SIFAT DAN KARAKTERISTIK MATERIAL PLASTIK DAN BAHAN ADITIF Iman Mujiarto * ) Abstrak Plastik merupakan salah satu bahan yang paling umum kita lihat dan gunakan. Bahan plastik secara bertahap mulai menggantikan gelas, kayu dan logam. Hal ini disebabkan bahan plastik mempunyai beberapa 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 karena kekuatannya yang rendah, tidak tahan panas mudah rusak pada suhu yang rendah. Keanekaragaman jenis jenis plastik plastik memberikan memberikan banyak pilihan dalam penggunaannya dalam penggunaannya dan cara pembuatannya.
Kata kunci si!at" karakt#ristik " mat#ria$ %$astik" ba&an a'iti! PENDAH(L(AN Plastik adalah suatu polimer yang mempunyai sifatsifat unik dan luar biasa. Polimer adalah suatu bahan yang terdiri dari unit molekul yang disebut monomer. !ika monomernya sejenis disebut homopolimer, dan jika monomernya berbeda akan menghasilkan kopolimer. kopolimer. Polimer alam yang telah kita kenal antara lain : selulosa, protein, karet alam dan sejenisnya. Pada mulanya manusia menggunakan polimer alam hanya untuk membuat perkakas dan senjata, tetapi keadaan ini hanya bertahan hingga akhir abad "# dan selanjutnya manusia mulai memodifikasi polimer menjadi plastik. Plastik yang pertama kali dibuat secara komersial adalah nitroselulosa. $aterial plastik telah berkembang pesat dan sekarang mempunyai peranan yang sangat penting dibidang elektronika, pertanian, tekstil, transportasi, furniture, konstruksi, kemasan kosmetik, mainan anak % anak dan produk % produk industri lainnya. &ecara &ecara garis besar, besar, plastik dapat dikelompok dikelompokkan kan menjadi dua golongan, golongan, yaitu : plastik thermoplast dan plastik thermoset. Plastik thermoplast adalah plastik yang dapat diceta dicetak k berula berulang ngula ulang ng dengan dengan adanya adanya panas panas ' lihat lihat tabel tabel ( ). *ang *ang termas termasuk uk plasti plastik k thermoplast antara lain : P+, PP, P&, B&, &N, nylon, P+-, BP-, Polyacetal 'P$), P/ dll. &edangkan palstik thermoset adalah plastik yang apabila apabila telah telah mengalami mengalami kondisi tertentu tidak dapat dicetak kembali karena bangun polimernya berbentuk jaringan tiga dimensi ' lihat -abel " ). *ang termasuk plastic thermoset adalah : P0 'Poly 0rethene), 01 '0rea 1ormaldehyde), $1 '$elamine 1ormaldehyde), polyester, epoksi dll. 0ntuk membuat barangbarang plastik agar mempunyai sifatsifat seperti yang dikehendaki, maka dalam proses pembuatannya selain bahan baku utama diperlukan juga bahan tambahan atau aditif. Penggunaan bahan tambahan ini beraneka ragam tergantung pada bahan baku yang digunakan dan mutu produk yang akan dihasilkan. Berdasarkan fungsi fungsinya nya , maka maka bahan bahan tambaha tambahan n atau atau bahan bahan pembant pembantu u proses proses dapat dapat dikelo dikelompo mpokkan kkan menjadi : bahan pelunak 'plastici2er), bahan penstabil 'stabili2er), bahan pelumas 'lubricant), bahan pengisi 'filler), pewarna 'colorant), antistatic agent, blowing agent, flame retardant dsb.
3
) Sta! P#najar AMNI S#maran
Traksi +o$ , No -" D#s#mb#r -../ 0/
-emperature
a. &tart of process b. Plastic melted c. Plastic permanently hard
c
b
a Time
4ambar ". Plastik -ermoset
-emperature
b a
a. &tart of process b. Plastic melted c. Plastic hard but can be resoftened
c Time
4ambar (. Plastik -hermoplast
BAHAN BAK( PLASTIK THERM1PLAST P1L2PR1P2LENE 3PP) Polypropylene merupakan polimer kristalin yang dihasilkan dari proses polimerisasi gas propilena. Propilena mempunyai specific gra5ity rendah dibandingkan dengan jenis plastik lain. &ebagai perbandingan terlihat pada -abel ".
-abel ". Perb andi naga n speci fic Traksi +o$ , No -" D#s#mb#r -../ 0/
gra5ity dari berbagai material plastik. 6esin PP 78P+ H8P+ Polistirena B& P9/ setil &elulosa Nylon Poli Karbonat Poli setat
Traksi +o$ , No -" D#s#mb#r -../ 0/
-abel (. -emperature 7eleh Proses termoplastik Processing -emperature 6ate $aterial B& cetal crylic Nylon Poly /arbonat 78P+ H8P+ PP P& P9/
o/ "; (<; "> % ((> "; % (>; (?; % (#; (; % ="; "?; % (<; (;; % (; (;; % =;; "; % (?; "?; ";
o1 =>? % % <=@ =>? % <( >;; % >>< >=? >#; =(; % =? =#( % >@( =>? % >;; =(; % =?>
Polypropylene mempunyai titik leleh yang cukup tinggi '"#; (;; o/), sedangkan titik kristalisasinya antara "=; % "=> /. Polypropylene mempunyai ketahanan terhadap bahan kimia ' hemical 6esistance) yang tinggi, tetapi ketahanan pukul 'impact strength) nya rendah. P1L2STIRENE 3PS) Polistirene adalah hasil polimerisasi dari monomer monomer stirena, dimana monomer stirena nya didapat dari hasil proses dehidroge nisasi dari etil ben2ene 'dengan bantuan katalis), sedangkan etil ben2enenya sendiri merupakan hasil reaksi antara etilena dengan ben2ene 'dengan bantuan katalis). &ifatsifat umum dari poli stirena : ". &ifat mekanis &ifatsifat mekanis yang menonjol dari bahan ini adala h kaku, keras, mempunyai bun yi seperti metallic bila dijatuhkan. (. Ketahanan terhadap bahan kimia Ketahanan P& terhadap bahanbahan kimia umumnya tidak sebaik ketahanan yang dipunyai oleh PP atau P+. P& larut dalam eter, hidrokarbon aromatic dan chlorinated hydrocarbon. P& juga mempunyai daya serap air yang rendah, dibawah o,(> A. =. brasion resistance P& mempunyai kekuatan permukaan relati5e lebih keras dibandingkan dengan jenis termoplastik yang lain. $eskipun demikian, bahan ini mudah tergores. <. -ransparansi &ifat optis dari P& adalah mempunyai derajat transparansi yang tinggi, dapat melalui semua panjang gelombang cahaya '??#;A). 8isamping itu dapat memberikan kilauan yang baik yang tidak dipunyai oleh jenis plastic lain, dimana bahan ini mempunyai indeks refraksi ",>#(. >. &ifat elektrikal Karena mempunyai sifat daya serap air yang rendah maka P& digunakan untuk keperluan alatalat listrik. P& foil digunakan untuk spacers, slot liners dan co5ering dari kapasitor, koil dan keperluan radar. ?. Ketahanan panas P& mempunyai softening point rendah '#;o/) sehingga P& tidak digunakan untuk pemakaian pada suhu tinggi, atau misalnya pada makanan yang panas. &uhu maksimum yang boleh dikenakan dalam pemakaian adalah @>o/. 8isamping itu, P& mempunyai sifat konduktifitas panas yang rendah.
P& dibuat dalam berbagai grade yang dapat digunakan untuk membuat produk jadi. Pemilihan grade sangat penting dan disesuaikan dengan produk jadinya. 4radegrade P& yang umum dipakai adalah: general purpose, light stabili2ed, heat resistance, mpact grade. Polistrena dapat diproses dengan cara pengolahan yang umum digunakan untuk PP atau P+, yaitu: cetak injeksi, eCtrusion, thermoforming. A4R2L1NITRILE B(TADIENE ST2RENE 3ABS) crylonitrile butadiene styrene 'akrilonitril butadiene stirena, B&) termasuk kelompok engineering thermoplastic yang berisi = monomer pembentuk. krilonitril bersifat tahan terhadap bahan kimia dan stabil terhadap panas. Butadiene memberi perbaikan terhadap sifat ketahanan pukul dan sifat liat 'toughness). &edangkan stirena menjamin kekakuan 'rigidity) dan mudah diproses. Beberapa grade B& ada juga yang mempunyai karakteristik yang berfariasi, dari kilap tinggi sampai rendah dan dari yang mempunyai impact resistance tinggi sampai rendah. Berbagai sifat lebih lanjut juga dapat diperoleh dengan penambahan aditif sehingga diperoleh grade B& yang bersifat menghambat nyala api, transparan, tahan panas tinggi, tahan terhadap sinar 09, dll.
B& mempunyai sifatsifat : tahan bahan kimia liat, keras, kaku tahan korosi dapat didesain menjadi berbagai bentuk.
biaya proses rendah dapat direkatkan dapat dielektroplating memberi kilap permukaan yang baik
B& dapat diproses dengan tehnik cetak injeksi, ekstrusi, thermoforming, cetak tiup, roto moulding dan cetak kompresi. B& bersifat higroskopis, oleh karena itu harus dikeringkan dulu sebelum proses pelelehan. Penggunaannya : ". Peralatan Karena keunggulan sifatsifatnya maka banyak digunakan membuat peralatan seperti : hair dryer, korek api gas, telepon, intercom, body dan komponen mesin ketik elektronik maupun mekanik, mesin hitung, dll. (. tomotif Karena sifatnya yang ringan, tidak berkarat, tahan minyak bu mi, maka B& digunakan untuk radiator grill, rumahrumah lampu, emblem, horn grill, tempat kaca spion, dll. =. Barangbarang tahan lama : D B& dengan grade tahan nyala api digunakan untuk cabinet -9, kotak penutup 5ideo, dll. D 4rade tahan pukul pada suhu rendah dan tahan fluorocarbon dapat digunakan untuk pintu dan body kulkas. D Penggunaan lain : komponen /, kotak kamera, dudukan kipas angina meja, dll. <. Bangunan dan perumahan : dudukan kloset, bak air, frame kaca, cabinet, kran air, gantungan handuk, saringan, dll. >. +lektroplated B& : regulator knob, pegangan pintu kulkas, pegangan paying, spare parts kendaraan bermotor, tutup botol, dll.
P1L2+IN2L 4HL1RIDE 3P+4) Poly5inyl chloride 'poli5inil klorida) merupakan hasil polimerisasi monomer 5inil klorida dengan bantuan katalis. Pemilihan katalis tergantung pada jenis proses polimerisasi yang digunakan. 0ntuk mendapatkan produkproduk dari P9/ digunakan beberapa proses pengolahan yaitu : ". /alendering Produk akhir : sheet, film, leather cloth dan floor co5ering. (. +kstrusi $erupakan carapengolahan P9/ yang banyak digunakan karena dengan proses ini dapat dihasilkan bermacam macam produk. E+Ctruder headF dapat diganti dengan bermacam bentuk untuk menghasilkan : D pipa, tube, building profile, sheet, floor co5ering dan monofilament. D solasi kabel listrik dan telepon. D Barang berongga dan blown film. =. /etak injeksi Produk yang diperoleh adalah : D sol sepatu, sepatu, sepatu boot D container, slee5e 'penguat leher baju), 5al5e. D 1itting, electrical and engineering parts. P1L2A4ETAL ATA( P1L2152METH2LENE 3P1M) Polyacetal 'poliasetal) merupakan salah satu engineering plastic yang penting yang banyak digunakan di bidang teletronik, bangunan dan sector alatalat tehnik. da ( tipe poliasetal yaitu homopolimer dan kopolimer. setal homopolimer merupakan polimer kristalin yang dibuat dari formaldehida 6esin ini secara tehnis disebut polioksi metilena 'P$). setal homopolimer dapat dicampur daengan aditif seperti : antioksidan, lubrikan, filler, pewarna, 09 stabili2er, dll. 6esin ini aslinya berwarna putih buram. &ifatsifat umum resin asetat adalah: ". &trength -anpa adanya modifikasi, resin ini mempunyai kekuatan tarik, kekuatan kompresi dan ketahanan gesek yang tinggi. 6esin ini halus dan deformasinya rendah jika diberi beban. 6esin ini mempunyai batas lelah bengkukan 'fleCural fatiGue) yang tinggi sehingga baik digunakan sebagai bahan baku pegas. (. -oughness 6esin ini umumnya liat, tahan pukul meskipun pada suhu rendah, kemulurannya pada suhu kamar mencapai "(A dan pada suhu yang lebih tinggi mencapai "A. =. -hermal -itik leleh homopolimer asetal lebih rendah daripada engineering thermoplastic lainnya. <. +lektrikal
&ifat elektrikalnya dipengaruhi oleh kandungan uap air. Konstanta dielektrikalnya ber5ariasi dari frekwensi ";(";? H2, dan dielectric strengthnya tinggi. >. /hemical -ahan terhadap bermacam macam pelarut, eter, minyak pelumas, minyak, bensin, bahan baker dari methanol, dll. ?. 1riksiumur pakai &ifat pakai dan friksi baik karena permukaannya lebih keras dan koefisien gesekannya rendah.
@. 1lameability 6esin asetal homopolimer ini merupakan material yang terbakar pelanpelan dan berasap sedikit. . &tabiliants dimensi Karena asetal menyerap sangat sedikit uap air, maka perubahan dimensinyapun sangat kecil. P1L24ARB1NATE 3P4) Polycarbonate 'polikarbonat) merupakan engineering plastic yang dibuat dari reaksi kondensasi bisphenol dengan fosgen 'phosgene) dalam media alkali. Polikarbonat mempunyai sifatsifat : jernih seperti air, impact strengthnya sangat bagus, ketahanan terhadap pengaruh cuaca bagus, suhu penggunaannya tinggi, mudah diproses, flameabilitasnya rendah. 0ntuk menghasilkan produk % produknya melalui proses dengan tehnik pengolahan thermoplastic pada umumnya, yaitu: cetak injeksi, ekstruksi, cetak tiup, dan structural foam moulding. &heet polikarbonat dapat diproses dengan tehnik thermoforming menggunakan tekana n maupun 5akum. P/ juga dapat dikenai proses finishing meliputi pelarut dan adhesi5e bonding, pengecatan, printing, hotstamping, ultrasonic welding, dll. Penggunaan P/ di berbagai sector sangat luas, antara lain: ". &ektor otomotif. P/ memberi performance tinggi pada lensa lampu depanbelakang. P/ EopaGue gradeF digunakan untuk rumah lampu dan komponen elektrik. E4lass reinforced gradeF digunakan untuk grill. (. &ektor makanan, P/ digunakan untuk tempat minuman, mangkuk pengolah makanan, alat makanminum, alat masak micro5wa5e, dll, khususnya yang memerlukan produk yang jernih. =. Bidang medis : filter housing, tubing connector, peralatan operasi yang harus disterilisasai. <. ndustri elektrikal. P/ digunakan untuk membuat konektor, pemutus arus, tutup baterai, Elight concentrating panelsF untuk display kristal cair, dll >. latmesin bisnis. P/ dapat digunakan untuk membuat : rumah dan komponen bagian dalam dari printer, mesin fotokopi, konektor telepon, dll. P1LIAMIDA 3N2L1N) Nylon merupakan istilah yang digunakan terhadap poliamida yang mempunyai sifatsifat dapat dibentuk serat, film dan plastic. &truktur nylon ditunjukkan oleh gugus amida yang berkaitan dengan unit hidrokarbon ulangan yang panjangnya berbedabeda dalam suatu polimer. &ifatsifat nylon : ". &ecara umum nylon bersifat keras, berwarna cream, sedikit tembus cahaya. (. Berat molekul nylon ber5ariasi dari "".;;;=<.;;; =. Nylon merupakan polimer semi kristalin dengan titik leleh =>;>@; o1. titik leleh erat kaitannya dengan jumlah atom karbon. !umlah atom karbon makin besar, kosentrasi amida makin kecil, titik lelehnyapun menurun. <. &edikit higroskopis : oleh karena itu perlu dikeringkan sebelum dipakai, karena sifat mekanis maupun elektriknya dipengaruhi juga oleh kelembaban relati5e dari admosfir. >. -ahan terhadap sol5ent organic seperti alcohol, eter, aseton, petroleum eter, ben2ene, //l< maupun Cylene. ?. 8apat bereaksi dengan phenol, formaldehida, alcohol, ben2ene panas dan nitroben2ene panas.
@. Nylon relati5e tidak dipengaruhi oleh waktu simpan yang lama pada suhu kamar. -etapi pada suhu yang lebih tinggi akan teroksidasi menjadi berwarna kuning dan rapuh. 8emikian juga sinar matahari yang kuat akan kurang baik terhadap sifat mekanikalnya. . Penambahan aditif dalam nylon dimaksud untuk memperbaiki sifatsifat nylon. -ehnik pengolahan nylon yang utama adalah cetak injeksi dan ekstrusi. -ehnik lain seperti cetak tiup, rotational moulding, reaction injection moulding '6$) . dapun penggunaannya adalah sebagai berikut : ". ndustri listrik dan elektronika. Nylon ?, baik yang diberi pengisi maupun tidak, mempun yai sifatsifat yang cocok untuk industri, elektronika maupun telekomunikasi, antara lain yaitu : ➢ tahan suhu tinggi pada pengoperasian yang kontinu. ➢ Bersifat isolasi pukulnya ➢ Ketahanan tinggi (. $obil Nylon ? dapat digunakan untuk membuat : pelampung tangki bahan baker, blok bantalan, komponen motor, speedometer, gear, pengisi udara karburator, kerangka kaca, penutup tangki bahan baker, reflector lampu depan, penutup stir, dop roda mobil, dll. =. -ekstil 8i industri tekstil, nylon ? digunakan untuk membuat : bobbin 'gelondong benang), perkakas tenun, ring yang dapat dipindahpindah, gear, dll. <. Peralatan rumah tangga Nylon digunakan untuk furniture, peralatan dapur, folding door, komponen mesin jahit, kancing, pegangan pisau, kerangka pencukur elektrik. >. $esin mesin industri $esin mesin yang dibuat dari n ylon ? antara lain : gear, bantalan 'bearing), pulley, impeller pompa motor, sprocket, rol, tabung, alat pengukur pada pompa bensin. ?. Kemasan 8apat digunakan untuk mengemas makanan seperti : ikan, daging, saus, keju, coklat, kopi, dll. P1L2ETH2LENE PEREPHTALATE 3PET) Polyethylene terephtalate yang sering disebut P+- dibuat dari glikol '+4) dan terephtalic acid '-P) atau dimetyl ester atau asam terepthalat '8$-) &ifatsifat P+- : P+- me rupakan keluarga polyester seperti halnya P/. Polymer P+- dapat diberi penguat fiber glass, atau filler mineral. P+- film bersifat jernih, kuat, liat, dimensinya stabil, tahan nyala api, tidak beracun, permeabilitas terhadap gas, aroma maupun air rendah. P+- engineer resin mempunyai kombinasi sifatsifat: kekuatan 'strength)nya tinggi, kaku 'stiffness), dimensinya stabil, tahan bahan kimia dan panas, serta mempunyai sifat elektrikal yang baik. P+- memiliki daya serap uap air yang rendah, demikian juga daya serap terhadap air. P+- dapat diproses dengan proses ekstrusi pada suhu tinggi >" ?; o1, selain itu juga dapat diproses dengan tehnik cetak injeksi maupun cetak tiup. &ebelum dicetak sebaiknya resin P+- dikeringkan lebih dahulu 'maksimum kandungan uap air ;,;( A) untuk mencegah terjadinya proses hidrolisa selama pencetakan.
Penggunaan P+- sangat luas antara lain : botolbotol untuk air mineral, soft drink, kemasan sirup, saus, selai, minyak makan.
BAHAN TAMBAH 3ADITIF) P#nstabi$ 3Stabi$$i6#r) &tabili2er berfungsi untuk mempertahankan produk plastik dari kerusakan, baik selama proses, dalam penyimpanan maupun aplikasi produk. da = jenis bahan penstabil yaitu : penstabil panas 'heat stabili2er) penstabil terhadap sinar ultra 5iolet '09 &tabili2er) dan antioksidan. (+ stabi$i6#r 09 stabili2er berfungsi mencegah kerusakan barang plastic akibat pengaruh sinar matahari. Hal ini dikarenakan sinar matahari mengandung sinar ultra 5iolet dengan panjang gelombang =;;;<;;; yang mampu memecah sebagian besar senya wa kimia terutama senyawa organik. Antioksi'an ntioksidan berfungsi mencegah atau mengurangi kerusakan produk plastk karena pengaruh oksidasi yang dapat menyebabkan pemutusan rantai polimer. -andatanda yang terlihat apabila produk plastik rusak adalah : D polimer menjadi rapuh D kecepatan alir polimer tidak stabil dan cenderung menjadi lebih tinggi. D &ifat kuat tariknya berkurang D -erjadi retakretak pada permukaan produk D -erjadi perubahan warna PE7ARNA 3 41L1RANT ) Bahan pewarna berfungsi untuk meningkatkan penampilan dan memperbaiki sifat tertentu dari bahan plastik. Pertimbangan yang perlu diambil dalam memilih warna yang sesuai meliputi : ") spek yang berkaitan dengan penampilan bahan plastik selama pembuatan produk warna, meliputi daya gabung, pengaruh sifat alir apada system dan daya tahan terhadap panas serta bahan kimia. () spek yang berkaitan dengan produk akhir, antara lain meliputi ketahanan terhadap cuaca, bahan kimia dan sol5ent.
/olorant dapat diklasifikasikan dalam ( jenis, yaitu : ") 8ye s Bahan ini larut dalam bahan plastik sehingga menjadi satu system dan terdispersi secara merata setelah melalui proses pencampuran. 8yes mempunyai light fastness dan ketahanan panas kurang baik dan dapat mengalami migrasi 'bergerak ke permukaan) sehingga mengurangi daya tarik dan kadangkadang dapat meracuni kulit. Penggunaan dyes dalam plastik jumlahnya terbatas. () Pigment Bahan ini tidak larut dalam bahan plastik tetapi hanya terdispersi diantara rantai molekul bahan plastik tersebut. Pencampuran bahan tersebut dengan bahan plastik
kadangkadang memerlukan tehnologi dan peralatan khusus. 8erajat disperse pigmen dalam bahan plastik tergantung pada suhu, waktu pencampuran dan alat pencampur serta ukuran partikel pigmen dan berat molekul bahan plastik. Pigmen dapat dikelompokkan menjadi ( tipe yaitu pigmen anorganik dan pigmen organik. Pigmen anorganik mempunyai molekul yang lebih besar dan luas
permukaanya lebih kecil, permukaannya buram karena menyebarkan sinar. /ontoh pigment anorganik : titanium dioksida yang memberi warna putih, besi oksida memberi warna kuning, coklat, merah dan hitam, cadmium yang memberi warna kuning terang dan merah, dll. Pigmen organik ukuran partikelnya lebih kecil, warna lebih kuat, dan dispersinya lebih mudah namun harganya lebih mahal. KESIMP(LAN ". $aterial plastik secara garis besar dikelompokan menjadi ( bagian utama yaitu jenis material plastik thermoplast da plastik thermoset. (. Plastik thermoplast adalah plastik yang dapat di daur ulang , sedangkan plastik thermoset tidak dapat didaur ulang. =. 8engan beragamnya material plastik yang ada , kita dapat menentukan memilih produk sesuai dengan spesifikasi dan keinginan berdasarkan sifat dan karakteristik material yang ada. <. !enis material plastik yang memerlukan pre drying ' pengeringan ) sebelum di proses adalah : &, B&, P/ P$ , P9/., sedangkan material plastik yang bisa langsung diproses adalah : P+, PP, P&. DAFTAR P(STAKA ". .B.4lan5ill and +.N.8enton. "##>. njection $ould 8esign 1undamentals. ndustrial Press N/. (;; $adison 5eneu New *ork. (. 8onald 9 6osato, 8ominick 9 6osato. "##>. njection $olding Handbook. /hapman and Hall. New *ork. =. 4eorg $enges, Paul $ohren. "##@. How to $ake njection $olds. Hanser Publisher. $unich 9ienna New *ork Barcelona. <. Herbert 6ees. "##>. $old +ngineering. Hanser4ardner nc. /incinnati. >. H. 8omininghaus. "##=. Plastics foe +ngineers. Hanser Publishers. $unich. 9ienna. New *ork. Barcelona. ?. 6onald . !. Baird. "#? ndustrial Plastik. -he 4oodheart % IillcoC /ompany. nc. New *ork.
