Aditif Dalam Material Plastik_MC_2011 [Compatibility Mode]

ADITIF DALAM MATERIAL PLASTIK

Mochamad Chalid

DEPARTEMEN METALURGI DAN MATERIAL FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA


Property Extenders

Modifiers

Processing Aids


Apli Aplika kasi si Adit Aditif if Poli Polime merr



Apli Aplika kasi si Adit Aditif if Poli Polime merr



Material Termoplastik yang banyak digunakan

Total 30.251.000 tonnes in 1997


Trends and driving forces within polymer additive industry •Processing of materials at higher temperatures •Plastics having a natural look •Lightweight fillers •Decreased migration •Recycling of plastics •Stronger growth numbers of polyolefines compared to PVC •One pack formulations •Urge to comply with future legislative regulations


Polymer additives being perceived as “green” Future legislative legislative regulations are a strong driving force towards innovation

... - As a result of continuing controversy controvers y, heavy metal based heat heat stabilisers, pigments and flame retardants, as well as phthalate based plasticisers currently remain under pressure -More environmentally sound, non-toxic, “green additives” are desirable

- If a good price/performance price/performance ratio can be obtained, obtained, additives additives based based on renewable resources, offer the ideal “green additive”


Additives and renewables Present: Polymer additives are overwhelmingly based on petrochemical petrochemical resources

Examples of commercially available additives already partly based on renewables: •Lubricants •Antistatic agents •Anti fogging agents •(Specialty) plasticisers •Clarifying agents


BAHASAN ADITIF POLIMER

Resin & Additives

Mixing

Peletizing or Direct Process


Satuan Acara Pengajaran Kuliah Aditif Polimer 

Pengajar: Mochamad Chalid, S.Si, M.Sc.Eng. (MC) & Ir. Sumadi Agustinus (SUM)



Tujuan Pengajaran: Mampu menjelaskan latar belakang, klasifikasi, jenis dan proses pencampuran aditif dalam produk polimer



Evaluasi (MC): Kehadiran(5%) Kehadiran(5%) Kuis(10%) Tugas(5%) Mid Test(40%) Test(40%) Ujian Akhir(40%) Pekan

Pokok bahasan & isi pokok Bahasan

Media

Tugas

Dosen

Pendahuluan perkuliahan Gambaran umum materi kuliah

PP

MC

III

Aditif penahan api Aditif anti statik Aditif pembantu proses

PP

MC

IV

Aditif pelumas Aditif plastisasi & Aditif peniup

PP

MC

V

Aditif pada produk PVC

I & II

VI VII

Aditif pada produk PP Aditif pada produk PVC & Kuis

PP PP PP

Presen tasi

MC

Presen tasi

MC

Presen tasi

MC


Satuan Acara Pengajaran Kuliah Aditif Polimer 

Pengajar: Mochamad Chalid, S.Si, M.Sc.Eng. (MC) & Ir. Sumadi Agustinus (SUM)



Tujuan Pengajaran: Mampu menjelaskan latar belakang, klasifikasi, jenis dan proses pencampuran aditif dalam produk polimer



Evaluasi (MC): Kehadiran(5%) Kuis(10%) Tugas(5%) Mid Test(40%) Ujian Akhir(40%) Pekan

Pokok bahasan & isi pokok Bahasan

Media

Tugas

Dosen

VIII

Dasar proses pencampuran aditif

PP

MC

IX

Proses pencampuran dan kendali mutu

PP

MC

IV

Studi kasus pengembangan produk PVC

PP

MC

Studi kasus pengembangan PP dan PE

PP

V

Presen tasi

MC

VI

Kunjungan ke industri

PP

Presen tasi

MC

VII

Review & kuis

PP

kuis

MC


ADITIF DALAM MATERIAL PLASTIK Definisi: Aditif plastik adalah bahan yang ditambahkan dalam material plastik dengan tujuan memperbaiki properties dan mempermudah dalam processing” Aditif dikelompokkan atas tujuan:

Meningkatkan properties: Antioxidant, UV/Light Stabilizer, Heat stabilizer, Flame retardant, Anti Static agent Mempermudah process: Processing aid, Lubricant, Slip agent, anti block agent Memodifikasi produk: Plasticizer, Blowing agent, Nucleating agent


ADITIF DALAM MATERIAL PLASTIK • • •

• •

Antioxidants : Mencegah/memperlambat terjadinya oksidasi material plastik baik oleh udara maupun oleh oksidator lain. UV/Light – Stabilizers: melindungi plastik dari degradasi yang disebabkan oleh radiasi sinar UV/tampak Heat Stabilizer: Mencegah rusaknya material plastik karena pengaruh panas,terutama pada saat pemrosesan dari resin menjadi produk plastik Flame Retardant: mencegah terbakarnya material plastik Antistatic Agent: mengurangi sifat surface electrical charges dari plastik, mencegah menempelnya debu pada permukaan produk plastik


ADITIF DALAM MATERIAL PLASTIK • •

• •

Processing aid: mencegah timbulnya masalah-masalah selama proses pencetakan poduk plastik Lubricant: mengurangi gaya gesek ( friction ) antar molekul plastik, mencegah menempelnya plastik pada cetakan dan bagian-bagian mesin yang lain Plasticizer: membentuk material plastik lebih pleksibel dan mempermudah prosesing Blowing Agent : memberikan efek expanding pada material sehingga plastik memiliki kerapatan yang lebih kecil.


ADITIF DALAM MATERIAL PLASTIK

•

• •

Nucleating Agent : mengontrol pertumbuhan spherulites dalam plastik semi-crystaline . Pemicu terbentuknya kristal dalam plastik semi-crystaline . Anti block agent: mencegah terjadinya lengket pada plastik film, baik diantara plastik maupun dengan roller calendering. Slip agent : mencegah terjadinya lengket pada plastik film.


ANTI OXIDANT “Senyawa kimia yang digunakan untuk mencegah atau menghambat terjadinya reaksi oksidasi dari material plastik” Reaksi oksidasi pada plastik dapat terjadi saat:

• Saat pembentukan resin • Saat pemrosesan resin • Saat penyimpanan resin • Saat produk barang plastik disimpan • Saat produk barang plastik digunakan


ANTI OXIDANT

Akibat reaksi oksidasi pada plastik: •

Menurunkan berat molekul plastik  akibat pemotongan rantai molekulnya Berkurang/hilangnya kekuatan mekanik Permukaan menjadi kasar Perubahan warna Perubahan Melt Flow

• • • •


ANTI OXIDANT

Mekanisme reaksi oksidasi plastik Chain Initiation (langkah pengaktifan): karena adanya :heat/ O 2 / uv light/ mech. shear

1.

• •

R - R → 2 R* R - H → R* (radikal alkil)

2. Chain Propagation (reaksi lanjutan): • R* + O2 → R – O – O* (radikal peroxid) • R – O – O* + RH → R – O – O – H + R* hidro peroxide


ANTI OXIDANT

Mekanisme Reaksi oksidasi plastik 3. Chain Branching: • ROOH → R - O* + *O – H (radical alkoxyl) (radical hidroxyl) • 2 ROOH → RO* + R – O – O* + H2O 4. Chain Termination: • RO2* → produk yang tidak aktif + O2 • RO2* + R* → ROOR • 2 R* → R – R • 2 R* → RH + Olefin


ANTI OXIDANT Pengelompokan Antioxidant: 1.Primary Antioxidant (Preventive AO) Berfungsi untuk menjadikan peroxid maupun radikal alkil yang terbentuk dalam tahap pengaktifan dan tahap propagasi (misal: phenoxy) menjadi tidak aktif dengan membentuk radikal lain dan produk samping yang stabil. 2.Secondary Antioxidant (Chain Branching AO) Menguraikan senyawa hidro peroxid dengan membentuk senyawa yang lebih stabil. 3.Metal Deactivators Menangkap ion-ion logam yang terdapat dalam polimer dengan membentuk senyawa kompleks ( Chelats ) yang stabil.

Untuk mendapatkan hasil yang optimal, penggunaan AO primer harus dikombanasikan dengan penggunaan AO sekunder


ANTI OXIDANT PEMAKAIAN ANTIOXIDANT DI DUNIA (1997): Kimia Antioxidant

Konsumsi

Nama dagang

Turunan Phenol

50 %

Irganox TM , BHT

Aromatic Phosphites

Irgafos TM

Thioethers

33 % 8 %

Others

9%

Alpha-tocopherol (Vit E)


UV/LIGHT STABILIZER “Bahan yang digunakan untuk mengantisipasi terjadinya reaksi akibat photo oxidation oleh sinar ultra ungu dan sinar tampak terhadap material plastik” 

Kerusakan plastik akibat photo-oxidation :

- Perubahan warna - Rusaknya permukaan (surface cracking ) - Berkurangnya flexibilitas - Berkurangnya sifat gloss - Berubahnya sifat-sifat elektrik


UV/LIGHT STABILIZER Fungsi UV-Stabilizer:

•

Melindungi polimer dari radiasi sinar UV dan sinar lain yang dapat menyebabkan polimer terdegradasi Makin pendek panjang gelombang, makin besar kerusakan yang dapat ditimbulkan, karena energi radiasi yang dihasilkan pun semakin besar

•

Panjang gelombang

Energi Kcal Einstein -1

Energi KJ instein

-1

Jenis Ikatan

Energi Ikat KJ mole –1

290

100

419

C–H

380 – 420

300

95

398

C-C

340 - 350

320

90

375

C–O

320 - 380

350

81

339

C - Cl

300 - 340

400

71

300

C-N

320 – 330


UV/LIGHT STABILIZER MEKANISME KERJA UV/LIGHT STABILIZER: •

Penyerapan sinar UV (UV Stabilizer)

•

Quencher

•

Dekomposisi senyawa Hydroperoxide

(Sinar UV mengaktifkan senyawa hydroperoxid. HPdecomposer menguraikan HP menjadi senyawa yang tidak aktif) •

Free radical Scavenging


UV/LIGHT STABILIZER MEKANISME KERJA UV ABSORBER  

Menyerap sinar UV dan mengubahnya ke dalam energi panas. Sinar UV yang diserap sebanding dengan konsentrasi UV- absorber (hukum lambert). Untuk mendapatkan efek optimal konsentrasinya harus tinggi atau ketebalan polimer cukup. Oleh karena itu UVabsorber tidak efektif jika digunakan untuk film tipis (kemasan makanan) UV-Absorber yang banyak digunakan adalah hydroxy Benzo- phenone dan hydroxyphenyl-Benzotriazole (aman, murah, tidak berwarna)


UV/LIGHT STABILIZER MEKANISME KERJA UV ABSORBER

Transfer proton pada 2-hidroksibenzophenon


UV/LIGHT STABILIZER MEKANISME KERJA UV ABSORBER


UV/LIGHT STABILIZER MEKANISME KERJA QUENCHER

Mengambil energi yang telah diserap sebelumnya oleh chromophore. ( tidak langsung menyerap UV ) contoh: Special nickel-phenolates


UV/LIGHT STABILIZER MEKANISME KERJA FREE RADICAL SCAVENGER

Bahan Free radical Scavenger Bereaksi dengan radikal alkil yang terdapat bebas dalam polimer

Hindered Amine Light Stabilizer ( HALS )


UV/LIGHT STABILIZER MEKANISME REAKSI HALS ( 1 ) :

Reaksi dengan nitroxyl radical , menonaktifkan alkyl radical dengan membentuk hydroxyl amine ether derivative



Deceleration of the oxidative chain scission by inactivation of peroxy radical



[>NO* ··· PP] + PP-OOH ⇔ [>NO* ··· HOO-PP] + PP

Immobilization of Hydroperoxide by Hydrogen Bridge Bonding to Nitroxyl Radicals


UV/LIGHT STABILIZER Light-Stabilizer yang banyak digunakan :  Hindered Amine Light Stabilizers ( HALS )  Hydroxy – Benzophenones  Hydroxyphenil – Benzotriazoles  Organic Nickel Compound Aplikasi dalam termoplastik HALS  Benzotriazoles  Benzophenones   Lainnya

(dunia, 1994) 44 % 29 % 18 % 9%


UV/LIGHT STABILIZER KONSUMSI UV/LIGHT STABILIZER PADA TERMOPLASTIK:

Disadur dari “ Plastic Additive Handbook”


UV/LIGHT STABILIZER Contoh pemakaian UV stabilizer pada botol PET: % transmisi sinar UV pada panjang gelombang 340-380 adalah 0%

Sumber: SpecialChem.com


UV/LIGHT STABILIZER Pemakaian UV/Light Stabilizer dalam termoplastik (dunia, 1994):    

HALS (Hindered Amine Light Stabilizer) Benzotriazoles Benzophenones Others

44 % 29 % 18 % 9%


UV/LIGHT STABILIZER CONTOH APLIKASI UV/LIGHT STABILIZER NAMA DAGANG

NAMA KIMIA

PVC

PE

TinuvinTM 770 HALS -

Hydrobenzo phenone

TinuvinTM P

Benzotri-azoles Carbon Black Organosalt Nickel

PP

PET

X X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

PS

KETERANGAN

Utk kemasan biomedis X

Komposisi 0.25 – 0.3%


HEAT STABILIZER “Bahan yang ditambahkan ke dalam material plastik agar material tersebut tahan terhadap serangan panas”

Fungsi Heat Stabilizer : Mencegah rusaknya material plastik karena pengaruh panas, terutama pada saat pemrosesan dari resin menjadi produk PVC tidak stabil (mudah terdegradasi) pada temperatur proses


HEAT STABILIZER DEGRADASI PVC SELAMA PROCESSING: 

Degradasi PVC dimulai dengan pelepasan molekul HCl (dehydrochlorination ).



Dehydrochlorination membentuk ikatan kimia ganda, conjugated polyene , yang sangat tidak stabil dan menyebabkan terjadinya chain scission , crosslinking dan perubahan warna ( discoloration ) pada PVC.



Senyawa HCl yang dilepaskan merupakan autocatalyst untuk degradasi PVC selanjutnya.



Penyebab utama degradasi PVC adalah ketidakteraturan struktur, seperti keberadaan tertiary atau allylic chlor atom dalam PVC.


HEAT STABILIZER KRITERIA PEMILIHAN HEAT STABILIZER: 

Dehidroklorinasi (preventive function) atau setidaknya menghambat dehidroklorinasi



Polyene sequence (curative function )



Carbenium salt (curative function )


HEAT STABILIZER JENIS STABILIZER PADA PVC : 

   

Tin (organometal ) stabilizer : - butyl tin mercaptides - octyl tin mercaptides - butyl tin carboxylate - octyl tin maleate Lead stabilizer Mixed metal stabilizer (Zn, Ca/Zn, Mg/Zn, Ba/Zn, Ba/Ca/Zn) Organic based stabilizer Metal free stabilizer


HEAT STABILIZER Jenis Tin (organometal ) stabilizer

Dialkyltin – mercaptides

Alkyltin – mercaptides

Dialkyltin – carboxylate


HEAT STABILIZER Manfaat tin-stabilizer :  Mekanisme reaksi menyeluruh (penyerapan HCl, reaksi adisi polyene, reaksi carbenium salt)  Untuk produk PVC transparan  Kecepatan migrasi cukup rendah


HEAT STABILIZER Jenis Metal Karboksilat:  Barium / Cadmium stabilizer  Barium / Zinc Stabilizer  Calcium / Zinc Stabilizer Manfaat Metal Karboksilat :  Cd, Zn : baik untuk initial stability, tetapi kurang untuk stabilitas jangka panjang  Ba, Ca : kurang untuk initial stability, tetapi baik untuk stabilitas jangka panjang  Diperlukan co-stabilizer untuk destabilisasi efek CdCl2 / ZnCl2  Sebagian digunakan untuk produk transparan


HEAT STABILIZER Jenis Lead Stabilizer:     

Tribasic Lead-Sulphate 3 PbO PbSO4 H2O Dibasic Lead-Stearate 2 PbO Pb(OOCC17H35)2 Neutral Lead-Stearate Pb(OOCC17H35)2 Dibasic Lead-Carbonate 2 PbO PbCO3 Dibasic Lead Phthalate 2 PbO Pb(OOC) 2C6H4

Manfaat Lead Stabilizer :    

Baik untuk initial stability Tidak ada efek destabilisasi ( tidak diperlukan co-stabilizer) Efek sinergi antara lead stearat dengan lead salt membentuk sistem yang stabil Tidak digunakan untuk produk transparan


HEAT STABILIZER Metal Free Stabilizer:

Manfaat :  untuk aplikasi tertentu (kemasan makanan)  Memerlukan co-stabilizer (Epoxy compound, polyols, phenolic antioxidants, 1,3-diketones, dihydropyridines , serta beberapa kompon anorganik lainnya ) Contoh : Aminocrotinic acid ester


HEAT STABILIZER

Konsumsi Heat Stabilizer pada PVC • • • • •

Senyawa Pb (Sulfat, stearat, carbonat, phtalat) ………… 68 % Ca/Zn – Carboxylate …………… 13 % Senyawa organik Sn …………… 9 % Ba/Zn – Carboxylate …………… 8 % Lainnya …………… 2 %


FLAME RETARDANT Flame Retardant: “Bahan yang dapat membantu plastik agar tidak mudah terbakar” Flame retardant biasanya ditambahkan dalam produk plastik, khususnya plastik untuk fasilitas umum seperti:    

Bahan bangunan & konstruksi Barang-barang elektronik (kulkas, TV) Transportasi (mobil, pesawat, kapal, KA) Furniture


FLAME RETARDANT Fungsi Flame Retardant: • Mencegah terjadinya kebakaran • Memperlambat pembakaran dan perusakan polimer • Mengurangi emisi asap • Mencegah terjadinya percikan api


FLAME RETARDANT Proses Pembakaran:

• • • • •

Pemanasan Dekomposisi Penyalaan awal Penyebaran api Timbulnya asap

Proses pembakaran ini harus diputuskan siklus pembakaran dengan penambahan Flame Retardant


FLAME RETARDANT Mekanisme Flame Retardant: 1. Pada Fasa Kondensasi – Dapat terjadi baik secara kimia atau fisika. – FR berfungsi sebagai heat sink, pembentukan char, dilution atau reaksi kimia endoterm 2. Pada Fasa Gas – Menghentikan reaksi pembakaran


FLAME RETARDANT

Pengelompokkan Flame retardant • Senyawa yang mengandung Phosphate • Senyawa yang mengandung Halogen (Brom, Chlor ) • Aluminum Trihydrate (ATH)


FLAME RETARDANT Flame Retardant yang mengandung phosphate:

•

Tritolyl phosphate dan trixylyl phosphat stearat flame retardant yang juga berfungsi sebagai plasticiser banyak digunakan pada produk PVC (tidak seperti phthalates yang mengurangi ketahanan terhadap kebakaran pada produk PVC)

•

Halophosphates seperti tri(chloroethyl) phosphate Bila digunakan secara bersamaan dengan antimony oxide , triphenyl stibine atau antimony oxychloride akan diperoleh hasil yang lebih baik


FLAME RETARDANT Flame Retardant yang mengandung Chlor: Chlorinated paraffins  Digunakan pada PVC dan polyester  Sangat efektif bila dalam penggunaannya bersama-sama dengan antimony oxide

•

Senyawa Bromine  Sangat efektif bila digunakan bersamaan dengan antimony oxyde, triphenyl stibine atau antimony oxychloride.  Lebih kuat dari pada senyawa Chlor Contoh: Tribromotoluene dan Pentabromophenyl allyl ether


FLAME RETARDANT Flame retadant Aluminum Trihidrate (ATH)  

Digunakan bila temperatur proses tidak terlalu tinggi Aluminium trihydrate digunakan secara luas pada resin polyester laminating Penambahan Flame retardant dapat mempengaruhi sifat plastik seperti: • Sifat mekanik • Density • Melt Flow Index (MFI): semakin >> Flame retardant , MFI >> • Heat Deflection Temperature (HDT): semakin >> Flame retardant , HDT >>


FLAME RETARDANT PEMAKAIAN FLAME RETARDANT DALAM RESIN

Resin PC

Flame Retardant Alkali metal organosulfonate Tetrabromobisphenol-A

Tingkat FR (% berat ) 1 8 - 10

Resorcinol Diphenyl Phosphate Triphenylphosphate

14 10

PE

Decabromodiphenyloxide

21

PP

Tetrabromobisphenol-A, Bis ( 2,3-dibromopropylether )

6 -15

Alumina trihydrate

~60

PC/ABS

PVC


FLAME RETARDANT Performance Test: Flammability Test ** Daftar Standard Test Methods ASTM D 635 : UL – 94 HB ASTM D 3801 : UL – 94 V-0 ASTM D 4808 : UL – 94 V-0 untuk flexible plastics ASTM D 5048 = ISO 10351: UL 94 – 5V ISO 1210 : UL – 94 HB dan V-0 test ASTM D 2863 = ISO 4589-2 : Limiting oxygen Index ASTM D 4804 = ISO 9773


ANTISTATIC AGENT Antistatic agent “ Suatu bahan yang ditambahkan dalam plastik dengan tujuan mengurangi atau menghilangkan muatan elektro static yang ada pada permukaan plastik”

Pemukaan plastik memiliki tahanan permukaan ( surface resistivity ) yang tinggi sehingga dapat menimbulkan arus listrik yang tinggi jika terkena gesekan antar permukaan Berbahaya bagi pengguna/pekerja baik selama pencetakan produk, pemakaian maupun transfortasi.


ANTISTATIC AGENT Faktor yang mempengaruhi besarnya muatan listrik yang ditimbulkan tergantung kepada:    

Derajat kontak Sifat gesekan Kondisi RH Sifat Listrik plastik (konstanta dielektrik dan resistivitas)

Plastik yang menyimpan electro static di antaranya: PVC, PS, PET, PP, PE, Nylon , dll


ANTISTATIC AGENT Beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan migrasi antistatic ke luar permukaan produk plastik:

• Kompatibilitas antara molekul plastik dengan antistatic • Kistalinitas plastik. Makin besar persen kristalinnya maka akan semakin sulit untuk bermigrasi. • Hubungan dengan aditif lainnya apakah sinergis ataukah natargonis. • Konsentrasi (komposisi) antistatic • Temperatur proses dan pemakaian produk. Sebaiknya tidak terlalu cepat juga tidak terlalu lambat bermigrasi, tetapi disesuaikan dengan kebutuhan pemakaian


ANTISTATIC AGENT Pengelompokan bahan Antistatic: • Non-ionic (seperti: ester asam lemak, ethoxylated alkyl amine, diethanol amide , dsb) • Anionic (alkyl sulphonate, alkyl phosphate, alkali metal) • Cationic (garam-garam ammonium) • Amphoteric (alkyl betaine) Pemilihan bahan Antistatic tergantung pada: • Plastik yang digunakan • Stabilitas termal yang dikehendaki


ANTISTATIC AGENT Bahan Antistatic yang biasa digunakan PVC: • Untuk Rigid PVC ethoxylated amine, fatty acid ester (0,5 – 2%) • Untuk Flexi PVC ethoxylated alcohol, fatty acid ester (0,5 – 1,5%)

Untuk plastik lainnya: • LDPE/LLDPE (ethoxylated amine, fatty acid ester (0,1 - 1%)) • HDPE/PP (ethoxylated amine, fatty acid ester (0,1 – 1,5%)) • SAN/ABS/HIPS (ethoxylated amine (0,1 – 1,5%))


PROCESSING AID Processing aid “Material yang digunakan untuk menghambat/mencegah timbulnya masalah-masalah selama poses pencetakan poduk polimer, terutama pada polimer dengan berat molekul tinggi“

• Pemrosesan polimer dengan BM tinggi biasanya dilakukan dengan metoda ekstrusi • Pada hampir semua pemrosesan ekstrusi dapat terjadi kerusakan pada produk akhir yang disebut dengan „ Melt Fracture “


PROCESSING AID Fungsi Processing aid:

• • • • • •

Mencegah/mengurangi melt fracture dan memperbaiki sifat permukaan Meningkatkan kekuatan lelehan polimer Mencegah pembentukan deposit di sekitar lubang die Meningkatkan kapasitas produksi Mengurangi proses pembentukan gel Memperbaiki resin daur ulang (regrain )


PROCESSING AID

Pengaruh processing aid terhadap melt fracture


PROCESSING AID Prinsip kerja processing aid: Membentuk suatu lapisan licin pada permukaan die Lapisan ini mencegah/mengurangi: • Penyerapan/penyimpanan energi elastis dalam die • Menempelnya lelehan polimer pada die • Pemuaian die • Terbentuknya deposit pada lubang die

Dosis: 0.01 – 0.1 %


PROCESSING AID Mekanisme pembentukan lapisan /coating pada die:

•

•

•

Processing aid yang banyak digunakan tidak miscible dengan resin polimer. Material tersebut membentuk partikel-partikel kecil dengan ukuran kira-kira 1 mikron dan terdispersi ke dalam matrik polimer - Partikel-partikel tersebut akan menempel sedikit demi sedikit pada die selama pemrosesan hingga akhirnya membentuk lapisan licin yang sempurna - Jika proses pelapisan telah selesai dan lapisan yang sempurna telah terbentuk, melt fracture akan berkurang secara signifikan


PROCESSING AID Faktor-faktor yang mempengaruhi efesiensi PA: •

Konsentrasi PA: konsentrasi meningkat, kecepatan pembentukan lapisan meningkat, memperpendek proses pelapisan

•

Ukuran partikel: semakin kecil ukuran partikel PA, kemungkinan partikel menempel pada die semakin besar, memperpendek proses pelapisan

•

Viskositas PA: viskositas PA harus cocok dengan viskositas lelehan polimer. (Melt Flow Rate LDPE/LLDPE untuk proses ekstrusi: < 2 g/10 menit)

•

Jenis dan jumlah gugus akhir processing aid: Gugus asam bisa bereaksi dengan die (logam), terbentuk senyawa oksida/ hidroksida. Senyawa ini dapat menimbulkan gaya adhesi.

•

Suhu: penurunan suhu meningkatkan pengurangan back-pressure meningkatkan efensiensi PA


PROCESSING AID Processing aid yang digunakan untuk PVC: • PMMA (Poly Methylmethacrylate), yang memiliki rantai lebih panjang dari pada rantai PVC • MBS (Methyl Butadien Styrene) Dosis: 0.5 – 12 % Aplikasi: Pada pemrosesan ekstrusi, bottle blow molding, injection molding, calendering, Thermoforming, rigid PVC-foam


PROCESSING AID

Pemakaian Processing aid pada produk injection molding dan ekstrusi


PROCESSING AID

Pemakaian Processing aid pada ekstrusi PVC


PROCESSING AID Neat PC/ABS

PC/ABS + 5% P810

Pengaruh Plastistrength ® 810 (5% loading) pada perangkat ekstrusi setelah processing


LUBRICANT Lubricants (pelumas) polimer “Material yang digunakan dalam pemrosesan polimer untuk menurunkan gaya friksi antara permukaan lelehan polimer dan permukaan mesin“ Fungsi:  Lubrikasi/pelumasan antar permukaan internal dan eksternal  Mempercepat aliran polimer, karena viskositasnya menurun  Mengurangi kerusakan karena gesekan antara produk dengan material lain  Membentuk film tipis yang akan melindungi plastik sehingga tidak menempel pada mesin dan alat proses lainnya


LUBRICANT Lubricant pada PVC berfungsi terutama untuk: 1. Internal lubrikasi:

• Mereduksi Viskositas: PVC memiliki stabilitas thermalnya rendah dan mudah rusak bila tidak menggunakan lubricant atau plasticizer dalam prosesnya. • Mereduksi Panas dissipasi: Menyerap energi panas akibat konversi energi dari energi mekanik menjadi energi panas, misalnya akibat gesekan (Shear burning ) Untuk PVC yang tidak mengandung plasticizer ketika dalam keadaan meleleh, maka umumnya ditambahkan internal lubricant seperti glyceryl monostearate (GMS) dan ester rantai panjang seperti: acetyl palmitate.


LUBRICANT 2. Eksternal Lubrikasi

•

• • •

Mereduksi gesekan, meningkatkan ketahanan terhadap friksi antara lelehan polimer dengan permukaan pada logam unit pemrosesan Memberikan release effect pada mold agar produk mudah dilepaskan dari cetakan dan permukaan tidak cacat. Memberikan slip effect (licin) antara permukaan mold dan produk Pada proses blown film: dapat mencegah terjadinya „sharkskin“


LUBRICANT

Jenis Lubricant Komersil untuk Termoplastik

Konsumsi Lubricant pada beberapa jenis termoplastik


LUBRICANT Lubricant yang biasa digunakan dalam PVC:

• • • • •

Magnesium Stearate (Mg-St) (Tm: 115 - 130 oC) Zinc Stearate (Tm: 120 - 124 oC) Ethylene bis-stearamide (Tm: 141.5 -146.5 oC)* Hydrogenated castor oil (Tm : 85 - 87 oC)* Ester wax (Tm : 93 – 103 oC)*

Keterangan : )* = memehuhi FDA Regulation 21 CFR 178.3770 Dosis pemakaian: 0.1 - 0.5 phr.


LUBRICANT Faktor yang mempengaruhi efisiensi Lubricant :

1. Senyawa alifatik dengan jumlah atom C lebih besar dari 12, efesiensi semakin meningkat dalam plastik 2. Untuk plastik polar seperti PVC rantai lebih panjang kurang efisien, sebaliknya untuk polimer non-polar makin efisien menggunakan lubrikan alifatik rantai panjang. 3. Asam karboksilat merupakan release agent yang efektif 4. Amide-wax selain sebagai lubricant juga memberi efek slip pada produk


PLASTICIZER “Bahan kimia yang dapat membentuk material lebih fleksibel dan mempermudah prosesing” (IUPAC, 1951)

Fungsi: • •

•

Memperbaiki sifat alir polimer sehingga mempermudah pemrosesan Menurunkan suhu glass transisi (Tg) dan modulus dari polimer, sehingga polimer yang bersifat getas pada suhu kamar, akan menjadi lunak dan fleksible Senyawa ini akan terdispersi ke dalam matriks polimer dan keberadaanya memperbesar jarak antar rantai polimer, sehingga polimer menjadi lebih lunak dan fleksibel


PLASTICIZER

Pengaruh plasticizer terhadap suhu glas transisi PVC


PLASTICIZER Efek plasticizer terhadap sifat mekanik plastik:

• • • •

Meningkatnya elastisitas Meningkatnya kekuatan impact Menurunnya tensile strength Menurunnya modulus Contoh beberapa plasticize:  DiOP (Dioctyl Phthalate)  DiNP (Diisononyl Phthalate)  DiDP (Diisodecyl Phthalate)  Dn/iBP (normal/diiso butyl Phthalate)  BPP = (Butyl Benzyl Phthalate)

Dioctyl Phthalate


PLASTICIZER

Data 1994, Eropa Barat

Pemakaian Plasticizer secara global

Aplikasi Plasticizer secara global


PLASTICIZER Parameter Kompond yang sangat dipengaruhi plasticizer : • Sifat rheology dan processing behaviour • Sifat mekanik • Karakteristik pada temperatur rendah • Sifat ketahanan terhadap aging • Harga produk • Fire resistance • Transparansi

Dosis pemakaian 30 – 60 phr; untuk kasus khusus s/d 100 phr


PLASTICIZER Keunggulan Plasticizer Pthalate dan Sulphonat 



Senyawa phthalate yang dibuat dari alkohol dengan 8 atom karbon merupakan plasticizer yang sangat penting, lebih dari 70% plasticizer mempergunakan phthalate ini. Keunggulan Phenol alkyl sulphonate vs Phthalate series: • tidak mudah termigrasi • tidak mudah rusak oleh mikroba • tidak mudah rusak oleh zat-zat pembersih


PLASTICIZER Plasticizer yang digunakan untuk plastik film:  Jenis Phthalate: • diethylhexyl (dioctyl) phthalate (DOP) = DEHP • diisononyl phthalate (DINP) • diisodecyl phthalate (DIDP)  Jenis Phosphate : • Trioctyl phosphate • Octyldiphenyl phosphate • Cresyldiphenyl phosphate • Tricresyl phosphate  Jenis Ester: - Sebacates, Adipates, Azelates, Trimellitates


PLASTICIZER Contoh performance sifat mekanik pada berbagai tingkat pemakaian phthalate stabilizer

Source: specialChem – On line

Tensile strength at break (MPa) dan Elongation at break (EB %) PVC compound pada berbagai tingkat pemakaian phthalate plasticizer (%)


PLASTICIZER

Pengaruh komposisi dan jenis plasticizer pada brittle point


PLASTICIZER Extender adalah b ahan yang berfungsi seperti plasticizer” 

Secara komersial extender lebih murah dibanding dengan plasticizer dan seringkali dapat dipergunakan untuk menggantikan plasticizer hingga jumlah sepertiganya tanpa mengurangi sifat compound .



Tiga extender yang umumnya dipergunakan adalah: • Lilin padat, chlorinated paraffine , • Lilin cair, chlorinated paraffine , dan • Ekstrak minyak, pelumas dll.


PLASTICIZER Plasticizer Phthalate selain digunakan sebagai plasticizer juga sebagai dispersant pewarna


BLOWING AGENT Definisi: “Bahan kimia yang ditambahkan dalam material agar material membentuk busa (foam)” Pada umumnya bahan yang digunakan sebagai foaming/blowing agent adalah senyawa organik. Manfaat utama penggunaan foam agent : • Dapat membentuk material dengan densitas rendah. • Modifikasi produk dengan sifat-sifat khusus, seperti: membentuk efek insulasi, baik terhadap elektrik, panas maupun suara, sifat dielektrik yang lebih baik, menyerap shock (guncangan/getaran tinggi), efek dekoratif


BLOWING AGENT

Pengelompokkan Blowing agent 1. Physical Blowing Agent • Gas ditiupkan/dilepaskan melalui proses fisika, terutama melalui penguapan atau melalui dekompresi (pelepasan tekanan gas yang dikompres) • Tidak mengalami reaksi kimia terhadap material dasar (plastik) 2. Chemical Blowing Agent • Blowing agent akan terdekomposisi (bereaksi) pada saat proses pembentukan foam , dimana gas blowing merupakan salah satu produk dekomposisi (reaktan)


BLOWING AGENT Physical Blowing Agent Gas inert Seperti: CO2, N2, Aplikasi: Foam Polyolefin  Gas dari senyawa chloro floro carbon (CFC) Seperti: chlorodifluoromethan (HCFC 22), chlorodifluoroethan (HCFC 142b) Aplikasi: PUR, XPS  Senyawa kimia organik dengan titik didih rendah Seperti: pentane, cyclo pentane, t-butanol Aplikasi: EPS (expanded Polystyrene ), PUR (polyurethane ) 


BLOWING AGENT

Chemical Blowing Agent

Gas pembentuk foam adalah hasil samping reaksi bahan kimia.      

Senyawa AZO: Azo Dicarbonamide (ADC) Senyawa Hydrazine: p-Toluenesulfonylhydrazide (TSH), - 4,4’-Oxibis (benzenesulfonylhydrazyde ) (OBSH) Senyawa Semicarbazide: p-Toluenesulfonyl Semicarbazide (TSSC) Senyawa Tetrazole : 5-Phenyltetrazole (5-PT) Senyawa Nitroso: N,N’-Dinitroso-pentamethylenetetramine (DNPT) Senyawa Carbonate: Sodium bicarbonate


BLOWING AGENT

Mekanisme reaksi Blowing agent 1. Reaksi penguraian searah (irreversible ):

AB → C + gas (N2, CO, CO2, NH3) 2. Reaksi penguraian dua arah (reversible ):

AB ↔ C + gas 3. Gas blowing yang dihasilkan merupakan reaksi antara dua macam blowing agent :

A + BG → AB + gas (CO2)


BLOWING AGENT

Reaksi dekomposisi blowing agent dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu: – Suhu – Waktu – Ukuran partikel – Konsentrasi Aktivasi blowing agent dapat dilakukan dengan penambahan activator/kicker , contoh: metal-PVC Stabilizer, polyols, urea, senyawa amin, beberapa filler dan pigment. Fungsi Kicker : menurunkan suhu dekomposisi BA


BLOWING AGENT Pengaruh Suhu dan Waktu pada reaksi dekomposisi Azodicarbonamide


BLOWING AGENT Pengaruh Ukuran partikel pada reaksi dekomposisi Azodicarbonamide


BLOWING AGENT Pengaruh Penambahan bahan Aktivator pada reaksi dekomposisi Azodicarbonamide


BLOWING AGENT Resin plastik yang baik untuk foaming

• •

Resin Amorph (PS, PVC) : resin yang paling ideal utk foaming Resin Crystalline (PP, PET, HDPE, nylon) Foaming resin cryatalin pengembangan baru-baru saja dengan formulasi foaming agent yang khusus dan proses manufacturing resin.

Contoh produk PVC foam


BLOWING AGENT Resin yang banyak menggunakan Blowing agent adalah PVC Contoh: cover dinding dan lantai, matras untuk senam, gasket, konstruksi (rigid PVC-foam) Perkembangan teknologi baru: Plastic Pellet : rigid PVC-foam dilapisi oleh UHMW-PE Foamed wood-composite


NUCLEATING AGENT Definisi: “Bahan tambahan pembentuk inti kristal pada material plastik” Persyaratan penting untuk berlangsungnya proses kristalisasi: Adanya inti kristal (nukleus ), dari inti kristal ini rantai-rantai polimer akan tersusun membentuk struktur seperti batang tipis atau benang yang menyebar keseluruh arah. Struktur demikian disebut spherulite


NUCLEATING AGENT

Struktur Spherulite


NUCLEATING AGENT

Fungsi nucleating agent: •

Mempercepat proses kristalisasi pada plastik semi-kristalin

•

Dengan semakin cepatnya proses pembentukan kristal, kristal yang akan terbentuk akan semakin banyak, sementara itu volume material tetap, sehingga ukuran kristal yang dihasilkan akan semakin kecil

•

Ukuran kristal yang lebih kecil, lebih kecil dari panjang gelombang visible light , menyebabkan cahaya yang diteruskan ( transmittance ) meningkat dan cahaya yang direfleksi (scattering effect ) menurun

•

Efek ini membuat material akan lebih transparan


NUCLEATING AGENT Keuntungan memperkecil ukuran kristal menggunakan Nucleating agent: •

• •

Pembentukan kristal lebih cepat → mempercepat solidifikasi lelehan plastik → memperpendek cycle time pemrosesan → menekan biaya Ukuran kristal lebih kecil → memperbaiki sifat mekanik plastik, seperti kuat tarik, kekerasan. Memperbaiki sifat optik plastik (karena lebih transparan)


NUCLEATING AGENT Nukleating agent dapat berupa:    

Sisa katalis Senyawa organik, seperti: asam benzoat Senyawa inorganik, seperti: talk, pigment Kristal polimer asing, seperti: • PA 4,6 → NA untuk PA 6 • Polycyclopentene → NA untuk PP


NUCLEATING AGENT Untuk mendapatkan efek yang optimal nucleating agent harus: • Tidak larut dalam plastik • Mempunyai titik leleh yang lebih tinggi dari titik leleh plastik • Mempunyai ukuran antara 1 – 10 mikrons • Terdispersi secara homogen


ANTI BLOCKING AGENT Definisi: “Bahan yang ditambahkan dalam material plastik dengan tujuan untuk mencegah terjadinya block (kecenderungan bersatunya) dua lapisan plastik film, dimanadiantara kedua lapisan tersebut dipengaruhi oleh daya adhesi permukaan” Fungsi dan manfaat Anti Blocking Agent: – Mencegah/mengurangi daya block antar permukaan plastik film – Mencegah lengketnya plastik film dengan roller pada sistem calendering.


ANTI BLOCKING AGENT Mekanisme penambahan Anti Blocking ; Penambahan antiblocking pada resin plastik menimbulkan permukaan plastik film lebih kasar (secara mikroskopik), sehingga menurunkan daya adhesi antara permukaan plastik film Perlu diperhatikan dalam penambahan Anti Blocking: – Jumlah/kadar anti Anti Blocking – Besar/ukuran partikel yang Anti Blocking


ANTI BLOCKING AGENT Pengaruh penambahan anti blocking terhadap plastik film; • Mengurangi koefisien friksi permukaan • Meningkatkan tingkat Haze • Mencagah melt facture (untuk Blow film ) • Meningkatkan kekakuan Kriteria Anti Blocking berdasarkan besaran partikel: • Partikel Anti Blocking untuk plastik film tipis (ketebalan < 30 µm) • Partikel Anti Blocking untuk plastik film tebal (ketebalan > 30 µm)


ANTI BLOCKING AGENT Bahan Anti Blocking yang sering digunakan: Anti Blocking Nama Resin

Kandungan

Zeolite

: PVC, PET LLDPE

: 2000 - 4000 ppm

Mineral

: LDPE, LLDPE

: 3000 – 6000 ppm

Natural Silica

: PVC, LDPE

: 2500 – 4000 ppm

Synthetic Silica : PVC, PP, PET, LLDPE : 1000 – 2000 ppm

Pemakaian Anti blocking untuk pengemas obat dan makanan harus mengikuti regulasi FDA CFR 160.105; 160.815; 172.280


ANTI BLOCKING AGENT Keunggulan Synthetic silica dari pada Natural anti block ;

• Ukuran lebih meata dengan permukaan partikel sangat halus • Bisa dibentuk ukuan sangat halus (Ø = 2-10 nm) • Kemampuan dispersi 300 – 1000 m2 /gram Contoh anti blocking special organic : Crosslink PMMA-Silicon micro resin (ukuran bisa diatur sangat kecil dan teratur/merata, permukaan bisa lebih halus)


ANTI BLOCKING AGENT Bahan Anti blocking dari alam (natural ) • Natural silica dan mineral :permukaan tidak halus, kurang efisien, pengaruh negatif pada sifat optik. • Mineral: Clay, talk, chalk, CaCO 3 • Natural silica lebih abrasive dan harga lebih murah dari pada mineal • Aluminosilica mineral sintetic yang labih baik dari pada natural silica dengan haga elatif murah dibanding silica synthetic


ANTI BLOCKING AGENT Pengembangan bahan Anti Blocking • Meningkatkan kemurnian dan keseragaman ukuran • Meningkatkan kehalusan permukaan dan meningkatkan porositas • Meningkatkan sifat alir pada proses dan sifat optik pada produk Pengawasan Toxicity mengikuti regulasi FDA: • Silica (Bentuk amorphus dikatagoikan aman, bentuk kristalin bersifat karosigenik) • Talkum dikatagorikan aman (FDA CFR 182.90.21, CFR 175.30) • Zeolite dikatagorikan inhalative Toxicity (Toksis secara pernapasan) • Lime stone (CaCO3) dikatagorikan tidak racun


SLIP AGENT Definisi: “Bahan tambahan pada plastik film dengan tujuan menghindarkan stacking /lengket antara permukaan plastik seperti pada kantong plastik” Prinsip:

Modifikasi sifat permukaan plastik film dengan menurunkan gaya friksi antara dua permukaan plastik dengan jalan menambahkan partikel organik

Aditif Dalam Material Plastik_MC_2011 [Compatibility Mode]

Recommend Documents