Pengaruh Komposisi Resipren dan Polipropilena dengan Penambahan Inisiator Benzoil Peroksida Terhadap Sifat Mekaniknya
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Polimer
Perkembangan ilmu kimia polimer pada hakikatnya berkembang seiring dengan
usaha
manusia
untuk
meningkatkan
kesejahteraan
hidupnya
dengan
memanfaatkan ilmu pengetahuan dan teknologi. Dalam waktu empat puluh tahun
terakhir ini para ahli telah berhasil mensintesis berbagai jenis bahan polimer yang
dapat dimanfaatkan dalam berbagai aspek kehidupan. Polimer sintesis merupakan
bahan serbaguna. Dalam penggunaannya polimer sintesis ini dapat menggantikan
logam, kayu, kulit dan bahan alami lainnya dengan harga yang jauh lebih murah.
Pemanfaatan polimer dalam kehidupan tergantung sifat polimer antara lain
ditentukan oleh massa molekul relatif, temperatur transisi gelas dan titik leleh
(Sidik, 2003).
2.2 Pencampuran Kimia (Blending )
Dalam kimia, suatu pencampuran adalah sebuah zat yang dibuat dengan
menggabungkan dua zat atau lebih yang berbeda tanpa reaksi kimia yang terjadi
(obyek tidak menempel satu sama lain). Sementara tak ada perubahan fisik dalam
suatu pencampuran, sifat kimia suatu pencampuran, seperti titik lelehnya, dapat
menyimpang dari komponennya. Pencampuran dapat bersifat homogen atau
heterogen (Tarigan, W, 2011).
Blending kimia akan menghasilkan kopolimer. Interaksi yang terjadi dalam
poliblen adalah ikatan van der Waals, ikatan hidrogen atau interaksi dipol-dipol.
Paduan polimer ini bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat material yang
diinginkan dan disesuaikan dengan keperluan. Poliblen komersial dapat
dihasilkan dari polimer sintetik dengan polimer sintetik, polimer sintetik dengan
polimer alam dan polimer alam dengan polimer alam. Poliblen yang dihasilkan
berupa poliblen homogen dan poliblen heterogen. Poliblen homogen terlihat
Universitas Sumatera Utara
8
homogen dan transparan, mempunyai titik leleh tunggal dan sifat fisiknya
sebanding dengan komposisi masing-masing komponen penyusunnya, sedangkan
poliblen heterogen terlihat tidak jelas dan mempunyai beberapa titik leleh
(Prendika, 2013).
Proses pencampuran memungkinkan bahan pengikat untuk berpindah
diantara permukaan partikel bahan campuran untuk mencapai keseragaman.
Tingkat keseragaman diperoleh berdasarkan sifat alami (dasar) dari setiap
komponen campuran dan teknik pencampurannya serta pengaruh kondisi.
Pencampuran bahan polimer memberikan arti dari gabungan hasil bahan-bahan
menjadi penggunaan yang spesifik. Morfologi akhir, sebagaimana bergantung
pada kondisi proses, fraksi volume dari komponen polimer, rasio viskositas dari
polimer, elastisitas leleh dan yang paling penting adalah waktu pencampuran.
2.3 Karet Alam
Tanaman karet (Hevea brasilliensis) yang merupakan sumber utama penghasil
lateks dan dibudidayakan secara luas. Lateks karet alam mengandung partikel
hidrokarbon karet dan substansi non-karet yang terdispersi dalam fase cairan
serum. Kandungan hidrokarbon karet dalam lateks diperkirakan antara 30-45
persen tergantung klon tanaman dan umur tanaman. Substansi non-karet terdiri
atas protein, asam lemak, sterol, trigliserdia, fosfolipid, glikolipid, karbohidrat,
dan garam-garam anorganik. Senyawa protein dan lemak ini menyelubungi
lapisan permukaan dan sebagai pelindung partikel karet.
Karet alam dibentuk oleh poliisiprena dengan susunan geometri 100% cis1,4. Berat molekul berkisar 1-2 juta, sehingga mempunyai sifat keliatan dan
kelekatan yang tinggi dan sifat fisik seperti elastisitas, kuat tarik, dan kepegasan
yang tinggi. Keteraturan geometri yang tinggi menambah kuat tarik pada saat
diregangkan karena kristalisasi, dengan sifat unggul ini karet alam digunakan
untuk barang industri terutama ban (Sondari, 2010).
Modifikasi kimia dari KA melalui siklisasi dan halogenisasi menghasilkan
dua derivat seperti karet siklis dan karet klorinasi. KA memiliki struktur cis-1,4-
Universitas Sumatera Utara
9
poliisopren yang memiliki berat molekul sekitar satu juta (106). Konfigurasi cis
yang hampir murni dihasilkan dari addisi kepala ke ekor dari unit isoprena.
Sebagaimana sekitar dua unit konfigurasi trans tiap rantai mungkin dibedakan
melalui spektroskopi
13
C NMR. Reaktivitas dari ikatan rangkap karbon-karbon
(C=C) dari unit pengulangan isoprena mungkin dianggap sebagai C=C alkena.
Keberadaan siklisasi dapat dilihat melalui pengurangan intensitas adsorbsi
pada 1664 dan 836 cm-1 , yang mana karakteristik peregangan dari C=C dari karet
alam dan C-H dari perubahan bentuk ikatan rangkap trisubstitusi dari poliisopren.
H-NMR dapat juga digunakan untuk menganalisa siklisasi dari KA. Penurunan
sinyal proton dekat dengan ikatan rangkap pada 5,16 ppm dan keberadaan proton
metil yang terikat pada karbon jenuh pada 0,95 ppm (Kohjiya, 2014).
Karet alam sering dikombinasikan dengan karet yang lain maupun
termoplastik lain untuk meningkatkan beberapa sifat penting yang diinginkan.
Modifikasi karet alam alam dapat dilakukan dengan metode degradasi, meliputi
degradasi kimia, termasuk reaksi metatesis dan reaksi pemutusan ikatan rangkap,
biodegradasi, degradasi ozonolisis, degradasi panas, degradasi mekanikal dan
degradasi oleh radiasi ultrasonik (Fainleb, 2013). Degradasi dalam sistem redoks
mengakibatkan fungsionalisai karet alam dengan terbentuknya gugus fungsi
hidroksil dan karbonil pada ujung rantai molekul karet (Ibrahim, 2014).
Keberadaan gugus fungsi hidroksil dan epoksi pada karet hasil reaksi degradasi
menunjukkan ikatan rangkap C=C pada molekul karet mengalami epoksidasi dan
hidrolisa (Isa, 2007).
Rumus bangun dari karet alam dapat dilihat pada Gambar 2.1 berikut ini.
Gambar 2.1 Struktur karet alam 1,4 cis poliisopren
Universitas Sumatera Utara
10
2.3.1 Sifat Karet Alam
Sifat-sifat atau kelebihan karet alam yang sebagai berikut :
1.
Daya elastisitas atau daya lenting sempurna
2.
Sangat plastis, sehingga mudah diolah
3.
Tidak mudah panas
4.
Tidak mudah retak
Kelemahan karet alam terletak pada keterbatasannya dalam memenuhi
kebutuhan pasar. Saat pasar membutuhkan pasokan tinggi, para produsen karet
alam tidak bisa menggenjot produksinya dalam waktu singkat, sehingga harganya
cenderung tinggi (Setiawan, 2005).
2.3.2 Jenis-jenis Karet Alam
Jenis-jenis karet alam yang dikenal luas adalah :
-
Bahan olahan karet (lateks kebun, sheet angin, slab tipis dan lump segar)
-
Karet konvensional (RSS, white crepes, dan pale crepe)
-
Lateks pekat
-
Karet bongkah atau block rubber (SIR 5, SIR 10, SIR 20)
-
Karet spesifikasi teknis atau crumb rubber
-
Karet siap olah atau tyre rubber
-
Karet reklim atau reclaimed rubber (Tim Penulis, 1992).
2.4 Karet Alam Siklis
Modifikasi kimia dari karet alam dilakukan lebih dari 50 tahun sebelum plastik.
Siklisasi karet alam diyakini buatan pertama manusia modifikasi kimia polimer
diena karena bahan keras dan rapuh diamati setelah mereaksikan karet alam
dengan asam sulfat. Berbagai reagen untuk siklisasi telah diteliti dan dapat dibagi
menjadi dua kelompok yaitu reagen asam dari jenis RSO 2 X dan Lewis asam dari
katalis Friedel-Craft (Phinyocheep, 2014).
Universitas Sumatera Utara
11
Karet siklo merupakan turunan karet alam yang dihasilkan dengan cara
menggiling karet bersama 5% asam sulfat pekat, lalu dipanaskan pada 120 0C.
Menurut Stern (1967) pemanasan karet alam bercampur dengan katalis asam
dapat merubah rantai molekul karet alam menjadi struktur seperti cincin, yaitu
suatu bentuk karet tersiklisasi. Proses siklisasi akan menghilangkan atau
mengurangi jumlah ikatan rangkap yang dimiliki molekul karet alam dan
dihasilkan karet siklo berbentuk seperti resin.
Modifikasi struktur secara fisika dapat dilakukan dengan cara antaraksi
molekul secara kimia pada karet alam dilakukan dengan mereaksikan bahan kimia
tertentu sehingga dapat mengubah struktur molekul karet alam, seperti epoksidasi,
degradasi kimia, kloronisasi, pencangkokan (grafting), dan siklisasi karet alam.
Salah satu bentuk modifikasi secara kimia pada karet alam adalah karet siklo.
Karet siklo memiliki sifat daya rekat yang baik dan karakteristik yang unik
(Cifriadi, 2011). Walaupun sifatnya sangat berbeda dari sifat karet alam asalnya,
karet siklo masih memiliki beberapa keunggulan sifat karet yaitu dapat bercampur
dengan karet alam pada proses pembuatan kompon serta masih dapat
divulkanisasi (Palupi, 2008).
Reaksi siklisasi dapat terjadi ketika ada dua unit yang dapat bereaksi secara
bersama pada daerah siklis dengan adanya pelarut yang tepat. Siklisasi
intramolekuler dari isoprena melibatkan dua unit monomer dari jenis yang sama,
disebabkan oleh jenis asam atau katalis Friedel-crafts (Mirzahateri, 2000).
Perubahan karet alam menjadi resin/resinifikasi merupakan reaksi dimana
terjadi pengurangan jumlah ikatan rangkap poliisoprena yang diikuti dengan
pembentukan struktur siklis dan tidak terjadi perubahan rumus empiris karet,
C 5 H 8 . Sementara itu berat molekul tetap tinggi dan tetap larut dalam pelarut karet
yang menunjukkan tidak terjadi ikat silang (cross link). Karet kehilangan sifat
elastisnya dan berubah menjadi material yang keras dan rapuh. Pengurangan
jumlah ikatan rangkap yang terjadi dalam reaksi siklisasi bervariasi sekitar 4090% (Lee, 1963).
Universitas Sumatera Utara
12
Gambar 2.2 Struktur resipren (Karet alam siklis)
Sifat produk karet alam siklis bervariasi tergantung pada derajat siklisasi
produk yang dihasilkan. Dengan kata lain jumlah ikatan rangkap yang masih
terdapat pada produk mempengaruhi sifat karet alam siklis yang dihasilkan.
Disamping itu bobot molekul juga berpengaruh terhadap sifat karet alam siklis
tersebut. Secara kimia terjadi perubahan ikatan pada rantai karet alam (1,4 cis
poliisoprena) yang berantai lurus dan panjang menjadi karet yang berantai siklik
(Eddiyanto, 2013).
Meskipun karet siklis ini memiliki keunikan sebagai resin alam dalam
industri pelapisan (coating), akan tetapi karet siklis ini masih memiliki
keterbatasan bila dibandingkan dengan resin sintetik, terutama dalam
ketercampuran (compatibility) dengan komponen aditif dan resin lain yang sering
digunakan didalam industri adesif, cat, dan tinta. Disamping itu, karet siklis juga
masih rentan terhadap serangan spesies radikal bebas seperti ozon dan asam
anorganik akibat masih memiliki ikatan rangkap karbon (>C=C
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Polimer
Perkembangan ilmu kimia polimer pada hakikatnya berkembang seiring dengan
usaha
manusia
untuk
meningkatkan
kesejahteraan
hidupnya
dengan
memanfaatkan ilmu pengetahuan dan teknologi. Dalam waktu empat puluh tahun
terakhir ini para ahli telah berhasil mensintesis berbagai jenis bahan polimer yang
dapat dimanfaatkan dalam berbagai aspek kehidupan. Polimer sintesis merupakan
bahan serbaguna. Dalam penggunaannya polimer sintesis ini dapat menggantikan
logam, kayu, kulit dan bahan alami lainnya dengan harga yang jauh lebih murah.
Pemanfaatan polimer dalam kehidupan tergantung sifat polimer antara lain
ditentukan oleh massa molekul relatif, temperatur transisi gelas dan titik leleh
(Sidik, 2003).
2.2 Pencampuran Kimia (Blending )
Dalam kimia, suatu pencampuran adalah sebuah zat yang dibuat dengan
menggabungkan dua zat atau lebih yang berbeda tanpa reaksi kimia yang terjadi
(obyek tidak menempel satu sama lain). Sementara tak ada perubahan fisik dalam
suatu pencampuran, sifat kimia suatu pencampuran, seperti titik lelehnya, dapat
menyimpang dari komponennya. Pencampuran dapat bersifat homogen atau
heterogen (Tarigan, W, 2011).
Blending kimia akan menghasilkan kopolimer. Interaksi yang terjadi dalam
poliblen adalah ikatan van der Waals, ikatan hidrogen atau interaksi dipol-dipol.
Paduan polimer ini bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat material yang
diinginkan dan disesuaikan dengan keperluan. Poliblen komersial dapat
dihasilkan dari polimer sintetik dengan polimer sintetik, polimer sintetik dengan
polimer alam dan polimer alam dengan polimer alam. Poliblen yang dihasilkan
berupa poliblen homogen dan poliblen heterogen. Poliblen homogen terlihat
Universitas Sumatera Utara
8
homogen dan transparan, mempunyai titik leleh tunggal dan sifat fisiknya
sebanding dengan komposisi masing-masing komponen penyusunnya, sedangkan
poliblen heterogen terlihat tidak jelas dan mempunyai beberapa titik leleh
(Prendika, 2013).
Proses pencampuran memungkinkan bahan pengikat untuk berpindah
diantara permukaan partikel bahan campuran untuk mencapai keseragaman.
Tingkat keseragaman diperoleh berdasarkan sifat alami (dasar) dari setiap
komponen campuran dan teknik pencampurannya serta pengaruh kondisi.
Pencampuran bahan polimer memberikan arti dari gabungan hasil bahan-bahan
menjadi penggunaan yang spesifik. Morfologi akhir, sebagaimana bergantung
pada kondisi proses, fraksi volume dari komponen polimer, rasio viskositas dari
polimer, elastisitas leleh dan yang paling penting adalah waktu pencampuran.
2.3 Karet Alam
Tanaman karet (Hevea brasilliensis) yang merupakan sumber utama penghasil
lateks dan dibudidayakan secara luas. Lateks karet alam mengandung partikel
hidrokarbon karet dan substansi non-karet yang terdispersi dalam fase cairan
serum. Kandungan hidrokarbon karet dalam lateks diperkirakan antara 30-45
persen tergantung klon tanaman dan umur tanaman. Substansi non-karet terdiri
atas protein, asam lemak, sterol, trigliserdia, fosfolipid, glikolipid, karbohidrat,
dan garam-garam anorganik. Senyawa protein dan lemak ini menyelubungi
lapisan permukaan dan sebagai pelindung partikel karet.
Karet alam dibentuk oleh poliisiprena dengan susunan geometri 100% cis1,4. Berat molekul berkisar 1-2 juta, sehingga mempunyai sifat keliatan dan
kelekatan yang tinggi dan sifat fisik seperti elastisitas, kuat tarik, dan kepegasan
yang tinggi. Keteraturan geometri yang tinggi menambah kuat tarik pada saat
diregangkan karena kristalisasi, dengan sifat unggul ini karet alam digunakan
untuk barang industri terutama ban (Sondari, 2010).
Modifikasi kimia dari KA melalui siklisasi dan halogenisasi menghasilkan
dua derivat seperti karet siklis dan karet klorinasi. KA memiliki struktur cis-1,4-
Universitas Sumatera Utara
9
poliisopren yang memiliki berat molekul sekitar satu juta (106). Konfigurasi cis
yang hampir murni dihasilkan dari addisi kepala ke ekor dari unit isoprena.
Sebagaimana sekitar dua unit konfigurasi trans tiap rantai mungkin dibedakan
melalui spektroskopi
13
C NMR. Reaktivitas dari ikatan rangkap karbon-karbon
(C=C) dari unit pengulangan isoprena mungkin dianggap sebagai C=C alkena.
Keberadaan siklisasi dapat dilihat melalui pengurangan intensitas adsorbsi
pada 1664 dan 836 cm-1 , yang mana karakteristik peregangan dari C=C dari karet
alam dan C-H dari perubahan bentuk ikatan rangkap trisubstitusi dari poliisopren.
H-NMR dapat juga digunakan untuk menganalisa siklisasi dari KA. Penurunan
sinyal proton dekat dengan ikatan rangkap pada 5,16 ppm dan keberadaan proton
metil yang terikat pada karbon jenuh pada 0,95 ppm (Kohjiya, 2014).
Karet alam sering dikombinasikan dengan karet yang lain maupun
termoplastik lain untuk meningkatkan beberapa sifat penting yang diinginkan.
Modifikasi karet alam alam dapat dilakukan dengan metode degradasi, meliputi
degradasi kimia, termasuk reaksi metatesis dan reaksi pemutusan ikatan rangkap,
biodegradasi, degradasi ozonolisis, degradasi panas, degradasi mekanikal dan
degradasi oleh radiasi ultrasonik (Fainleb, 2013). Degradasi dalam sistem redoks
mengakibatkan fungsionalisai karet alam dengan terbentuknya gugus fungsi
hidroksil dan karbonil pada ujung rantai molekul karet (Ibrahim, 2014).
Keberadaan gugus fungsi hidroksil dan epoksi pada karet hasil reaksi degradasi
menunjukkan ikatan rangkap C=C pada molekul karet mengalami epoksidasi dan
hidrolisa (Isa, 2007).
Rumus bangun dari karet alam dapat dilihat pada Gambar 2.1 berikut ini.
Gambar 2.1 Struktur karet alam 1,4 cis poliisopren
Universitas Sumatera Utara
10
2.3.1 Sifat Karet Alam
Sifat-sifat atau kelebihan karet alam yang sebagai berikut :
1.
Daya elastisitas atau daya lenting sempurna
2.
Sangat plastis, sehingga mudah diolah
3.
Tidak mudah panas
4.
Tidak mudah retak
Kelemahan karet alam terletak pada keterbatasannya dalam memenuhi
kebutuhan pasar. Saat pasar membutuhkan pasokan tinggi, para produsen karet
alam tidak bisa menggenjot produksinya dalam waktu singkat, sehingga harganya
cenderung tinggi (Setiawan, 2005).
2.3.2 Jenis-jenis Karet Alam
Jenis-jenis karet alam yang dikenal luas adalah :
-
Bahan olahan karet (lateks kebun, sheet angin, slab tipis dan lump segar)
-
Karet konvensional (RSS, white crepes, dan pale crepe)
-
Lateks pekat
-
Karet bongkah atau block rubber (SIR 5, SIR 10, SIR 20)
-
Karet spesifikasi teknis atau crumb rubber
-
Karet siap olah atau tyre rubber
-
Karet reklim atau reclaimed rubber (Tim Penulis, 1992).
2.4 Karet Alam Siklis
Modifikasi kimia dari karet alam dilakukan lebih dari 50 tahun sebelum plastik.
Siklisasi karet alam diyakini buatan pertama manusia modifikasi kimia polimer
diena karena bahan keras dan rapuh diamati setelah mereaksikan karet alam
dengan asam sulfat. Berbagai reagen untuk siklisasi telah diteliti dan dapat dibagi
menjadi dua kelompok yaitu reagen asam dari jenis RSO 2 X dan Lewis asam dari
katalis Friedel-Craft (Phinyocheep, 2014).
Universitas Sumatera Utara
11
Karet siklo merupakan turunan karet alam yang dihasilkan dengan cara
menggiling karet bersama 5% asam sulfat pekat, lalu dipanaskan pada 120 0C.
Menurut Stern (1967) pemanasan karet alam bercampur dengan katalis asam
dapat merubah rantai molekul karet alam menjadi struktur seperti cincin, yaitu
suatu bentuk karet tersiklisasi. Proses siklisasi akan menghilangkan atau
mengurangi jumlah ikatan rangkap yang dimiliki molekul karet alam dan
dihasilkan karet siklo berbentuk seperti resin.
Modifikasi struktur secara fisika dapat dilakukan dengan cara antaraksi
molekul secara kimia pada karet alam dilakukan dengan mereaksikan bahan kimia
tertentu sehingga dapat mengubah struktur molekul karet alam, seperti epoksidasi,
degradasi kimia, kloronisasi, pencangkokan (grafting), dan siklisasi karet alam.
Salah satu bentuk modifikasi secara kimia pada karet alam adalah karet siklo.
Karet siklo memiliki sifat daya rekat yang baik dan karakteristik yang unik
(Cifriadi, 2011). Walaupun sifatnya sangat berbeda dari sifat karet alam asalnya,
karet siklo masih memiliki beberapa keunggulan sifat karet yaitu dapat bercampur
dengan karet alam pada proses pembuatan kompon serta masih dapat
divulkanisasi (Palupi, 2008).
Reaksi siklisasi dapat terjadi ketika ada dua unit yang dapat bereaksi secara
bersama pada daerah siklis dengan adanya pelarut yang tepat. Siklisasi
intramolekuler dari isoprena melibatkan dua unit monomer dari jenis yang sama,
disebabkan oleh jenis asam atau katalis Friedel-crafts (Mirzahateri, 2000).
Perubahan karet alam menjadi resin/resinifikasi merupakan reaksi dimana
terjadi pengurangan jumlah ikatan rangkap poliisoprena yang diikuti dengan
pembentukan struktur siklis dan tidak terjadi perubahan rumus empiris karet,
C 5 H 8 . Sementara itu berat molekul tetap tinggi dan tetap larut dalam pelarut karet
yang menunjukkan tidak terjadi ikat silang (cross link). Karet kehilangan sifat
elastisnya dan berubah menjadi material yang keras dan rapuh. Pengurangan
jumlah ikatan rangkap yang terjadi dalam reaksi siklisasi bervariasi sekitar 4090% (Lee, 1963).
Universitas Sumatera Utara
12
Gambar 2.2 Struktur resipren (Karet alam siklis)
Sifat produk karet alam siklis bervariasi tergantung pada derajat siklisasi
produk yang dihasilkan. Dengan kata lain jumlah ikatan rangkap yang masih
terdapat pada produk mempengaruhi sifat karet alam siklis yang dihasilkan.
Disamping itu bobot molekul juga berpengaruh terhadap sifat karet alam siklis
tersebut. Secara kimia terjadi perubahan ikatan pada rantai karet alam (1,4 cis
poliisoprena) yang berantai lurus dan panjang menjadi karet yang berantai siklik
(Eddiyanto, 2013).
Meskipun karet siklis ini memiliki keunikan sebagai resin alam dalam
industri pelapisan (coating), akan tetapi karet siklis ini masih memiliki
keterbatasan bila dibandingkan dengan resin sintetik, terutama dalam
ketercampuran (compatibility) dengan komponen aditif dan resin lain yang sering
digunakan didalam industri adesif, cat, dan tinta. Disamping itu, karet siklis juga
masih rentan terhadap serangan spesies radikal bebas seperti ozon dan asam
anorganik akibat masih memiliki ikatan rangkap karbon (>C=C