksidan dapat memberikan perlindungan terhadap degradasi yang padat di dalam kondisi-kondisi operasi dinamis dan statis, melawan degradasi katalitis oleh tembaga dan logam berat lainnya, antiozonant dan antioksidan kuat pada temperatur tinggi dan tahan retak lentur pada campuran karet serta memberi perlindungan ozon dan perlawanan jangka panjang lebih baik.
Karet pegangan setang sepeda motor (grip handle) merupakan salah satu bentuk diversifikasi produk barang jadi karet. Dalam penggunaannya sering mengalami keretakan atau pecah akibat panas matahari dan pengaruh ozon sehingga terjadi pengusangan. Pengusangan akan mempengaruhi ketahanan fisik karet pegangan setang sepeda motor, akibatnya akan mempengaruhi lama pemakaian. Penggunaan antioksidan dari fenol sekam padi merupakan salah satu usaha untuk substitusi impor antioksidan serta meningkatkan mutu barang jadi karet. Selain itu fenol dari sekam padi sebagai bahan alami alternatif pengganti antioksidan sintetis yang tidak bersifat degradable.
Tujuan penelitian ini untuk mengetahui sejauh mana ukuran partikel abu sekam padi dan konsentrasi fenol sekam padi akan berpengaruh terhadap karakteristik vulkanisasi kompon pegangan setang kendaraan bermotor, sehingga kompon tetap elastis selama pengangkutan, pemakaian maupun dalam penyimpanan.
METODE PENELITIAN Bahan dan Alat Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah SIR 20, N- Butadiena rubber (NBR), Minarex oil, sulfur, ZnO, asam stearat, N-Cyclohexyl-2-
benzothiazylsulfenamide (CBS), caumaron resin, Mercaptodithiobenzothiazol
(MBTS), Tetramethylthiuram disulfide (TMTD), dietylen glikol, n-hexane, metanol, kloroform, abu sekam padi dan fenol sekam padi.
Alat
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini adalah timbangan metler p1210 kapasitas 1200 g, timbangan duduk merek Berkel kapasitas 15 kg, open mill L 40 cm D18 cm kapasitas 1 kg, cutting scraf besar, alat press, cetakan sheet, autoclave, glassware, peralatan ekstraksi dan gunting.
Rancangan Percobaan
Faktor yang dipelajari pada penelitian ini meliputi pengaruh bahan pengisi abu sekam padi secara kombinasi dengan antioksidan fenol dari sekam padi untuk pembuatan kompon karet. Konsentrasi abu sekam padi yang digunakan adalah 45 phr. Adapun kombinasi perlakuan sebagai berikut :
Faktor pertama ukuran partikel abu sekam padi : A1 = ukuran 100 mesh A2 = ukuran 200 mesh A3 = ukuran 300 mesh A4 = ukuran 400 mesh Faktor kedua konsentrasi antioksidan fenol : F1 = konsentrasi 0,5 phr F2 = konsentrasi 1 phr F3 = konsentrasi 1,5 phr Masing-masing perbandingan diulang sebanyak 2 (dua) kali.
Prosedur Pembuatan abu Sekam Padi
Sekam padi yang telah dicuci dikeringkan, ditimbang 500 g masukkan ke
o dalam cawan, lalu dibakar pada suhu 350 C menggunakan tanur selama 24 jam.
o
Pengabuan dilanjutkan lagi pada suhu 700 C selama 48 jam. Abu sekam padi yang diperoleh didinginkan dalam desikator, selanjutnya dihaluskan sesuai ukuran pada rancangan percobaan.
Pembuatan antioksidan fenol dari sekam padi dengan proses ekstraksi
Sekam padi dibersihkan dan dihaluskan kemudian diayak menggunakan ayakan 50 mesh, sebanyak 25 g sampel dibungkus kertas filter dimasukkan dalam tabung soxhlet kemudian dilakukan proses ekstraksi. Sampel pertama kali diekstraksi dengan n-heksana untuk menghilangkan minyak dari sekam. Selanjutnya diekstraksi dengan 1 : 1 campuran kloroform dan metanol. Setelah ekstraksi selesai, residu disaring menggunakan kertas whatman No. 40. Metanol dan kloroform dihilangkan dengan cara diuapkan pada suhu 80 C.
Prosedur Pembuatan Kompon Karet
Pembuatan kompon dilakukan dengan menimbang semua bahan-bahan sesuai dengan formulasi, kemudian dengan menggunakan alat two roll mill, dilakukan penggilingan, mula-mula karet SIR 20 digiling sampai plastis, kemudian tambahkan karet sintetis NBR, digiling sampai plastis dan tercampur sempurna dengan karet SIR 20. Kemudian berturut-turut tambahkan asam stearat, ZnO, abu sekam padi (sesuai rancangan percobaan) sampai homogen, kemudian tambahkan CBS, TMTD, MBTS, fenol, caumoron resin, minyak minarex sampai homogen, terakhir ditambah sulfur dan digiling sampai homogen. Selama penggilingan temperatur dipertahankan 70 + 5
C, dan sebelum divulkanisasi kompon dikondisikan dulu selama 24 jam. Sampel diambil untuk diuji karakteristik vulkanisasinya menggunakan rheometer.
Peubah yang diamati
Peubah yang diamati dalam penelitian ini meliputi parameter waktu scorch (ts
2 ), waktu vulkanisasi optimum (tc 90 ) dan modulus torsi (t).
HASIL DAN PEMBAHASAN Waktu Scorch (ts ) (menit)
2 Waktu scorch dilakukan untuk mengetahui waktu yang ditempuh kompon dari
awal pemanasan hingga awal vulkanisasi, atau disebut juga waktu induksi (Wicaksono et al., 2004). Hasil pengujian waktu scorch kompon karet tertinggi diperoleh pada perlakuan A F (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 100 mesh
1
3
dan antioksidan fenol 1,5 phr ), yaitu 4,07 menit dan hasil pengujian waktu scorch kompon karet terendah diperoleh pada perlakuan A
3 F 3 (campuran ukuran abu sekam
padi ukuran 300 mesh dan antioksidan fenol 1,5 phr), yaitu 1,34 menit. Hasil pengujian waktu scorch kompon karet dapat dilihat pada Gambar 1. 4.5 4.07 3.92 t 3.5 3 4
3.65 3.59 2.87
2.76
2.35 c or ch, meni tu S 1.5 2.5 2 1.41 1.34 1.5 2.172.2 Wak 0.5
1 A1F1 A1F2 A1F3 A2F1 A2F2 A2F3 A3F1 A3F2 A3F3 A4F1 A4F2 A4F3 Kombinasi Perlakuan
Gambar 1. Pengaruh perlakuan bahan pengisi abu sekam padi dan antioksidan fenol dari sekam padi terhadap waktu scorch kompon karet.
Gambar 1 menunjukkan bahwa nilai waktu scorch tertinggi diperoleh pada perlakuan A
1 F 3 (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 100 mesh dan
antioksidan fenol 1,5 phr) sebesar 4,07 menit. Waktu scorch yang semakin besar menunjukkan kompon karet akan semakin matang. Waktu scorch merupakan indikasi waktu yang diperlukan untuk proses awal pembentukan ikatan silang molekul karet (Egwaikhide, 2013). Selain itu, adanya aktivitas karet terhadap bahan pemvulkanisasi sulfur dipengaruhi oleh ikatan rangkap C dalam karet alam. Karet alam mempunyai ikatan rangkap C dalam tiap unit monomernya, dengan adanya pemanasan selama proses vulkanisasi dapat memutuskan rantai karbon karet, sampai terbentuk monomer-monomer atau depolimerisasi (Schnabel, 1999). Vulkanisasi merupakan proses irreversible (tidak dapat balik) yang menggabungkan rantai-rantai molekul karet secara kimiawi dengan molekul belerang membentuk ikatan tiga dimensi, sehingga karet mentah yang semula plastis setelah vulkanisasi berubah menjadi elastis, kuat dan liat.
Waktu Vulkanisasi Optimum (tc90), menit
Waktu matang optimum (tc90) merupakan waktu yang diperlukan sejak awal pemanasan untuk mematangkan kompon sampai kematangan optimum (Wicaksono
et al., 2004). Hasil pengujian waktu vulkanisasi optimum kompon karet terendah
diperoleh pada perlakuan A F (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 300 mesh
3
3
dan antioksidan fenol 1,5 phr ), yaitu 1,01 menit dan hasil pengujian waktu vulkanisasi optimum (tc90) kompon karet tertinggi diperoleh pada perlakuan A
1 F
1
(campuran ukuran abu sekam padi ukuran 100 mesh dan antioksidan fenol 0,5 phr), yaitu 5,43 menit. Hasil pengujian waktu vulkanisasi optimum kompon karet dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Pengaruh Perlakuan bahan pengisi abu sekam padi dan antioksidan fenol dari sekam padi terhadap waktu vulkanisasi optimum kompon karet.
Gambar 2 menunjukkan bahwa nilai waktu vulkanisasi optimum (tc90) terbaik diperoleh pada perlakuan A F (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 300 mesh
3
3
dan antioksidan fenol 1,5 phr) sebesar 1,01 menit. Perlakuan panas cenderung memecah unit-unit besar dan melunakkan molekul karet. Semakin tinggi suhu vulkanisasi maka proses pemasakan kompon akan semakin cepat, dan mencapai optimum pada suhu tertentu. Suhu vulkanisasi pada penelitian ini 140
C, selain itu pemasakan kompon karet juga dipengaruhi perbedaan viskositas campuran bahan- bahan kimia yang ditambahkan. Perbedaan viskositas yang makin besar dapat memperlambat pembentukan campuran yang homogen, akibatnya bahan-bahan kimia yang digunakan tidak terdistribusi merata dalam campuran (Haghigat, 2007).
Modulus Torsi (t) (kg.cm)
Berlangsungnya proses vulkanisasi ditandai dengan meningkatnya modulus torsi. Besarnya nilai modulus torsi dapat digunakan sebagai indikator banyaknya ikatan silang yang terbentuk sebagai hasil vulkanisasi (Manna et al., 1997). Ikatan silang yang terbentuk sebanding dengan angka modulus torsi dan diperoleh dari rheograf yang diamati dengan menggunakan rheometer. Ikatan silang yang terbentuk menyebabkan peningkatan pada elastisitas karet (Almosawi, 2013).
Hasil pengujian modulus torsi kompon karet tertinggi diperoleh pada perlakuan A F (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 300 mesh dan
3
3
antioksidan fenol 1,5 phr ), yaitu 10,37 kg.cm dan hasil pengujian modulus torsi kompon karet terendah diperoleh pada perlakuan A F (campuran ukuran abu sekam
1
1 padi ukuran 100 mesh dan antioksidan fenol 0,5 phr), yaitu 5,91 kg.cm.
Hasil pengujian Modulus Torsi kompon karet dapat dilihat pada Gambar 3. Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai modulus torsi terbaik diperoleh pada perlakuan A F (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 300 mesh dan
3
3
antioksidan fenol 1,5 phr) sebesar 10,37 kg.cm. Modulus torsi yang tinggi akan meningkatkan rapat ikatan silang karet dan menggambarkan kekuatan vulkanisat yang baik (Honggokusumo, 2002). Rapat ikatan silang yang efektif selama proses vulkanisasi sangat menentukan karakteristik fisik dan mekanik produk karet (Kahar, 2003). Perlakuan suhu 140 C akan meningkatkan viskositas kompon akibatnya modulus torsi yang dihasilkan tinggi. Selain itu, abu sekam padi dapat berperan sebagai bahan penguat dalam kompon karet sehingga meningkatkan viskositas. Perlakuan suhu yang tinggi akan melunakkan karet sehingga viskositasnya lebih rendah. Hal tersebut menyebabkan modulus torsi kompon karet lebih kecil (Jovanovic et al, 2010).
Gambar 3. Pengaruh perlakuan bahan pengisi abu sekam padi dan antioksidan fenol dari sekam padi terhadap modulus torsi kompon karet.
KESIMPULAN
Ukuran partikel abu dan konsentrasi fenol sekam padi berpengaruh terhadap karakteristik vulkanisasi kompon karet. Perlakuan terbaik kompon karet adalah kombinasi perlakuan A F (campuran ukuran abu sekam padi ukuran 300 mesh dan
3
3
antioksidan fenol 1,5 phr), dengan karakteristik vulkanisasi waktu scorch sebesar 1,34 menit, waktu vulkanisasi optimum sebesar 1,01 menit dan modulus torsi 10,37 kg.cm.
DAFTAR PUSTAKA
Al-Mosawi, Maamori, Mohammad and Ali, I. 2013. Effect of Shells Powder on Scorch and Cure Time of Elastomer Material. American Journal of Materials Engineering and Technology. 1 (2) : 19-21
Chuayjuljit, S, Eiumnoh, S, and Potiyaraj, P. 2001. Using Silica From Rice Husk As A Reinforcing Filler in Natural Rubber. Journal of Science. Chula University, 26(2) : 127-138.
Egwaikhide, A.P, Okieimen, F. E, Lawal, U. Rheological and Mechanical Properties of Natural Rubber Compounds Filled with Carbonized Palm Kernel Husk Andcarb on Black (N330). 2013. Science Journal of Chemistry, 1(5): 50-55.
Haghighat, M., A., Khorasani, S.NM., Zadhoush. 2007. Filler –Rubber Interactions in A Cellulose-Filled Styrene Butadiene Rubber Composites. Journal of Applied Polymer Science, 10 :748 – 754. Hasan, A, Rochmadi, Sulistyo, H, and Honggokusumo, S. 2012. The Effect Of Rubber
Mixing Process on The Curing Characteristics of Natural Rubber. Makara, Teknologi. 16 (2) : 109-115. Honggokusumo, S., Bahar, N. 2002. Penggunaan Lignin Termodifikasi sebagai Bahan Pelunak Kompon Karet. Prosiding Simposium Nasional Polimer II. Jovanović, O, Budinski-Simendić, J.B, Milić, J, Aroguz, A, Ristić, I, Slobodan, P dan Korugic-
Karasz, L. 2010. The Effect of Filler Particles on the Properties of Elastomeric Materials Based on Different Network Precursors. Contemp Sci Polym Mater, 1061(12); 167-193.
Kahar, N. 2003. Rapat Ikatan Silang pada Karet Alam yang Divulkanisir. Teknologi Indonesia Jilid VIII. No. 2. Manna, A.K., P.P.De, D.K. Tripathy. 1997. Chemical Interaction between Surface
Oxidizided Carbon Black and Epoxidized Natural Rubber. Rubber Chemical Technology. 70(4): 624-633. Meon, W., Blume, A and Luginsland, H.D. 2004. Rubber Compounding, Chemistry and
Applications : Silica and Silanes. Marcel Dekker, Inc. New York P : 293:372 Omofuma FE, Adeniye, SA and Adeleke, AE. 2011. The Effect of Particle Sizes on the Performance of Filler: A Case Study of Rice Husk and Wood Flour. World Appl. Sci.
J., 14 (9): 1347-1352. Schnabel, W. 1999. Polymer Degradation: Principles and Practical Applications. Hanser
International. Macmillan Publishing Co., Inc. New York Wicaksono, R. Sutardi dan Herminiwati. 2004. Pembuatan Karet Riklim dari Ban Bekas dengan Microwave Ditinjau dari Karakteristik Vulkanisasi Kompon. Majalah Kulit,
Karet dan Plastik. 20(1) : 23-29.