BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Studi Temperatur Optimal Terhadap Kekuatan Tarik dan Makrostruktur pada Komposisi Campuran Polypropiline (PP) dan High-Densitiy Polyethylene (HDPE) dengan Mesin Ekstruder

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengenalan Bahan Baku

Pada pengujian ini, penulis menggunakan bahan baku biji plastik yang merupakan salah satu jenis polimer. Plastik adalah bahan yang mempunyai derajat kekristalan lebih rendah daripada serat, dan dapat dilunakkan atau dicetak pada suhu tinggi (suhu peralihan kacanya diatas suhu ruang). Plastik merupakan polimer bercabang atau linier yang dapat dilelehkan diatas panas penggunaannya. Polimer tersusun atas perulangan monomer menggunakan ikatan kimia tertentu. Ukuran polimer, dinyatakan dalam massa (massa rata-rata ukuran molekul dan jumlah rata- rata ukuran molekul) dan tingkat polimerisasi, sangat mempengaruhi sifatnya, seperti suhu cair dan viskositasnya terhadap ukuran molekul (misal seri hidrokarbon).

Polimer merupakan molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer.

polypropilene (PP) dan polyethylene (PE) adalah salah satu jenis polimer

termoplastik apabila dilihat dari sifat-sifat fisiknya. Disebut termoplastik adalah karena jenis polimer ini akan mengeras jika didinginkan dan akan melunak bahkan mencair jika dipanaskan dan proses ini bisa dilakukan berulang kali sehingga polimer termoplastik dapat didaur ulang. Jenis polimer termoplastik lainnya adalah

poliysterene (PS), acrylonitryl butadine styrene (ABS), polymethil metacrylate

(PMMA atau acrylik), dan lain sebagainya. Lalu ada jenis polimer lain yang sifatnya

berkebalikan dengan sifat polimer termoplastik, yaitu polimer termoset. Polimer jenis ini memiliki sifat tidak dapat didaur ulang karena jika dipanaskan akan mengeras bahkan akan menjadi hangus atau menjadi arang.

Polimer termoplastik memiliki sifat – sifat khusus sebagai berikut.

 Berat molekul kecil

 Tidak tahan terhadap panas.

 Jika dipanaskan akan melunak.

 Jika didinginkan akan mengeras.

 Mudah untuk diregangkan.

 Fleksibel.

 Titik leleh rendah.

 Dapat dibentuk ulang (daur ulang).

 Mudah larut dalam pelarut yang sesuai.

 Memiliki struktur molekul linear/bercabang. Contoh plastik termoplastik sebagai berikut.

Polietilena (PE) = Botol plastik, mainan, bahan cetakan, ember, drum, pipa saluran, isolasi kawat dan kabel, kantong plastik dan jas hujan.
Polivinilklorida (PVC) = pipa air, pipa plastik, pipa kabel listrik, kulit sintetis,

ubin plastik, piringan hitam, bungkus makanan, sol sepatu, sarung tangan dan botol detergen.

Polipropena (PP)

= karung, tali, botol minuman, serat, bak air, insulator, kursi plastik, alat-alat rumah sakit, komponen mesin cuci, pembungkus tekstil, dan permadani.

Polistirena = Insulator, sol sepatu, penggaris, gantungan baju.

Sedangkan polimer termoseting memiliki sifat sebagai berikut.  Keras dan kaku (tidak fleksibel)

 Jika dipanaskan pertama kali akan melunak namun jika dipanaskan kembali tidak

dapat melunak lagi.

 Tidak dapat dibentuk ulang (sukar didaur ulang).  Tidak dapat larut dalam pelarut apapun.  Tahan terhadap asam basa.  Mempunyai ikatan silang antarrantai molekul. Contoh plastik termoseting :

Bakelit (untuk pembuatan peralatan listrik) = asbak, fitting lampu listrik, steker

listrik,peralatan fotografi, radio,perekat plywood. Struktur penting pada polimer adalah:

1. Crystallinity (kristalinitas)

Struktur polimer yang tidak tersusun secara teratur umumnya memiliki warna transparan. Karakteristik ini membuat polimer dapat digunakan untuk berbagai aplikasi seperti pembungkus makanan, kontak lensa dan sebagainya. Semakin tinggi derajat kristalisasinya, semakin sedikit cahaya yang dapat melewati polimer tersebut.

2. Thermosetting dan Thermoplastic (Daya tahan terhadap panas) Berdasarkan ketahanannya terhadap panas, polimer dibedakan menjadi polimer

thermoplastic dan thermosetting. Polimer thermoplastic dapat melunak bila

dipanaskan, sehingga jenis polimer ini dapat dibentuk ulang. Sedangkan polimer

thermosetting setelah dipanaskan tidak dapat dibentuk ulang. Ketahanan polimer

terhadap panas ini membuatnya dapat digunakan pada berbagai aplikasi antara lain untuk insulasi listrik, insulasi panas, penyimpanan bahan kimia dan sebagainya.

3. Branching (percabangan) Semakin banyak cabang pada rantai polimer maka densitasnya akan semakin kecil. Hal ini akan membuat titik leleh polimer berkurang dan elastisitasnya bertambah karena gaya ikatan intermolekularnya semakin lemah.

4. Tacticity (taktisitas) Taktisitas menggambarkan susunan isomerik gugus fungsional dari rantai karbon.Ada tiga jenis taktisitas yaitu isotaktik dimana gugus-gugus subtituennya terletak pada satu sisi yang sama, sindiotaktik dimana gugus-gugus subtituennya lebih teratur, dan ataktik dimana gugus-gugus subtituennya terletak pada sisi yang acak.

Pada dasarnya plastik secara umum digolongkan ke dalam 3 (tiga) macamdilihat dari temperaturnya, yakni :

1. Bahan Termoplastik (Thermoplastic) yaitu akan melunak bila dipanaskan dan setelah didinginkan akan dapat mengeras.

Contoh bahan thermoplastik adalah : Polistiren, Polietilen, Polipropilen, Nilon, Plastik fleksiglass dan Teflon.

2. Bahan Termoseting (Thermosetting) yaitu plastik dalam bentuk cair dandapat dicetak sesuai yang diinginkan serta akan mengeras jika dipanaskan dan tetap tidak dapat dibuat menjadi plastik lagi. Contoh bahan thermosetting adalah : Bakelit, Silikon dan Epoksi.

3. Bahan Elastis (Elastomer) yaitu bahan yang sangat elastis. Contoh bahanelastis adalah : karet sintetis.

Beberapa keuntungan plastik adalah :

1. Massa jenis rendah (0,9-2,2 [g/cm3])

2. Tahan terhadap arus listrik dan panas, memiliki sedikit elektron bebas untuk mengalirkan panas dan arus listrik.

3. Tahan terhadap korosi kimia karena tidak terionisasi untuk membentuk elektron kimia. Pada umumnya tahan terhadap larutan kimia, dan logam juga sangat sukar untuk larut.

4. Mempunyai permukaan dan penampakan yang sangat baik dan mudah diwarnai. Kerugian plastik adalah : 1. Modulus elastisnya relatif rendah.

2. Mudah mulur (Creep) pada suhu kamar.

3. Maksimum temperatur nominalnya rendah.

4. Mudah patah pada sudut bagian yang tajam.

5. Beberapa jenis plastik mengandung zat kimia berbahaya pada penyusunnya (khususnya plastik dengan kode 1,3,6,7(khususnya polycarbonate)). Penomoran jenis dan kode akan dibahas selanjutnya.

2.2 Penomoran Jenis dan Kode Polimer pada Kemasan

Kemasan makanan, minuman dan hampir semua peralatan rumah tangga dan peralatan dapur kebanyakan berbahan polimer, polimer dalam kehidupan sehari-hari lebih dikenal dengan sebutan plastik. Plastik memiliki beberapa jenis tergantung kepada ujung dari rantai monomer dan kode dalam panah segitiga yang digunakan. Secara umum ada 7 jenis plastik yang sering kita gunakan dalam kehidupan sehari- hari yaitu polyethilen terephtalat (PET), High Density Polyehylene (HDPE), polyvinyl

chloride (PVC), Low Density Polyethylene (LDPE), polypropilene (PP),

polystirene (PS) dan other (7). Kode-kode yang menandakan bahan pembuatan

kemasan plastik tersebut dikeluarkan oleh The Society of Plastic Industry pada Tahun

1998 di Amerika Serikat dan kemudian diadopsi oleh lembaga-lembaga pengembangan sistem kode, seperti International Organization for

Standarization (ISO). Tujuan pemberian kode ini adalah untuk memudahkan

konsumen mengenali keamanan dan bahaya kemasan plastik. Kode ini biasanya di cetak di bawah kemasan plastik berupa angka (dan huruf) dalam lingkaran segitiga (logo daur ulang), yang biasanya tercantum di bagian bawah kemasan.

Gambar 2.1 Kode Jenis Plastik

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

Khusus plastik dengan kode 1, 3, 6, dan 7 (polycarbonate), seluruhnya memiliki sifat bahaya secara kimiawi. Ini tidak berarti bahwa plastik dengan kode yang lain secara utuh aman, plastik dengan kode 2, 4, 5, dan 7 (kecuali polycarbonate) lebih aman untuk digunakan.

Simbol Dan Kode Jenis Plastik 1.

Segitiga recycle dgn Nomor 1 PET /PETE — Polyethylene Terephthalate

Biasanya, pada bagian bawah kemasan botol plastik, tertera logo daur ulang dengan angka 1 di tengahnya dan tulisan PETE atau PET (polyethylene terephthalate). Biasa dipakai untuk botol plastik yang jernih/transparan/tembus pandang seperti botol air mineral, botol jus, dan hampir semua botol minuman lainnya. Botol Jenis PET/PETE ini direkomendasikan hanya sekali pakai,kenapa?Bila terlalu sering dipakai, apalagi digunakan untuk menyimpan air hangat apalagi panas, akan mengakibatkan lapisan polimer pada botol tersebut akan meleleh dan mengeluarkan zat karsinogenik (dapat menyebabkan kanker). Di dalam membuat PET, menggunakan bahan yang disebut dengan antimoni trioksida. Sifat : Jernih, kuat,

tahan pelarut, kedap gas danair, melunak pada suhu 80 C Penggunaan : Botol minuman, minyak goreng, selai peanut butter, kecap dansambal, tray biskuit.

Gambar 2.2 contoh produk berbahan Polyethylene Terephthalate (PET/PETE) dan strukturnya

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

Segitiga recycle dgn Nomor 2 HDPE – High Density Polyethylene Umumnya, pada bagian bawah kemasan botol plastik, tertera logo daur ulang dengan angka 2 di tengahnya, serta tulisan HDPE (high density polyethylene) di bawah segitiga. Biasa dipakai untuk botol susu yang berwarna putih susu, tupperware, galon air minum, kursi lipat, dan lain-lain. HDPE merupakan salah satu bahan plastik yang aman untuk digunakan karena kemampuan untuk mencegah reaksi kimia antara kemasan plastik berbahan HDPE dengan makanan/minuman yang dikemasnya. HDPE memiliki sifat bahan yang lebih kuat, keras, buram dan lebih tahan terhadap suhu tinggi. Sama seperti PET, HDPE juga direkomendasikan hanya untuk sekali pemakaian, karena pelepasan senyawa antimoni trioksida terus meningkat seiring waktu. Sifat : Keras hingga semi fleksibel, tahan terhadap bahan kimia dan kelembaban, permeabel terhadap gas, permukaan berlilin (waxy), buram (opaque),

mudah diwarnai, diproses dan dibentuk, melunak pada suhu 75 C

Penggunaan : Botol susu cair dan juice, tutup plastik, kantong belanja dan wadah es krim.

Gambar 2.3 contoh produk berbahan High Density Polyethylene dan strukturnya

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

Segitiga recycle dgn Nomor 3 V — Polyvinyl Chloride Tertera logo daur ulang (terkadang berwarna merah) dengan angka 3 di tengahnya, serta tulisan V. Huruf V itu berarti PVC (polyvinyl chloride), yaitu jenis plastik yang paling sulit didaur ulang. Plastik ini bisa ditemukan pada plastik pembungkus (cling wrap), dan botol-botol. PVC mengandung DEHA yang dapat bereaksi dengan makanan yang dikemas dengan plastik berbahan PVC ini saat bersentuhan langsung dengan makanan tersebut karena DEHA ini lumer pada suhu

80 C. Reaksi yang terjadi antara PVC dengan makanan yang dikemas dengan plastik ini berpotensi berbahaya untuk ginjal, hati dan berat badan. Sifat : Kuat, keras, bisa

jernih, bentuk dapat diubahdgn pelarut, melunak pada suhu 80 C Penggunaan : Botol jus, air mineral, minyak sayur, kecap,sambal, pembungkus makanan (food wrap)

Gambar 2.4 contoh produk berbahan V - Polyvinyl Chloride dan strukturnya

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

Segitiga recycle dgn Nomor 4 LDPE — Low Density Polyethylene

Tertera logo daur ulang dengan angka 4 di tengahnya, serta tulisan LDPE (low

density polyethylene ) yaitu plastik tipe cokelat (thermoplastic/dibuat dari minyak

bumi), biasa dipakai untuk tempat makanan, plastik kemasan, dan botol-botol yang lembek. Sifat mekanis jenis plastik LDPE adalah kuat, agak tembus cahaya, fleksibel

dan permukaan agak berlemak. Pada suhu di bawah 60 C sangat resisten terhadap senyawa kimia, daya proteksi terhadap uap air tergolong baik, akan tetapi kurang baik bagi gas-gas yang lain seperti oksigen. Plastik ini dapat didaur ulang, baik untuk barang-barang yang memerlukan fleksibilitas tetapi kuat, dan memiliki resistensi yang baik terhadap reaksi kimia. Barang berbahan LDPE ini sulit dihancurkan, tetapi tetap baik untuk tempat makanan karena sulit bereaksi secara kimiawi dengan makanan yang dikemas dengan bahan ini. Sifat : Mudah diproses, kuat, fleksibel, kedap air,

permukaan berlilin, tidak jernih tapi tembus cahaya, melunak pada suhu 70 C Penggunaan : Pot yoghurt, kantong belanja (kresek),kantong roti dan makanan segar, botol yang dapat ditekan

Gambar 2.5 contoh produk berbahan Low Density Polyethylene dan strukturnya

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

Segitiga recycle dgn Nomor 5 PP — Polypropylene Tertera logo daur ulang dengan angka 5 di tengahnya, serta tulisan PP

(polypropylene) adalah pilihan terbaik untuk bahan plastik, terutama untuk yang berhubungan dengan makanan dan minuman seperti tempat menyimpan makanan, botol minum dan terpenting botol minum untuk bayi. Karakteristik adalah biasa botol transparan yang tidak jernih atau berawan. Polipropilen lebih kuat dan ringan dengan daya tembus uap yang rendah, ketahanan yang baik terhadap lemak, stabil terhadap suhu tinggi dan cukup mengkilap. Sifat : Keras tapi fleksibel, kuat, permukaan berlilin, tidak jernih tapi tembus cahaya,

tahan terhadap bahan kimia, panas dan minyak, melunak pada suhu 140 C Penggunaan : Pembungkus biskuit, kantong chipskentang, krat serealia, pita perekat kemasan dan sedotan.

Gambar 2.6 contoh produk berbahan Polypropylene dan strukturnya

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

Segitiga recycle dgn Nomor 6 PS — Polystyrene Tertera logo daur ulang dengan angka 6 di tengahnya, serta tulisan PS

(polystyrene) ditemukan tahun 1839, oleh Eduard Simon, seorang apoteker dari Jerman, secara tidak sengaja. PS biasa dipakai sebagai bahan tempat makan styrofoam, tempat minum sekali pakai, dan lain-lain. Polystyrene merupakan polimer aromatik yang dapat mengeluarkan bahan styrene ke dalam makanan ketika makanan tersebut bersentuhan. Selain tempat makanan, styrene juga bisa didapatkan dari asap rokok, asap kendaraan dan bahan konstruksi gedung. Bahan ini harus dihindari, karena selain berbahaya untuk kesehatan otak, mengganggu hormon estrogen pada wanita yang berakibat pada masalah reproduksi, dan pertumbuhan dan sistem syaraf, juga karena bahan ini sulit didaur ulang. Pun bila didaur ulang, bahan ini memerlukan proses yang sangat panjang dan lama. Bahan ini dapat dikenali dengan kode angka 6, namun bila tidak tertera kode angka tersebut pada kemasan plastik, bahan ini dapat dikenali dengan cara dibakar (cara terakhir dan sebaiknya dihindari). Ketika dibakar, bahan ini akan mengeluarkan api berwarna kuning- jingga, dan meninggalkan jelaga.

Polistiren (PS) Sifat : Jernih seperti kaca, kaku, getas, buram, terpengaruh lemak dan

pelarut, mudah dibentuk, melunak pada suhu 95

C. Penggunaan : Wadah makanan beku, sendok, garpu Polistiren busa (EPS

–‗stryofoam‘).

Sifat : Bentuk busa, ringan, getas, kaku, biasanya berwarna putih Penggunaan : Wadah makanan siap saji, cup kopi.

Gambar 2.7 contoh produk berbahan Polystyrene

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

Segitiga recycle dgn Nomor 7 - OTHER Untuk jenis plastik ―other‖ ini ada 4 macam, yaitu:

1. SAN

– styrene acrylonitrile,

2. ABS

– acrylonitrile butadiene styrene,

3. PC

– polycarbonate,

4. Nylon Jenis-jenis tersebut dapat ditemukan pada tempat makanan dan minuman seperti botol minum olahraga, suku cadang mobil, alat rumah tangga, komputer, alat elektronik dan plastik kemasan. SAN dan ABS memiliki resistensi yang tinggi terhadap reaksi kimia, suhu, kekuatan, kekakuan dan tingkat kekerasan yg telah ditingkatkan. Biasanya SAN terdapat pada mangkuk mixer, pembungkus termos, piring, alat makan, penyaring kopi dan sikat gigi. Sedangkan ABS biasanya digunakan sebagai bahan mainan lego dan pipa. Bahan-bahan ini merupakan salah satu bahan plastik yang sangat baik untuk digunakan dalam kemasan makanan atau pun minuman. PC (polycarbonate) dpt ditemukan pada botol susu bayi, gelas anak batita (sippy cup), botol minum polikarbonat dan kaleng kemasan makanan serta minuman, termasuk kaleng susu formula. Bahan ini dapat mengeluarkan bahan utamanya yaitu Bisphenol-A ke dalam makanan dan minuman yang berpotensi merusak sistem hormon, kromosom pada ovarium, penurunan produksi sperma, dan mengubah fungsi imunitas. Contoh lain jenis plastik yang termasuk kode 7 misalnya polikarbonat. Sifat : Keras, jernih, tahan panas Penggunaan : Galon air mineral, botol susu bayi

Selain plastik yang disebutkan diatas, Melamin-formaldehid (MF), termasuk jenis plastik berkode 7. Plastik ini tidak dapat didaur ulang (termoset). Melamin terbuat dari resin dan formalin. Formalin pada melamin inilah yang dapat membahayakan tubuh manusia. Melamin yang asli sebenarnya dapat tahan terhadap suhu tinggi namun akhir-akhir ini beredar melamin produk Cina yang kualitasnya berbeda dengan melamin asli. Sifat : Keras, kuat, mudah diwarnai, bebas rasa dan bau, tahan terhadap pelarut dan noda, kurang tahan terhadap asam dan alkali Penggunaan : Peralatan makan: gelas, mangkok, sendok, dan piring.

Gambar 2.8. contoh produk berkode recycle nomor 7

(sumber :https://www.academia.edu/5124344/JENIS_DAN_KODE_POLIMER_UNTUK_KEMASAN)

2.3 Pemanfaatan Polimer

Penggunaan polimer dalam kehidupan sehari

– hari yang telah dikenal dan digunakan secara umum yaitu:

1. Polyurethanes

Polyurethanes banyak digunakan untuk produk-produk yang terbuat dari foam, serat,

dan yang digunakan untuk elastomer dan pelapis (coating). Aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari misalnya untuk pembuatan wadah dari foam, untuk industri garmen, untuk aplikasi bahan bangunan dan sebagainya.

2. Polyester Poliester dibentuk dari monomer-monomer ester.Salah satu contoh polimer ini adalah dakron.Dakron digunakan sebagai serat tekstil. Selain dakron dikenal pula Mylar, yang digunakan sebagai pita perekam magnetik

3. Polypropylene (PP) Biasanya digunakan untuk membuat karung, tali, botol dan sebagainya.

4. Polyethylene (PE) Biasanya digunakan untuk pembungkus makanan, kantung plastik, ember dan sebagainya.

5. Akrilat (flexiglass) Beberapa polimer dibuat dari asam akrilat sebagai monomernya.Polimetilmetakrilat atau flexiglass merupakan plastik bening, keras tetapi ringan.Polimer jenis ini banyak digunakan untuk kaca jendela pesawat terbang dan mobil.

6. Bakelit Bakelit banyak digunakan untuk alat-alat listrik.

7. PVC PVC (polivinilklorida) biasanya digunakan untuk membuat pipa, selang, pelapis lantai dan sebagainya

8. Teflon Teflon atau politetrafluoroetilena memiliki sifat yang tahan terhadap bahan kimia dan panas, sehingga seringkali digunakan untuk pelapis tangki atau panci anti lengket

9. Karet alam dan karet sintetis Karet diperoleh dari getah pohon karet (lateks).Karet alam merupakan polimer isoprena.Karet sintetis terdiri dari beberapa macam, misalnya polibutadiena, polikloroprena dan polistirena.Karet sintetis yang telah banyak dikenal yaitu SBR. SBR terdiri dari monomer stirena dan 1,3- butadiena, banyak digunakan untuk pembuatan ban mobil.

Faktor utama yang perlu diperhatikan dalam memilih bahan plastik meliputi :

1. Aplikasi Sebelum memilih bahan plastik, perlu dipertimbangkan apakah bahan tersebut memenuhi kebutuhan aplikasi. Empat hal dapatdipertimbangkan sebagai parameter/kondisi untuk penggunaan, yaitu:

Lingkungan penggunaan

Perlu meneliti pengaruh lingkungan terhadap produk yang dibuatdari bahan plastik yang digunakan. Pengaruh lingkungan tersebutmeliputi suhu, kelembaban dan daerah kerja, kemungkinan kontakdengan gas, unsur kimia, atau larutan kimia, maupun keterbukaanalam (matahari, hujan atau radiasi)

Jenis gaya eksternal yang dikenakan padanya

Perlu dianalisa jenis gaya eksternal seperti gaya tarik, lentur,kompresi, geser atau friksi yang dikenakan di bawah lingkungan tersebut di atas dan bagaimana kombinasi dari gaya-gaya di atas. Perlu diteliti apakah gaya-gaya ini dikenakan sebagai beban tumbukan, tegangan berulang atau gaya dinamis. Setelah mempertimbangkan faktor-faktor ini baru memilih bahan-bahanplastik yang memiliki ketahanan terhadap gaya eksternal.

Situasi khusus

Setiap negeri mempunyai standar kualitas tidak sama, sehinggabahan yang dipilih harus memenuhi persyaratan standar di negara masing-masing, misalnya bahan plastik yang digunakan dalambidang kelistrikan untuk di ekspor ke Amerika Serikat harus memenuhi persyaratan ―Standar UL‖ untuk keamanan termal danlistrik.

Pengguna dan tujuan pemakaian

Faktor tersebut pantas memperoleh perhatian siapa penggunaproduk tersebut misalnya anak-anak, atau orang dewasa barudipertimbangkan pemilihan bahan yang sesuai atau tidakmembahayakan. Selanjutnya mempertimbangkan di mana produk tersebut akan digunakan, apakah untuk tujuan produksi atau untukkonsumen umum, baru kemudian memilih jenis bahan plastik yang di kehendaki.

2. Sifat-sifat Bahan Plastik Dengan mempertimbangkan faktor yang memenuhi aplikasi pemilihanbahan plastik, barulah memilih bahan plastik yang memiliki sifat-sifatbahan tersebut seperti berat spesifik, warna, transparansi, sifat,mekanik, elektronik, termal, kimiawi, durabilitas dan prosesabilitas.

3. Pertimbangan Ekonomis Harga merupakan salah satu faktor penentu dalam pemilihan jenisbahan plastik baik dengan membandingkan harga produk sainganmaupun dengan bahan plastik lain setelah mempertimbangkan biayaproses fabrikasi.

4. Keamanan dan Kesehatan Merupakan salah satu faktor penting mempertimbangkan kesehatandan keamanan orang yang bekerja pada proses fabrikasi dan atau pengguna produk akhir.

5. Limbah Hal ini penting di carikan jalan keluar penanganannya, disertai kegiatan promosi daur ulang dalam proses proses produksi.

2.4 Bahan baku

a. Polyethylene (PE)

Polyethylene merupakan polimer termoplastik yang mudah diolah maka dari itu sering di cetak dengan penekanan, injeksi, ekstruksi, peniupan dan hampa udara.

Polyethylene massa jenis rendah (Low-Density Polyethylene) terutama digunakan

dalam bentuk tipis atau lembaran, misalnya : tas, botol-botol yang dapat dijepit tabung tinta padapena, tali senar/dawai, isolator kabel, wadah alat dapur, botol minyak tanah, dankantong tempat sampah. Sedangkan polyethylene massa jenis tinggi (High-Density

Polyethylene ) digunakan untuk perpipaan, mainan, filament tenunan dan peralatan

rumah tangga.

Pada polyethylene massa jenis rendah (LDPE), molekul-molekulnya tidak mengkristal secara baik tetapi memiliki banyak cabang. Polyethylene mengandung unsur kimia karbon dan hidrogen dan juga dibuat melalui polimerisasi etena. Disisi lain polyethylene tekanan rendah kurang bercabang dan merupakan rantai lurus karena itu massa jenisnya lebih besar sebab mengkristal secara baik sehingga memiliki kristalinitas tinggi. Karena kristal yang berbentuk baik itu mempunyai gaya antar molekul yang kuat, maka bahan ini memiliki kekuatan mekanis yang tinggi dan titik lunak yang tinggi pula. Polyethylene ini dibuat dengan jalan polimerisasi gas etilen yang dapat diperoleh dengan memberi hydrogen gas petroleum pada pemecahan minyak(nafia), gas alam atau asetelin. Melihat kristalinitas dan massa molekul, titik leleh, dan transisi gelas sulit melihat sifat fisik polietilena. Temperatur titik tersebut sangat bervariasi bergantung pada tipe polietilena. Pada tingkat komersil, polietilena berdensitas tinggi, titik lelehnya 135

C. Titik leleh polietilen HDPE mempunyai tingkat resistansi kimia yang sangat baik dan tidak larut pada temperatur ruang karena sifat kristalinitas mereka. Polietilena umumnya bisa dilarutkan pada temperatur yang tinggi dalam hidrokarbon aromatik seperti toluena atau xilena, atau larutan terklorinasi seperti trikloroetana atau triklorobenzena.

Produknya mempunyai fleksibilitas pada suhu ruang maupun rendah, kedap air,tidak ber-reaksi dengan zat kimia, dapat disambung dengan cara dipanaskan dan dapat diberi warna. Produknya mencakup: cetakan es, baki, pencuci film, kain,kemasan, botol susu bayi, selang air, kabel koaksial dan bahan isolasi atau peredam getaran untuk frekuensi tinggi. Semua produk-produk tersebut, dibuat dengan cara: cetak-injeksi, cetak-tiup atau ekstrusi.

Tabel 2.1 Sifat fisik, mekanis dan termal dari Polyethylene

TYPICAL PROPERTIES of POLYETHYLENE ASTM or UL test

Property LDPE HDPE UHMW

PHYSICAL

D792 Density (lb/in³)

(g/cm³) 0.033

0.92 0.035

0.96 0.034

0.93 D570 Water Absorption, 24 hrs (%) <0.01 <0.01 <0.01

MECHANICAL

D638 Tensile Strength (psi) 1,400 4,800 5,800 D638 Tensile Modulus (psi) 57,000 200,000 80,000 D638 Tensile Elongation at Break (%) 100 400 300 D790 Flexural Strength at Yield (psi) 1,500 4,600 3,500 D790 Flexural Modulus (psi) 29,000 174,000 88,000 D695 Compressive Strength (psi) 1,400 4,600 3,000 D695 Compressive Modulus (psi) 54,000 100,000 80,000 D732 Shear Strength (psi) - - 3,000

D62- D785 Hardness, Shore D D45 D69

D66 No No

D256

IZOD Notched Impact (ft-lb/in)

1.3 Break Break

THERMAL

Coefficient of Linear Thermal D696 _-5 - Expansion

11 (x 10 in./in./°F)

Heat Deflection Temp (°F / °C) D648 at 66 psi 120 / 48 170 / 76 203 / 95 at 264 psi 116 / 46 176 / 80 180 / 82

244 / 275 / 288 / D3418 Approx. Melting Temperature (°F / °C) 118 135 142

Max Operating Temp (°F °C) 320/160 356/180 356/180

Thermal Conductivity _-4 - - C177 (BTU-in/ft²-hr-°F)

2.84 (x 10 cal/cm-sec-°C) - -

10.0 UL94 Flammability Rating HB HB< HB

ELECTRICAL

Dielectric Strength (V/mil) short time, D149

460-700 450-500 2300 1/8" thick

2.25- 2.30- 2.30- D150 Dielectric Constant at 1 MHz

2.30

2.35

2.35 D150 Dissipation Factor at 1 kHz 0.0002 0.0002 0.0005 Surface Resistivity (ohm/square) at ₁₅ ₁₅ ₁₅ D257

> 10 > 10 > 10 50% RH

D495 Arc Resistance (sec) 135-160 200-250 250-350 Sumber b.

Polypropilene (PP)

Polipropilen dibentuk dengan berbagai teknik termoplastik, memiliki sifat-sifat listrik yang baik, tahan terhadap impak, kekuatannya tinggi dan tahan terhadap suhu tinggi serta zat-zat kimia.

Serat polipropilen dapat dijalin untuk dijadikan tali/tambang, jala dan tekstil. Sering juga digunakan untuk membuat peralatan rumah sakit, laboratorium, mainan anak-anak, koper, perabotan, kemasan makanan, kotak TV dan isolasilistrik.

Polypropylene memiliki sifat

– sifat yang serupa dengan polyethylene Sifat mekaniknya dapat ditingkatkan sampai batas tertentu dengan jalan mencampurkan serat gelas dan pemuaian termal juga dapat diperbaiki sampai setingkat dengan bahan thermoseting. Sifat- sifat listriknya hampir sama dengan sifat-sifat pada polyethylene. Tahan kimianya kira-kira sama bahkan lebih baik dari pada polyethylene massa jenis tinggi (high-density polyethylene).

Polypropylene paling umum digunakan untuk cetakan plastik, dimana hal ini

disuntikkan ke dalam cetakan sementara cair, membentuk bentuk kompleks dengan biaya yang relatif rendah dan volume tinggi; contoh termasuk tutup botol,botol, dan alat kelengkapan. Polypropylene memiliki rumus molekul (C3H6)n. Massa jenisnya rendah (0,90 - 0,92) termasuk kelompok yang paling ringan diantara bahan polimer, dapat terbakar bila dinyalakan dibandingkan polyethylene massa jenis tinggi. Titik lelehnya tinggi sekali (164°C), kekuatan tarik, kekuatan lentur dan kekuatannya lebih tinggi tetapi tahan impaknya lebih rendah terutama pada temperatur rendah.

Table 2.2 Sifat fisik, mekanis dan thermal dari Polpropylene

TYPICAL PROPERTIES of POLYPROPYLENE ASTM or Co- Flame

Property Homopolymer

UL test Polymer Retardant

PHYSICAL

Density (lb/in³) 0.033 0.033 0.035 D792

(g/cm³) 0.905 0.897 0.988 D570 Water Absorption, 24 hrs (%) <0.01

0.01

0.02 MECHANICAL D638 Tensile Strength (psi) 5,000 5,000 4,500 D638 Tensile Modulus (psi) - - 195,000 D638 Tensile Elongation at Yield (%)

28 D790 Flexural Strength (psi) - 7,000 5,400 D790 Flexural Modulus (psi) 180,000 160,000 145,000 D695 Compressive Strength (psi) - 7,000 6,000

D695 Compressive Modulus (psi)

D785

80 - Hardness, Rockwell R D256

IZOD Notched Impact (ft-lb/in)

1.9

7.5

0.65 THERMAL Coefficient of Linear Thermal

D696 Expansion _-5

6.6 (x 10 in./in./°F)

Heat Deflection Temp (°F / °C) D648 at 66 psi 210 / 99 173 / 78 106 / 41 at 264 psi 125 / 52 110 / 43 57 / 14

D3418 Melting Temperature (°F / °C) 327 / 164 327 / 164 327 / 164 Max Operating Temp (°F / °C) 356/180 -

338/170 356/180 Thermal Conductivity

C177 (BTU-in/ft²-hr-°F) - - 0.76-0.81 _-4

(x 10 cal/cm-sec-°C) 2.6-2.8 UL94 Flammability Rating HB n.r. V-O

ELECTRICAL

Dielectric Strength (V/mil) short D149 500-660 475 500-650 time, 1/8" thick D150 Dielectric Constant at 1 kHz 2.25 2.2-2.36

2.3

D150 Dissipation Factor at 1 kHz 0.0005-0.0018 0.0017 Volume Resistivity (ohm-cm) at

₁₄

₁₆

₁₅

10 50% RH

D495 Arc Resistance (sec) 160 100 - Sumber : http://boedeker.com/polyp_p.htm

2.5 Ekstrusi

2.5.1 Definisi Ekstrusi

Ekstrusi adalah salah satu proses manufaktur yang mengkombinasikan beberapa proses pengolahan meliputi pencampuran (mixing), pengulenan (kneading), pengadukan (shearing), pemanasan (heating), pendinginan (cooling), dan pencetakan (shaping).

Proses ekstrusi pertama kali diperkenalkan sekitar tahun 1700 dengan memperkenalkan ekstrusi bahan logam, dengan mengekstrusi pipa lead. Dalam prosesnya sebuah billet berbentuk silindris ditempatkan dalam sebuah wadah dan didorong melalui sebuah cetakan terbuka dengan menggunakan sebuah ram. Hasil produk keluar dari die dengan pengurangan penampang permukaan. Proses sederhana ditunjukkan pada gambar 2.9 berikut ini

Keterangan gambar: 1.

Benda kerja (billet) 2. Wadah (container) 3. Cetakan (die) 4. Ram 5. Dummy block 6. Die backer

Proses ekstrusi dapat diperlakukan dalam bentuk kerja panas maupun dingin, walaupun demikian, proses kerja panas lebih banyak untuk berbagai jenis metal karena mengurangi gaya dorong yang diperlukan. Logam-logam seperti lead, copper, aluminium, magnesium, dan paduan dari logam ini umumnya mudah dilakukan proses ekstrusi karena logam ini memiliki kekuatan luluh yang rendah dan begitu juga dengan suhu ekstrusinya.

2.5.2 Ekstrusi Bahan Termoplastik

Proses ekstrusi bahan termoplastik mempunyai prinsip yang hampir sama pada proses ekstrusi bahan logam, hanya saja dalam mengekstrusi bahan polimer termoplastik tidak lagi menggunakan ram seperti halnya ekstrusi logam, tetapi menggunakan sebuah screw. Bahan baku yang digunakan dalam proses ekstrusi termoplastik ini juga berbeda dengan ekstrusi logam. Jika pada ekstrusi logam bahan baku yang dimasukkan dalam bentuk batangan, plat, ataupun lembaran, maka pada ekstrusi termoplastik bahan baku yang digunakan adalah dalam bentuk biji plastik (pellet). Hasil produk dari proses ekstrusi termoplastik juga beraneka ragam, seperti halnya pada ekstrusi logam.

Proses ekstrusi memiliki beberapa keuntungan, yaitu:  Produk beraneka ragam bentuk dan ukuran  Relatih murah dan ekonomis  Proses otomatis dan produktivitas tinggi  Kualitas produk baik  Tidak menghasilkan limbah Prinsip pengoperasian untuk semua jenis ekstruder pada umumnya adalah sama, yaitu:

 Bahan baku dimasukkan ke dalam hopper dan dialirkan sepanjang ekstruder  Ketika bergerak sepanjang ekstruder, die yang kecil membatasi volume dan menghambat pergerakan bahan  Akibatnya bahan mengalami tekanan yang tinggi  Selama bergerak sepanjang ekstruder, screw memutar bahan (menguleni) dan mengubahnya menjadi semisolid yangbersifat plastis  Pada extrusion cooking adanya panas karena gesekan menyebabkan suhu meningkat  Setelah melewati barrel dimana tekanan meningkat, bahan didorong melalui die  Produk mengalami perubahan tekanan dari tinggi ke rendah sehingga mengembang  Produk mengalami proses pendinginan secara cepat karena air dari produk menguap

Mesin ekstrusi (ekstruder) untuk bahan termoplastik umumnya terdiri dari sebuah poros berulir tunggal (single screw) namun pada saat ini telah dikembangkan juga ekstruder termoplastik dengan menggunakan twin screw (poros berulir kembar). Dari namanya saja sudah dapat kita pahami perbedaan pada mesin-mesin tersebut, yaitu jumlah screw yang digunakan.

1. single screw ekstruder (mesin ekstrusi poros berulir tunggal) Ekstruder jenis ini memiliki satu buah screw yang berputar di dalam barrel.

Screw tersebut berfungsi untuk mendorong dan menekan bahan pellet hingga keluar

(Sumber: http://www.polymerprocessing.com/operations/sscrew/big.html)

Dalam prosesnya bahan baku termoplastik berbentuk pellet dimasukkan ke dalam hopper dan digerakkan melalui barrel dengan menggunakan sebuah poros berulir tunggal yang berbentuk helical (single screw conveyor) untuk kemudian dihantarkan hingga ke cetakan (die).

Kecepatan putaran screw merupakan parameter penting yang mempengaruhi:  Lama produk dalam ekstruder  Jumlah energi panas yang terbentuk  Kecepatan transfer panas

2. twin screw ekstruder (mesin ekstrusi poros berulir kembar) Ekstruder jenis ini memiliki dua buah screw yang berputar di dalam barrel. Namun berdasarkan arah putarannya dibagi menjadi dua, yaitu

 co-rotating (berputar searah satu sama lain)  counter-rotating (berputar saling berlawanan arah)

(sumber: http://www.polymerprocessing.com/operations/tscrew/index.html)

Keuntungan mesin ini adalah:  Tidak tergantung feed rate  Kontrol transfer panas lebih baik  Dapat digunakan untuk bahan berminyak, lengket atau basah  Dapat digunakan untuk berbagai ukuran partikel Sedangkan kerugiannya adalah:  Harga relatif mahal  Biaya pemeliharaan tinggi  Pengoperasian lebih sulit

2.6 Sifat Mekanik Polimer

2.6.1. Kekuatan (Strength)

Kekuatan merupakan salah satu sifat mekanik dari polimer. Ada beberapamacam kekuatan dalam polimer, diantaranya yaitu: A. Kekuatan Tarik (Tensile Strength) Kekuatan tarik adalah tegangan yang dibutuhkan untuk mematahkan suatu sampel.

Kekuatan tarik penting untuk polymer yang akan ditarik,contohnya fiber, harus mempunyai kekuatan tarik yang baik.

B. Compressive strength Adalah ketahanan terhadap tekanan.Beton merupakan contoh material yang memiliki kekuatan tekan yang bagus.Segala sesuatu yang harusmenahan berat dari bawah harus mempunyai kekuatan tekan yang bagus.

C. Flexural strength Adalah ketahanan pada bending (flexing).Polimer mempunyai flexural strength jika dia kuat saat dibengkokkan.

D. Impact strength Adalah ketahanan terhadap tegangan yang datang secara tiba-tiba.Polimer mempunyai kekuatan impak jika dia kuat saat dipukul dengan keras secara tiba-tiba seperti dengan palu.

(sumber: http://rudimarvell.blogspot.com/2011/04/sifat-mekanik-logam-sifat-mekanik-bahan.html)

2.6.2. Elongation

Semua jenis kekuatan memberitahu kita berapa tegangan yang dibutuhkanuntuk mematahkan sesuatu, tetapi tidak memberitahu kita tentang apa yang terjadipada sampel kita saat kita mencoba untuk mematahkannya, itulah kenapa kita mempelajari elongation dari polimer. Elongasi merupakan salah satu jenis deformasi. Deformasi merupakan perubahan ukuran yang terjadi saat material diberi gaya. % Elongasi adalah panjang polimer setelah di beri gaya (L) dibagi dengan panjang sampel sebelum diberi gaya (Lo) kemudian dikalikan 100%. Elongation-to-break (ultimate elongation) adalah regangan pada sampel pada saat sampel patah.

2.6.3. Modulus

Modulus diukur dengan menghitung tegangan dibagi dengan elongasi. Satuan

2 modulus sama dengan satuan kekuatan (N/mm ).

2.6.4. Ketangguhan (Toughness)

Ketangguhan adalah pengukuran sebenarnya dari energi yang dapat diserap oleh suatu material sebelum material tersebut patah.

2.7 Perilaku Thermoplastik Saat Diuji Tarik

Perilaku mekanika polimer thermoplastik sebagai respon terhadap pembebanan secara umum dapat dijelaskan dengan mempelajari hubungan antara struktur rantai molekulnya dan fenomena yang teramati.

(sumber: http://diajengsekar.blogspot.com/2013/08/dasar-tegangan-dan-regangan.html)

Biasanya yang menjadi fokus perhatian adalah kemampuan maksimum bahan tersebut dalam menahan beban. Kemampuan ini umumnya disebut

“Ultimate Tensile

Strength” disingkat dengan UTS, dalam bahasa Indonesia disebut tegangan tarik

maksimum.

Menurut Hukum Hooke (

Hooke’s Law), pada tahap sangat awal dari uji tarik,

hubungan antara beban atau gaya yang diberikan berbanding lurus dengan perubahan panjang bahan tersebut. Ini disebut daerah linier atau linear zone. Di daerah ini, kurva pertambahan panjang vs beban mengikuti aturan Hooke sebagai berikut:

rasio tegangan (stress) dan regangan (strain) adalah konstan. Stress adalah beban

dibagi luas penampang bahan dan strain adalah pertambahan panjang dibagi

panjang awal bahan

 Stress:

σ =

2 Dimana F adalah gaya tarikan (N) ; A luas penampang (mm )

; σ adalah tegangan (MPa). Nilai F didapat dengan menggunakan rumus F=Load x 9,807N dimana Load adalah beban atau gaya yang diberikan pada saat benda putus (break).

∆ =

 Strain:

ε %

ΔL adalah pertambahan panjang (mm) ; Lo adalah panjang awal (mm) ; ε adalah regangan (%)  Maka hubungan antara stress dan strain dapat dirumuskan:

E = ; dimana E adalah Modulus Elastisitas

Untuk memudahkan pembahasan, grafik pada gambar 2.13 kita modifikasi sedikit dari hubungan antara gaya tarikan dan pertambahan panjang menjadi hubungan antara tegangan dan regangan (stress vs strain). Selanjutnya kita dapatkan gambar 2.14, yang merupakan kurva standar ketika melakukan eksperimen uji tarik. E adalah gradien kurva dalam daerah linier, dimana perbandingan tegangan (σ) dan regangan

(ε) selalu tetap. E diberi nama “Modulus Elastisitas” atau “Young Modulus”. Kurva yang menyatakan hubungan antara strain dan stress seperti ini kerap disingkat kurva SS (SS curve).

(sumber:

 Pada daerah linear dinyatakan apabila sebuah bahan diberi beban sampai pada titik sebelum titik luluh, kemudian bebannya dihilangkan, maka bahan tersebut akan kembali ke kondisi semula (tepatnya hampir kembali ke kondisi semula) sehingga disebut dengan daerah deformasi elastis, yaitu regangan ―nol‖ pada titik 0. Tetapi bila beban ditarik sampai melewati titik luluh, hukum Hooke tidak lagi berlaku dan terdapat perubahan permanen dari bahan sehingga disebut dengan daerah deformasi plastis. Terdapat konvensi batas regangan permamen (permanent strain) sehingga masih disebut perubahan elastis yaitu kurang dari 0.03%, tetapi sebagian referensi menyebutkan 0.005%. Tidak ada standarisasi yang universal mengenai nilai ini.

 Titik luluh (yield strength) adalah batas atau titik atau daerah peralihan fase elastis dan fase plastis  Ultimate tensile strength adalah merupakan besar tegangan maksimum yang didapatkan dalam uji tarik.  Titik putus adalah merupakan besar tegangan di mana bahan yang diuji putus atau patah.  Modulus elastisitas (young modulus) adalah kecenderungan suatu benda untuk berubah bentuk sepanjang sumbu ketika stress berlawanan diaplikasikan sepanjang sumbu itu; itu didefinisikan sebagai rasio

Perilaku mekanik dari polimer thermoplastik secara umum dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian, yaitu: (1) Perilaku Elastik, (2) Perilaku Plastik, dan (3) Perilaku Visko-Elastik. Berikut Kurva Tegangan Regangan Suatu Polimer Thermoplastik:

BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Studi Temperatur Optimal Terhadap Kekuatan Tarik dan Makrostruktur pada Komposisi Campuran Polypropiline (PP) dan High-Densitiy Polyethylene (HDPE) dengan Mesin Ekstruder