LAPORAN PRAKTIKUM MATERIAL POLIMER/KOMPOSIT (2016)
1
PROSES MANUFAKTUR MATERIAL DAN KARAKTERISASI POLIMER THERMOPLASTIK
Slamet Raharjo, Bayu Sinung P, Samuel, Hafizhul Islam, Yudhistira A., dan Ferdiansyah I qbal R Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
— Polimer merupakan ilmu pengetahuan yang Abst Abstrak berkembang secara aplikatif. Plastik adalah suatu polimer yang mempunyai sifat-sifat unik dan luar biasa.Secara garis besar, plastik dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu: plastik thermoplast dan plastik thermoset. Plastik thermoplast adalah plastik yang dapat dicetak berulang-ulang dengan adanya panas. Yang termasuk plastic thermoplast antara lain: PE, PP, PS, ABS, SAN, nylon, PET, BPT, Polyacetal (POM), PC dll. Dengan menggunakan pellet polymer tertentu dengan sampel D, percobaan dilakukan dengan Tg=120oC dan Tm=240oC menggunakan alat Hand Truder kemudian dilakukan analisa gugus fungsi dengan menggunakan alat uji FTIR. Standar pengujian untuk percobaan kali ini menggunakan ASTM D3641 – 15 (Standard Practice for Injection Molding Test Specimens of Thermoplastic Molding and Extrusion Materials.). Menggunakan alat uji F TIR didapatkan bahwasannya gugus fungsi . dengan panjang gelombang 3000 – 2850 2850 cm-1 dengan ikatan CH (Alkana Jenuh), 2800 – 2700 cm-1 dengan ikatan O=C-H (Aldehid, dua puncak lemah), 1750 – 1715 1715 cm1 dengan ikatan C=O (Ester), 1650 – 1510 1510 cm-1 dengan ikatan N=O (Senyawa Nitro), dan 1400-1000 cm-1 dengan ikatan C-O , C-N. Thermoplastik, FTIR, gugus fungsi. — Thermoplastik, K ata K unci
I. PENDAHULUAN Polimer merupakan ilmu pengetahuan yang berkembang secara aplikatif. Kertas, plastik, ban, seratseratalamiah, merupakan contoh produk polimer. Plastik merupakan salah satu bahan yang paling umum kita lihat dan gunakan. Bahan plastik secara bertahap mulai menggantikan gelas, kayu dan logam. Karena mempunyai keunggulan, yaitu: ringan, kuat dan mudah dibentuk, anti karat dan tahan terhadap bahan kimia, mempunyai sifat isolasi listrik yang tinggi, dapat dibuat berwarna maupun transparan dan biaya proses yang lebih murah. Namun begitu daya guna plastik juga terbatas terbatas karena kekuatannya yang rendah, tidak tahan panas mudah rusak pada suhu yang rendah. Keanekaragaman jenis plastic memberikan banyak pilihan dalam penggunaannya dan cara pembuatannya. Plastik adalah suatu polimer yang mempunyai sifat-sifat unik dan luar biasa.Secara garis besar, plastik dapat dikelompokkan dikelompokkan menjadi dua golongan, golongan, yaitu: plastik thermoplast dan plastik thermoset. Plastik thermoplast adalah plastik yang dapat dicetak berulangulang dengan adanya panas. Yang termasuk plastic
thermoplast antara lain: PE, PP, PS, ABS, SAN, nylon, PET, BPT, Polyacetal (POM), PC dll. II.
TINJAUAN PUSTAKA
II.1 Polimer Polimer adalah molekul besar yang terbentuk dari unit yang berulang secara sederhana. Bahan-bahan yang termasuk polimer seperti plastik, serat, film dan sebagainya yang biasanya dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari mempunyai berat molekul di atas 10.000. Pada umumnya polimer dibentuk dari satuan struktur yang tersusun secara berulang dengan ikatan berupa gaya tarik menarik yang disebut ikatan kovalen, dimana ikatan setiap atom dari pasangan menyumbangkan satu elektron untuk membentuk sepasang elektron. Sifat-sifat khas bahan polimer pada umumnya adalah sebagai berikut : 1. Kemampuan cetaknya baik. Pada temperature rendah bahan dapat dicetak dengan penyuntikan, penekanan, ekstruksi dan seterusnya. 2. Produk ringan dan kuat. Berat jenis polimer rendah dibandingkan dengan logam dan keramik, yaitu n = 1,2 – 1,2 – 1,7 1,7 yang memungkinkan membuat barang kuat dan ringan. 3. Banyak diantara polimer bersifat isolasi listrik yang baik. Polimer mungkin juga dibuat konduktor dengan jalan mencampurnya dengan serbuk logam butiran karbon dan sebagainya. 4. Baik sekali ketahanannya terhadap air dan zat kimia. 5. Produk produk dengan sifat yang cukup berbeda dapat dibuat tergantung pada cara pembuatannya. 6. Umumnya bahan polimer lebih murah harganya. 7. Kurang tahan terhadap panas sehingga perlu cukup diperhatikan pada penggunaanya. 8. Kekerasan permukaan yang sangat kurang 9. Kurang tahan terhadap pelarut. 10. Mudah termuati listrik secara elektrostatis. 11. Beberapa bahan tahan abrasi atau mempunyai koefisien gesek yang kecil .[1] II.2 Termoplastik Termoplastik merupakan polimer yang melunak apabila dipanaskan (dan akhirnya mencairkan) dan mengeras kembali ketika didinginkan . Proses yang benar benar reversibel dan dapat diulang. Pada tingkat molekuler, sebagai temperatur dinaikkan, pasukan ikatan sekunder berkurang (oleh peningkatan molekul gerak)
LAPORAN PRAKTIKUM MATERIAL POLIMER/KOMPOSIT (2016) sehingga pergerakan relatif dari rantai yang berdekatan difasilitasi ketika tegangan adalah terapan. degradasi irreversibel terjadi ketika polimer termoplastik cair dinaikkan suhu terlalu tinggi. Selain itu, termoplastik relatif lembut. kebanyakan linear polimer d an mereka yang memiliki beberapa struktur bercabang dengan rantai fleksibel. Contoh polimer termoplastik umum termasuk polietilen, polistiren, poli (etilena tereftalat), dan poli (vinil klorida). [2] II.3 Material Termoplastik II.3.1 Polipropilena Polipropilena adalah polimer termoplastik yang dapat dibuat pada temperature tinggi. Polipropilena merupakan jenis bahan baku plastik yang ringan, densitas 0,90 – 0,92, memiliki kekerasan dan kerapuhan yang paling tinggi dan bersifat kurang stabil terhadap panas dikarenakan adanya hidrogentersier. Polipropilena Memiliki tensile strength sebesar 35,8 Mpa, Impact Strength sebesar 43 J/m. Sifat khusus dari polipropilena adalah tahan panas dan tahan terhadap zat kimia. Aplikasi polipropilena adalah sebagai perabot rumah tangga (dari plastik), bahan pakaian (nilon, poliester), alat pembungkus, alat transportasi, bahkan organ manusia seperti ginjal, jantung dan tulang dari bahan polimer sintesis.Struktur kimia dari polipropilena sebagi berikut :
2
II.3.2. Polikarbonat Polikarbonat terdiri dari polimer dengan gugus karbonat (-O-(C=O)-O-) dalam rantai molekuler yang panjang.. Polikarbonat akan mengalami transisi gelas pada temperatur 150 oC sehingga polikarbonat akan menjadi lembek secara bertahap di atas temperature ini, dan mulai mencair pada temperatur 300 oC.memiliki tensile strength sebesar 69 MPa dan Impact strength sebesar 694 J/m. polikarbonat memiliki sifat fisik yang bagus, ketangguhan yang tinggi, tahan panas, tahan zat kimia dan transparan. Aplikasi Polikarbonat adalah sebagai lensa lampu otomotif. Struktur kimia dari polikarbonat sebagai berikut :
Gambar 2.3 Struktur Kimia Polikarbonat II.3.4 LDPE LDPE ( Low Density Poly Ethylene) merupakan polietilen berdensitas rendah. LDPE memiliki percabangan yang banyak sehingga gaya antar molekulnya rendah. Memiliki massa yang ringan, sangat fleksibel, performa thermoforming yang bagus dll. Memiliki Tensile strength sebesar 1,943 Psi, melting point sebesar 23 0 F. Regangan maksimal adalah 515%. Aplikasi LDPE adalah sebagai Die Pads, Hinges dll. Struktur kimia dari polietilen sebagai berikut :
Gambar 2.1 Struktur Kimia Polipropilena II.3.2. Polistirena Polistirena adalah polimer yang tergolong ke dalam klasifikasi polimer Thermoplastis. Tensile strength berkisar 40 – 60 Mpa, dan perpanjangan hanya 3 – 4%, serta Modulus Elastisitas (3000 – 3600) MPa. Temperatur Melting point berkisar 240oC dan Glass Transition Temperature berkisar pada 95 oC. Struktur kimia dari Polistirena ini adalah (C8H8)n dengan Mer berbentuk C yang berikatan dengan unsur H dan terdapat ikatan pula dari C dengan gugus aromatic. Aplikasi dari polistirena yaitu sebagai pembungkus makanan berupa styrofoam d an sebagai perabotan rumah tanga seperti sapu . Struktur kimia dari polistirena sebagai berikut :
Gambar 2.2 Struktur Kimia Polistirena
Gambar 2.4 Struktur Kimia Polietilen II.3.5. HDPE HDPE (High Density Polyethylene) lebih kaku dan keras dibandingkan dengan LDPE. Memiliki tensile strength 4 kali lebih tinggi dibandingkan LDPE yaitu sebesar 3100-5500 psi, Elongation sebesar 20-1000%, memiliki melting point 120-180 oC. Memiliki sifat abrasion resistant yang baik, Impact strength tergolong tinggi, Tahan zat kimia, Tahan air. Struktur kimia dari polietilen sebagai berikut :
LAPORAN PRAKTIKUM MATERIAL POLIMER/KOMPOSIT (2016)
3
Gusus lain yang menunjukkan terjadinya degradasi oksidatif adalah gugus hidroksidasi dan karboksilat (Harjono, 1991).[1]
III.
Gambar 2.5 Struktur Kimia Polietilen Aplikasi HDPE: Pipe Flanges, Radiation Shielding dll.[3]
II.3.6 Metode Pembentukan Polimer Plastik Dalam pembentukan polimer plastik biasanya menggunakan metode molding (pencetakan) . pencetakan sendiri terdiri dari compresion, transfer, blow , injection, dan extrusion. [2] II.4 Spektroskopi Infra Merah (FTIR) Dua variasi intrumentasi dari spektroskopi IR yaitu metode dispersif yang lebih tua, dimana prisma atau kisis dipakai untuk mendispersikan radiasi IR, dan metode yang kedua Fourier Transform (FT) IR yang lebih akhir, yang menggunakan prinsip interferometri. Kelebihan FTIR ini ukuran sampel yang digunakan untuk diuji lebih kecil dan spektrum yang dihasilkan dapat lebih cepat terdeteksi karena telah tersimpan di dalam komputer. Spektrum-spektrum disfersif dari sebagian besar polimer komersial telah dicatat, oleh karena identifikasi kualitatif zat-zat yang tidak diketahui seringkali dapat diselesaikan melalui perbandingan. Ini mencakup polimer polimer yang memiliki stereokimia atau distribusi rangkaian monomer yang bervariasi, karena perbedaan demikian biasanya menghasilkan spectrum spektrum yang berbeda. Dimana spektrum-spektrum komparatif tidak tersedia, pengetahuan struktur polimer dapat diperoleh melalui pertimbangan yang wajar terhadap pita-pita gugus fungsional, atau dengan membandingkan spetruk dengan spectrum senyawa-senyawa model berat molekul yang rendah yang siap terkarakterisasi dengan struktur yang mirip (Steven, 2001). Penggunaan spektroskopi FTIR untuk analisa banyak digunakan untuk identifikasi suatu senyawa. Hal ini disebabkan spektru FTIR suatu senyawa (missal senyawa organik) bersifat khas, artinya senyawa yang berbeda akan mempunyai spektrum yang berbeda pula. Vibrasi ikatan kimia pada suatu molekul menyebabkan pita serapan hampir seruhnya di daerah spektrum IR yakni 4000 – 400 cm-1. Formulasi bahan polimer komersial dengan kandungan aditif bervariasi sebagai kandungan pemplastis, pemantap dan anti oksidan, memberikan kekhasan pada spekturm IRnya. Analisis IR memberikan informasi tentang kandungan aditif, panjang rantai, dan struktur rantai polimer. Disamping itu, analisis Irdapat digunakan untuk karakterisasi bahan polimer yang terdegradasi oksidatif dengan munculnya gugus karbonil dan pembentukan ikatan rangkap pada rantai polimer.
METODE PENELITIAN
3.1 Bahan Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah Pellet thermoplastic Secukupnya 3.2 Alat Alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah Hand truder Model PM-1, Toyoseiki. 1Set 3.3 Prosedur Kerja Pertama menyiapkan 15 gr pellet, kedua mengecek untuk memastikan bahwa semua kabel power telah terhubung dengan main power unit dengan AC 110V , Ketiga Memastikan kabel thermocouple mouldingtelah terhubung dengan box temperature control ,Keempat menyiapkan molder, piston , cleaning rod , connector piston , penutup molder , dan kunci L ,Kelima memasang piston dan konektornya kemudian jepit pada main unit. Kenam Mengatur box temperature control untuk silinder sesuai arahan dari asisten dan molder (untuk temperature molder maksimum 100˚C.) Keenam memasang molder dan penutupnya , letakkan pada bagian tengah round handle dengan posisi tempat masuk resin berada di atas dan berjarak kurang lebih 7 cm dari tempat keluar resin. (Note: putar round handle ke kanan untuk menaikkan dengan tetap memegang mold, dan sebaliknya ke kiri untuk menurunkan). Ketujuh Setelah temperature stabil masukkan pellet pada silinder sembari memberikan tekanan hingga detektor pada “penggaris” menunjukkan angka ±110. Biarkan selama ±2 menit agar semua pellet melting. Kedelapan memberi tekanan untuk membuang sisa pengotor yang ada dalam silinder. , Kesembilan membuka penutup molder dan naikkan sehingga tempat keluar dan masuk resin terhubung. Lalu memberi tekanan pada pellet hingga detektor “penggaris” menunjukkan angka ±10 .Kemudian menurunkan molder, setting temperatur molder ±80˚C, dan lakukan pendinginan pada temperature ruang ,Jika diperlukan pendinginan cepat, aliri udara dengan compressor melalui nozzle pendingin .Sambil menunggu proses pendinginan, ganti piston dengan cleaning rod yang dilapisi kain, berikan tekanan untuk membersihkan sisa kotoran. Tunggu hingga temmperatur molder stabil, kemudian buka molder. Untuk mengulangi proses pembuatan, lakukan step 5 sampai dengan selesai.
3.4 Standar Pengujian Standar pengujian untuk percobaan kali ini menggunakan ASTM D3641 – 15 (Standard Practice for Injection Molding Test Specimens of Thermoplastic Molding and Extrusion Materials.)
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Pengujian Fisis (Polimer)
LAPORAN PRAKTIKUM MATERIAL POLIMER/KOMPOSIT (2016)
4
cm-1 dengan ikatan N=O (Senyawa Nitro), dan 1400-1000 cm-1 dengan ikatan C-O , C-N. DAFTAR PUSTAKA [1] Agusnar, Harry. (2007). Penggunaan Kitosan Dari Tulang Rawan Cumi-Cumi (Loligo Pealli) Untuk Menurunkan Kadar Ion Logam Cd Dengan Menggunakan Spektrofotometri Serapan Atom. Medan : Universitas Sumatra Utara [2] Callister, William D dan David G Rethwisch. (2010). Materials Science and Engineering an Introduction 8th Edition. USA: John Wiley & Sons Gambar 4.1 Pengujian FTIR
[3]
Harper, Charles A. (2003). Plastics Materials and Processes: A Concise Encyclopedia. Jakarta : John Wiley and Sons.
[4]
Nugraha, Febrinaldo Eka .(2008). Optimasi Pemecahan Emulsi Air Dalam Pelumas Bekas Menggunakan Campuran Larutan NaClETANOL. Bandung : ITB
4.2 Analisis Pengujian Mekanik
Gambar 4.2 Gugus Fungsi Pada pengujian FTIR ini terdapat beberapa puncak bilangan. Panjang gelombang terbesar terdapat pada angka 2949.03 cm-1 dan panjang gelombang terkecil terdapat pada angka 397.10 cm-1. Pada bagian kiri grafik terdapat panjang gelombang rentrang 3000 – 2850 cm-1 Berdasarkan Tabel Korelasi inframerah , memiliki ikatan tunggal ke hidrogen dan jenis ikatanya merupakan C-H (Alkana Jenuh), lalu terdapat rentang 2800 – 2700 cm-1 memiliki jenis ikatan O=C-H (Aldehid, dua puncak lemah) , lalu terdapat juga panjang gelombang yang termasuk dalam rentang 1750 – 1715 cm-1 memiliki jenis ikatan C=O (Ester) , kemudian terdapat juga panjang gelombang yang termasuk dalam rentang 1650 – 1510 cm-1 memiliki jenis ikatan N=O (Senyawa Nitro) , dan juga terdapat panjang gelombang yang termasuk dalam rentang 14001000 cm-1 memiliki jenis ikatan C-O , C-N. [4] V. KESIMPULAN Kesimpulan dari percobaan yang dilakukana adalah : 1.Proses manufaktur material polimer thermoplas dengan sampel D dapat di lakukan dengan Tm = 240oC dan Tg = 120oC menggunakan Hand Truder. 2.Menggunakan alat uji FTIR didapatkan bahwasannya gugus fungsi . dengan panjang gelombang 3000 – 2850 cm-1 dengan ikatan C-H (Alkana Jenuh), 2800 – 2700 cm1 dengan ikatan O=C-H (Aldehid, dua puncak lemah), 1750 – 1715 cm-1 dengan ikatan C=O (Ester), 1650 – 1510
