[skripsi] pengaruh variasi komposisi organoclay terhadap sifat mekanik dan termal karet sintetis...
TRANSCRIPT
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
1/69
PENGARUH VARIASI KOMPOSISI ORGANOCLAYTERHADAP
SIFAT MEKANIK DAN TERMAL KARET SINTETIS EPDM
(ETHYLENE PROPHYLENE DI ENE MONOMER)
Skripsi
Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Memperoleh
Gelar Sarjana Sains ( S.Si )
Disusun Oleh:
YULIASARI
NIM : 1111097000043
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
1436 H / 2015 M
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
2/69
ii
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
3/69
500
z
t0s00z
9190816t
'dIN
@
_wryt
'
eIISld
rpnls
{rlerSord
en}a)
ISolou{3J
uep
su
'tnqe1e8ue111
g?00906161I0
"dlN
@
Jl
Suiqwtque6
r00
1 zlz00z
slr0trSl
'dIN
s.fr-EXEIrESIrS
sn
*/Fr/
L'/
-:l
Itr
Ifn8uod
sr0
i
t0r00z
,01
lEl6l
'dlN
ffi
l
SurquIlqtuad
r
t0s86lr[90ts6I
'dIN
mc-4zvFisv
l) tl
\5$
U
100
I
tfn8uod
'tnlnlsduer{
'e){lsl.{
Iprus
ruer8ord
(ts)
nles
3}3r1S
Bueftes
releS
qsloredueru
lBru{s
n]?s
qsles
re8eqes
eullrollp
qslal
rul
ISdu{S
'El0Z
Itrnf
0l
le33u}
epd
Ue>lut
t{"llnr'{eplH
Jue{S
ueaoN
u{8lsl
sE}ISJeAlufl
oloul3J
uap
sut?S
s?]lnlsC
qB/tsBbeunlN
Sueprs
ur"lp
snlnl
w{ule,(urp
uep
linlp
qBIs}
tt0000t601l
t t
l trIN
ue8usp
rresrinA
r{olo
slfn}Ip
?uet
,,(trgWONOh{
ZN1IA
1NIITAII1OA{
flNSzAHl,S}
U,{Gdfl
SI,I,UINTS
ISUYX
'IYI^TUT.L
NVO
XINYXSIAI
TYCIS
dVGYHUf,I
,{|TJONV\UO
tslsodwox
ISYruvA
HnuvoNf,d,'
lnpnhaq
ISdmlS
NYIfO
NYHYSf,CNtrd
l
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
4/69
LEMBAR PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa:
1. Skripsi ini merupakan hasil karya asli saya yang diajukan untuk memenuhi
salah satu persyaratan memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) di UIN
Syarif Hidayatullah Jakarta.
2. Semua sumber yang saya gunakan dalam penulisan ini telah saya
cantumkan sesuai dengan ketentuan yang berlaku di UIN Syarif
Hidayatullah Jakarta.
3. Jika dikemudian hari terbukti bahwa karya ini bukan hasil karya asli saya
atau merupakan hasil jiplakan dari karya orang lain, maka saya bersedia
menerima sanksi yang berlaku di UIN Syarif Hidayatullah Jakarta.
Jakarta, Juli 2015
Yuliasari
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
5/69
v
ABSTRAK
Pada penelitian ini, matriks komposit EPDM dengan komposisi organoclayyang berbeda telah disintesis dan pengaruh filler organoclay telah diamati. Uji
kekerasan dan uji tarik telah dilakukan untuk mengetahui sifat mekanik komposit dan
karakterisasi sifat termal telah diperoleh melalui TGA. Komposit EPDM Clay telah
disintesis melalui proses melt compounding. EPDM tipe buna 6470 dan sulfur
digunakan masing-masing sebagai matriks polimer dan curing agent. Filler yang
digunakan adalah organoclay jenis cloisite 15 A, dan komposit EPDM Clay
dikarakterisasi menggunakan XRD. Berdasarkan hasil XRD, peak d001 yang tidak
terdeteksi menunjukkan bahwa basal spasi yang terbentuk cukup besar dan
menandakan terbentuknya struktur eksfoliasi.
Hasil uji mekanik menunjukkan bahwa tensile strength dan reinforcing index(indeks penguatan) meningkat seiring dengan penambahan komposisi organoclay.
Peningkatan maksimum diperoleh ketika dilakukan penambahan organoclay sebesar
7 phr. Tidak seperti tensile strength dan reinforcing index, penambahan organoclay
pada EPDM menghasilkan hardness yang cenderung konstan dibandingkan dengan
EPDM murni. Hasil karakterisasi TGA menunjukkan peningkatan stabilitas termalpada semua sampel, dengan perbedaan nilai perubahan berat antar sampel cenderung
sama. Stabilitas termal maksimum tercapai pada komposisi organoclay 5 phr.
Kata kunci : komposit EPDM Clay, organoclay, melt compound, eksfoliasi
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
6/69
vi
ABSTRACT
In this research, EPDM composites matrix with different compositions of
organoclay are manufactured and effect of organoclay filler were studied. Hardnessand tensile test were conducted to obtain the mechanical properties of composites and
thermal properties were studied using TGA. EPDM Clay composites were
synthesized by melt compounding method. EPDM buna 6470 and sulphur were
used as a polymer matrix and curng agent, respectively. Organoclay as used fillerwas cloisite 15 A, and EPDM Clay composites were characterized using XRD.
From XRD results, peak d001 was unidentified shows that basal spacing was large and
exfoliated structure was formed.
Mechanical testing results shows that tensile strength and reinforcing index
were increased by addition of organoclay. 7 phr composition is maximum result of
tensile strength and reinforcing index. Unlike others mechanical properties, additions
of organoclay showed a constant hardness results with pure EPDM. TGA results
showed increasing thermal stability for all samples, with different weight values
is relative constant. Maximum thermal stability was performed by 5 phrorganoclay composition.
Keywords : EPDM Clay composites, organoclay, melt compounding, exfoliated
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
7/69
vii
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah pencipta alam semesta yang senantiasa memberikan nikmat-Nya
terutama nikmat Iman dan Islam serta sehat jasmani dan rohani sehingga penulis dapat
menyelesaikan skripsi ini.
Shalawat serta salam semoga selalu tercurah kepada baginda Nabi akhir jaman Muhammad
SAW selaku suri tauladan yang baik, seseorang yang mampu memperkenalkan kita kepada ilmu
pengetahuan.
Sebagai manusia biasa, penulis menyadari bahwa tidak ada satupun pekerjaan yang dapat
diselesaikan sendirian, terselesaikannya skripsi ini tidak lepas dari dukungan berbagai pihak.
Oleh karena itu dengan kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Ibunda tercinta dan Ayahanda tersayang yang selalu mencurahkan kasih sayang,
dukungan moril dan materil, serta doa yang tak pernah lepas untuk ananda. Untuk adik,
nenek, dan seluruh keluarga yang selalu memberikan doa dan motivasi.
2. Bapak Arif Tjahjono, S.T, M.Si selaku pembimbing pertama, terima kasih atas waktu
dan bimbingannya selama ini. Sebuah pengalaman berharga menjadi mahasiswa
bimbingan Bapak yang begitu baik.
3. Bapak Mohamad Irfan Fathurrohman, S.T, M.Si selaku pembimbing kedua yang dengan
kesabaran telah menyempatkan dirinya untuk membimbing penulis selama tahap
penyelesaian skripsi ini.
4. Bapak DR.Agus Salim, M.Si, selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta.
5. Ibu Dr. Eng. Nur Aida, M.Si, selaku Kepala Prodi Fisika, FST-UIN.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
8/69
viii
6. Ibu Tati Zera, M.Si, selaku Sekretaris Prodi Fisika, FST-UIN.
7. Bapak Edi Sanjaya, M.Si dan Bapak Asrul Aziz, DEA selaku dosen penguji.
8. Bapak Priambodo,S.Si yang telah banyak membantu penulis.
9. Tirta Soviyana, selaku rekan satu perjuangan di Pusat Penelitian Karet, terima kasih
atas segala kerja sama dan kesabarannya selama ini.
10. Teman-teman Physics Eleven, terima kasih atas segala dukungan, kebersamaan dan
masa-masa terindah yang terukir selama 4 tahun kuliah.
11. Special untuk Mba Woro, Pak Aos, Pak Jaenal, Pak Sofyan, Bu Fera dan seluruh
pegawai Pusat Penelitian Karet Bogor, terima kasih banyak atas bantuan dankeramahannya selama ini.
12. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu dan telah banyak
membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Bagaimanapun penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak terdapat kekurangan.
Untuk itu penulis sangat berterima kasih atas saran dan kritik yang membangun dari pembaca,
semoga skripsi ini dapat bermanfaat.
Akhirnya hanya kepada Allah SWT penulis memohon semoga mereka dilimpahkan
pahala yang berlipat ganda atas segala batuan dan dicatat sebagai pahala di sisi-Nya, Aamiin.
Jakarta, Juli 2015
Yuliasari
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
9/69
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING ......................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN UJIAN ..iii
LEMBAR PERNYATAAN ..................................................................... iv
ABSTRAK ............................................................................................... v
ABSTRACT .............................................................................................. vi
KATA PENGANTAR .............................................................................. vii
DAFTAR ISI ............................................................................................. ix
DAFTAR TABEL .................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xiii
BAB I. PENDAHULUAN ........................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ..................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ................................................................................ 4
1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................. 5
1.4 Manfaat Penelitian ............................................................................... 6
1.5 Batasan Masalah.................................................................................... 6
1.6 Sistematika Penulisan .......................................................................... 7
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................. 9
2.1 Mineral Clay ........................................................................................ 9
2.2Montmorillonite ................................................................................... 14
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
10/69
2.3 Surfaktan .............................................................................................. 16
2.4 Organoclay ........................................................................................... 17
2.5 Elastomer .............................................................................................. 20
2.6 Karet Sintetis EPDM ............................................................................ 22
2.7 Komposit Polimer Clay ..................................................................... 24
2.8 Karakteristik EPDM Clay ................................................................. 28
BAB III METODE PENELITIAN ........................................................ 30
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .............................................................. 30
3.2 Bahan dan Alat ..................................................................................... 30
3.3 Diagram Alir Penelitian ....................................................................... 31
3.4 Variabel Penelitian ............................................................................... 32
3.5 Prosedur Penelitian ............................................................................... 32
3.5.1 Penimbangan Bahan..................................................................... 32
3.5.2 Sintesis Material Komposit EPDM Clay ................................. 34
3.5.3 Vulkanisasi dan Pencetakan ........................................................ 35
3.5.4 Pengujian dan Karakterisasi ........................................................ 36
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................. 39
4.1 Karakterisasi XRD ................................................................................ 39
4.2 Pengujian Mekanik ................................................................................ 43
4.3 Karakterisasi TGA ................................................................................ 47
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
11/69
BAB V PENUTUP .................................................................................. 52
5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 52
5.2 Saran ..................................................................................................... 52
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 54
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
12/69
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Basal spasi beberapa organoclay komersial ........................................ 19
Tabel 3.1 Komposisi massa masing-masing bahan .............................................. 33
Tabel 3.2 Formula kompon karet EPDM .............................................................. 33
Tabel 4.1Peak organoclay .................................................................................. 41
Tabel 4.2 Nilai uji mekanik seluruh sampel.......................................................... 46
Tabel 4.3 Pengurangan berat TGA........................................................................ 50
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
13/69
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Lilitan elastomer ............................................................................... 2
Gambar 1.2 Dispersi clay di dalam polimer ......................................................... 4
Gambar 2.1 Struktur mineral clay ........................................................................ 10
Gambar 2.2 Struktur kaolinite............................................................................... 11
Gambar 2.3 Struktursmectite................................................................................ 12
Gambar 2.4 Struktur illite ..................................................................................... 13
Gambar 2.5 Struktur montmorillonite ................................................................... 15
Gambar 2.6 Model surfaktan................................................................................. 17
Gambar 2.7 Struktur EPDM ................................................................................. 22
Gambar 2.8 Jenis-jenis dispersi clay dalam matriks polimer................................ 28
Gambar 2.9 Pola difraksi struktur dispersi ........................................................... 29
Gambar 3.1 Open mill dan compression molding ................................................. 31
Gambar 3.2 Diagram alir penelitian ..................................................................... 31
Gambar 3.3 Penggilingan kompon........................................................................ 34
Gambar 3.4 Vulkanisasi dan pencetakan .............................................................. 35
Gambar 3.5 Kompon dan vulkanisat..................................................................... 36
Gambar 3.6 Bentuk sampel uji tarik ..................................................................... 37
Gambar 4.1 Difraktogram organoclay ................................................................. 40
Gambar 4.2 Difraktogram EPDM - Clay .............................................................. 42
Gambar 4.3 Diagram nilai uji mekanik ................................................................ 46
Gambar 4.4 Termogram TGA EPDM - Clay........................................................ 49
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
14/69
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Polimer, sebenarnya telah ada dan digunakan manusia sejak berabad-abad
yang lalu. Polimer - polimer yang sudah digunakan itu adalah jenis polimer alam
seperti selulosa, pati, protein, wol, dan karet. Istilah polimer pertama kali digunakan
oleh kimiawan dari Swedia, Berzelius (1833). Polimer merupakan molekul besar
yang terbentuk dari unit unit berulang sederhana. Nama ini diturunkan dari bahasa
Yunani Poly, yang berarti banyakdan mer, yang berarti bagian. Karena sifatnya
yang karakteristik maka bahan polimer sangat disukai [1].
Berdasarkan gaya antar molekulnya polimer dibagi kedalam 3 kelompok
yaitu elastomer, serat, dan plastik [2]. Elastomer, juga dikenal sebagai karet, mengacu
kepada materi yang tersusun atas molekul berukuran panjang, yang mampu kembali
ke bentuk yang semula setelah ditarik dan direntangkan ke ukuran yang relatif
panjang dibandingkan dengan ukuran awalnya [3,4]. Oleh karena itu, elastomer juga
merupakan singkatan dari "elastic polymer" (polimer elastis). Pada kondisi normal,
molekul materi elastomer membentuk semacam pilinan. Kemudian jika direntangkan,
lilitan molekul terbentang, menjadi lurus, dan memanjang kearah gaya diberikan.
Ketika elastomer dilepaskan, secara spontan, molekul akan kembali ke bentuk
asalnya, yaitu untaian molekul yang terpilin dan terlilit.[4]
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
15/69
2
Gambar 1.1 Lilitan Elastomer
Upaya dalam memperbaiki sifat-sifat polimer telah menghasilkan berbagai
aplikasi praktis dimulai dari produk-produk rumah tangga sampai bahan-bahan
biomedis dan komponen-komponen pesawat terbang. Akan tetapi untuk aplikasi-
aplikasi tertentu, sifat-sifat yang melekat pada polimer murni tidak cukup dan perlu
dimodifikasi melalui penggabungan dengan bahan yang tepat [5-8]. Contohnya
adalah dengan menambahkan filler clay ke dalam elastomer seperti Ethylene
propylene diene monomer (EPDM).
Ethylene propylene diene monomer (EPDM) adalah elastomer sintetis dengan
aplikasi yang luas, umumnya digunakan untuk komponen mobil, alas kaki, medan
listrik, dan peralatan olah raga [9]. Karet etilena propilena (EPM) atau EPDM telah
ditemukan di US dalam jumlah yang terbatas secara komersial pada tahun 1962.
Karet EPM/EPDM sekarang ini adalah elastomer yang berkembang paling cepat (6%
per tahun), yang di dukung dengan berdirinya beberapa pabrik di beberapa Negara
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
16/69
3
[2]. EPDM adalah polimer elastomer yang disintesis dari etilena, propilena dan
sebagian kecil monomer diena, senyawa carbon black, processing oil dan bahan
penstabil [10]. Sifat-sifat EPDM di antaranya memiliki stabilitas termal yang baik,ketahanan terhadap air, tidak mudah teroksidasi oleh udara, tahan terhadap berbagai
bahan kimia, dan memiliki ketahanan usang (ageing resistance) yang baik [11].
Penambahan fille clay ke dalam polimer dapat memperbaiki sifat mekanik dan
meningkatkan ketahanan termal bahan.
Clay yang paling sering digunakan adalah kelompok mineral smectite yaitu
montmorillonite. Smectite adalah mineral yang digunakan dalam berbagai aplikasi
industri karena kapasitas pertukaran kation yang tinggi [12]. Clay yang telah
dimodifikasi oleh molekul organik disebut sebagai organoclay. Organoclay dapat
dihasilkan dengan memodifikasi mineral clay dengan garam amonium kuartener.
Garam amonium kuartener bertindak sebagai surfaktan yang akan memperluas galeri
clay yang merupakan interlayer (spasi antara lapisan-lapisan clay). Galeri clay berisi
kation-kation anorganik seperti ion natrium dan ion kalsium , dan garam amonium
kuartener berisi ion nitrogen.
Clay dimodifikasi untuk memperluas galeri clay dan meningkatkan basal
spasi (d-spacing) sehingga lapisan-lapisan clay (layer) akan terdispersi di dalam
polimer yang akan mempengaruhi tingkat interaksi clay di dalam polimer dan akan
berpengaruh pada sifat material [13]. Dispersi yang diharapkan terjadi pada penelitian
ini adalah eksfoliasi.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
17/69
4
Eksfoliasi terjadi ketika lapisan clay terdispersi ke dalam polimer dengan
pemisahan dan orientasi yang acak. Keberadaan clay yang acak memberikan
penguatan memberikan penguatan mekanik yang cukup besar [13].
Gambar 1.2 Dispersi clay di dalam polimer
Sumber : Polymer/Clay Nanocomposites: Concepts, Researches, Applicationsand Trends for The Future, Priscila Anado.
Oleh karena itu, menjadi sangat menarik untuk meneliti tentang pengaruh
variasi komposisi organoclay terhadap sifat mekanik dan termal karet EPDM.
1.2 Rumusan Masalah
Performa komposit EPDM - Clay yang diharapkan pada penelitian ini yaitu
memiliki sifat mekanik dan termal yang lebih baik. Upaya yang dilakukan untuk
mendapatkan sifat mekanik dan termal yang lebih baik adalah dengan menambahkan
filler organoclay modifikasi ke dalam matriks karet EPDM. Organoclay yang
digunakan adalah montmorillonite merk Cloisite 15A dengan variasi penambahan
organoclay sebesar 0, 3, 5, 7 dan 10 phr (per hundred rubber). Metode
pencampurannya menggunakan teknik melt compounding yang dinilai lebih efektif
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
18/69
5
karena dapat menghasilkan produk yang murah dengan volume tinggi dan ramah
lingkungan.
Berdasarkan hal tersebut, maka permasalahan dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut :
1. Bagaimana pengaruh organoclay terhadap EPDM ?
2. Bagaimana struktur dispersi clay yang terbentuk yang berpengaruh
pada sifat mekanik dan termal ?
3. Bagaimana sifat mekanik dan termal yang dihasilkan pada komposit
EPDM Clay ?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Mengetahui pengaruh organoclay terhadap EPDM.
2. Mengetahui struktur dispersi claypada karet EPDM yang dihasilkan melalui
karakterisasi XRD.
3. Mengetahui sifat mekanik dan termal yang dihasilkan pada komposit EPDM
Clay.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
19/69
6
1.4 Manfaat Penelitian
Dari hasil penelitian ini akan dapat diketahui komposisi
organoclay yang optimal untuk mendapatkan sifat mekanik serta termal yang
baik untuk karet sintetis EPDM.
1.5 Batasan Masalah
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah :
1. Komposit EPDM - Clay disintesis menggunakan metode
melt compounding.
2. Komposit EPDM - Clay dibuat dengan variasi penambahan organoclay
sebesar 0, 3, 5, 7 dan 10 phr.
3. Organoclay yang digunakan adalah organoclay komersial jenis Cloisite
15A yang diproduksi oleh Southern Clay Products. Inc.
4. Pengujian dan karakterisasi komposit EPDM - Clay yang akan dilakukan
yaitu :
a) Uji mekanik berupa uji kekerasan dan uji kuat tarik untuk
mengetahui sifat mekanik material.
b) Karakterisasi TGA untuk melihat stabilitas termal material.
c) Karakterisasi XRD untuk mengetahui struktur dispersi clay
yang terbentuk.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
20/69
7
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan penelitian ini dibuat sesuai urutan bab serta isinya yang secara
garis besar dapat diuraikan sebagai berikut :
BAB I. PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi tentang latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian,
manfaat penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
Tinjauan pustaka berisi materi-materi pendukung penelitian yang terdiri atas
mineral clay, montmorillonite, surfaktan, organoclay, elastomer, karet sintetis
EPDM (Ethylene Prophylene Diene Monomer), komposit polymer clay,
karakteristik EPDM Clay.
BAB III. METODE PENELITIAN
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai tempat penelitian, alat dan bahan yang
digunakan, serta langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian ini.
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Bab ini berisi tentang hasil-hasil penelitian dan pembahasannya.
BAB V. PENUTUP
Penutup berisi tentang kesimpulan hasil penelitian yang telah dilakukan serta
saran-saran yang berkaitan dengan hasil kesimpulan penelitian.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
21/69
8
DAFTAR PUSTAKA
Berisikan pengarang buku, judul buku, edisi buku, tempat penerbit, tahun
penerbitan dari buku-buku yang digunakan sebagai sumber informasi atau
literatur.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
22/69
9
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mineral Clay
Menurut ahli mineralogi, mineral clay adalah mineral silikat berlapis
(pilosilikat) atau mineral lain yang bersifat liat (plasticity) dan mengalami pengerasan
saat dipanaskan atau dalam keadaan kering [14]. Mineral clay merupakan kelompok
mineral penting karena kebanyakan mineral clay merupakan hasil pelapukan kimiawi.
Mineral clayjuga merupakan unsur utama tanah (soil) dan penyusun batuan sedimen.
Mineral clay menyusun hampir 40% mineral pada batuan sedimen[13].
Istilah clay digunakan di Amerika Serikat dan International Society of Soil
Science untuk menyatakan suatu batuan atau partikel mineral yang terdapat pada
tanah (soil) dengan diameter kurang dari 0.002 mm. Sedangkan menurut
sedimentologis, partikel clay berukuran kurang dari 0.004 mm [14]. Struktur dasar
kristal pada mineral clay terdiri atas satu atau dua lapisan silikon dioksida dengan
satu lembaran aluminium oksida atau magnesium oksida. Di dalam lapisan silika, unit
dasarnya adalah silika tetrahedron. Pada struktur silika tetrahedron, atom silikon
terikat pada 4 atom oksigen. Jika tiap tetrahedron membagi 3 dari 4 oksigen lain
maka akan terbentuk struktur heksagonal yang disebut lapisan tetrahedral seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 2.1 [15].
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
23/69
10
Unit dasar alumina atau magnesium adalah oktahedron. Oktahedron ini
dibentuk oleh aluminium atau magnesium dan ion hidroxide. Atom aluminium atau
magnesium terikat pada 6 atom oksigen. Tiap oktahedron membagi seluruh 6 atomoksigennya untuk membentuk struktur heksagonal yang disebut lapisan octahedral
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. Dalam lapisan ini bisa terdapat atom
aluminium saja, magnesium saja, atau keduanya [15].
Gambar 2.1 Struktur Mineral Clay
Berdasarkan struktur dan komposisi kimianya, mineral clay digolongkan
menjadi tiga kelompok utama [15,16], yaitu :
1. Kandite
Kandite merupakan clay yang memiliki struktur dua lembar lapisan T-O, satu
lapisan silika tetrahedral dan satu lapisan alumina oktahedral. Lapisan octahedral
kandite menyerupai struktur padagibbsite. Karena lapisan tidak bermuatan (neutral)
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
24/69
11
maka ikatan diantara lapisan merupakan ikatan Van der Waals lemah. Jenis yang
paling umum untuk kelompok kandite adalah kaolinite yang memiliki formula kimia
Al2
Si2
O5
(OH)4
dan struktur seperti pada gambar 2.3. Beberapa jenis kelompokkandite lainnya dengan struktur yang sama diantaranya adalahAnauxite,Dickite, dan
Nacrite.
Kaolinite terbentuk melalui proses pelapukan atau alterasi hidrotermal mineral
aluminosilikat. Karena itu, batuan yang kaya akan feldspar biasanya akan mengalami
pelapukan menjadi kaolinite. Untuk pembentukan kaolinite, maka pada proses
pelapukan atau alterasinya harus bersih dari ion-ion seperti ion Na, K, Ca, Mg dan Fe.
Proses pelepasan ion-ion tersebut dilakukan pada kondisi asam (pH rendah). Sumber
pembentuk kaolinit yang paling umum adalah batuan granitic, karena batuan granitic
kaya akan feldspar.
Karena kaolinite tidak dapat menyerap air, maka kaolinite tidak dapat
mengembang ketika kontak dengan air. Karena alasan inilah, maka kaolinite
merupakan tipe clay yang biasa digunakan dalam industri keramik.
Gambar 2.2 StrukturKaolinite [16]
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
25/69
12
2. Smectite
Smectite merupakan clay yang memiliki struktur T-O-T, satu lapisan alumina
silikat yang diapit diantara dua lapisan silika tetrahedral seperti pada Gambar 2.4.
Kerangka dasar smectite mirip dengan pyprophillite, namun terdapat sejumlah Mg
dan Fe yang tersubtitusi ke dalam lapisan oktahedral. Oleh karena itu,smectite dapat
berupa dioktahedral maupun trioktahedral.
Aspek terpenting smectite adalah kemampuan molekul H2O terabsorbsi di
antara lembaran T-O-T sehingga menyebabkan volume mineral meningkat ketikaterjadi kontak dengan air. Oleh karena itu, smectite dikenal sebagai expanding clays.
Contoh umum dari kelompoksmectite adalahMontmorillonite dengan formula kimia
(1/2 Ca,Na)(Al, Mg, Fe)4(Si, Al)8O20(OH)4.nH2O
Gambar 2.3 Struktur Smectite [22]
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
26/69
13
Monmorillonite merupakan komponen utama bentonit, yang terbentuk akibat
pelapukan abu vulkanik.Montmorillonite mampu mengembang hingga beberapa kali
volume awalnya ketika melakukan kontak dengan air. Anggota lain dari kelompoksmectite diantaranya adalahBeidellite,Hectorite,Nontronite, Sauconite dan Saponite.
3.Illite
Illite clay memiliki struktur yang mirip dengan Muscovite namun telah
mengalami defesiensi alkali dengan sedikit subtitusi Al pada tetrahedral Si seperti
pada Gambar 2.5. Formula umum untuk illite yaitu Ky
Al4
(Si8-y
, Aly
)O20
(OH)4
.Dengan nilai y biasanya berkisar antara 1 < y < 1.5 tapi akan selalu nilai y < 2. Kation
interlayer K, Ca atau Mg melindungi clay dari masuknya H2O ke dalam struktur.
Oleh karena itu, illite dikenal sebagai non-expanding clays. Illite terbentuk dari
pelapukan batuan yang kaya akan K atau Al dibawah kondisi pH tinggi. Oleh karena
itu, sebagian besar illite terbentuk dari alterasi mineral seperti muscovite dan feldspar.
Gambar 2.4 StrukturIllite [22,23]
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
27/69
14
2.2 Montmorillonite
Montmorillonite merupakan salah satu mineral pengotor yang terdapat pada
bentonit. Montmorillonite menyusun sekitar 60 sampai 85% di dalam bentonit.
Montmorillonite termasuk dalam kelompok clay 2 : 1. Struktur Kristal
montmorillonite terbentuk oleh dua lapisan tetrahedral silika yang digabungkan
dengan lapisan oktahedral dari aluminium atau magnesium hidroksida yang
ditunjukkan pada Gambar 2.7.
Montmorillonite memiliki kemampuan mengembang (swelling) yang tinggi
sehingga molekul air atau molekul polar lainnya dapat masuk ke dalam gallery yang
akan menyebabkan terjadinya ekspansi yang bersifat reversibel [17]. Formula umum
untuk montmorillonite, yaitu ;
(Na,Ca)0,3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2.nH2O
Unsur penyusun montmorillonite terdiri dari 0.84% Na; 0.73%Ca; 9.83% Al;
20.46% Si; 4.04% H; dan 64.11% O. Sedangkan dalam bentuk oksidanya,
montmorillonite terdiri dari 1.13%Na2O; 1.02% CaO; 18.57% Al2O3; 43.77% SiO2; a
36.09% H2O [18].
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
28/69
15
Gambar 2.5 StrukturMontmorillonite [19]
Subtitusi isomorfik merupakan penggantian kation valensi tinggi oleh kation
yang bervalensi rendah dari luar. Subtitusi ini terjadi jika jari-jari kation tidak banyak
berbeda. Adanya subtitusi isomorfik ion Si4+ oleh ion Al3+ atau ion Fe3+ pada
kerangka tetrahedral maupun ion Al3+ oleh ion Mg2+, Fe2+, Li+, Ni2+, atau Cu2+pada
kerangka oktahedral menyebabkan penurunan muatan. Muatan negatif pada lapisan
diimbangi oleh adsorbsi kation Na+, K+, Cs+, maupun Ca2+pada interlayer [20].
Subtitusi isomorfik montmorillonite terjadi pada kerangka oktahedral. Pada
kerangka oktahedral montmorillonite, terjadi penggantian satu dari setiap enam
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
29/69
16
kation Al3+ oleh kation Mg2+. Sementara pada kerangka tetrahedral, 15% kation Si4+
digantikan oleh kation Al3+.
Montmorillonite memiliki kapasitas pertukaran kation sekitar 80 sampai 150miliekuivalen per 100 gram montmorillonite. Basal spacing (d) montmorillonite
berkisar antara 9.6 sampai 21 A, bergantung pada ukuran kation penyeimbang dan
kemampuan hidrasi kation. Ikatan Van der Waals bekerja untuk mempertahankan
struktur interlayer [21].
2.3 Surfaktan
Surfaktan atau zat aktif permukaan merupakan molekul organik yang terdiri
dari gugus liofilik (suka pelarut) dan gugus liofobik (tidak suka pelarut). Jika
pelarutnya adalah air maka kedua gugus tersebut disebut sebagai hidrofilik dan
hidrofobik. Model surfaktan terdiri atas dua bagian, yaitu kepala dan ekor yang
menunjukkan sifat yang berbeda. Bagian kepala bersift hidrofilik (suka air) dan
bagian ekor bersifat hidrofobik (tidak suka air) [13].
Bagian hidrofilik surfaktan merupakan ion logam atau senyawaan logam,
sedangkan bagian hidrofobik surfaktan merupakan rantai hidrokarbon alkil atau
alkilaril. Karena surfaktan terbentuk dari dua bagian yang memiliki kecenderungan
yang berbeda itulah maka surfaktan dapat dikatakan memiliki kepribadian ganda.
Model surfaktan ditunjukkan pada Gambar 2.8 [13].
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
30/69
17
Gambar 2.6 Model Surfaktan [22]
Jika surfaktan berinteraksi di dalam air, maka gugus ekornya akan muncul ke
permukaan. Bagian kepala dari surfaktan akan tenggelam di bawah permukaan air
dan bagian ekor surfaktan akan keluar dari permukaan air. Surfaktan dengan
konsentrasi rendah bertindak sebagai adsorben pada permukaan maupun pada batas
antar muka dalam sistem. Surfaktan merupakan emulsion agent yang biasa ditemukan
pada sabun dan detergen [22], serta bertindak sebagai wetting agent yang dapat
menurunkan tegangan permukaan cairan, mempermudah proses penyebaran cairan
pada permukaan, dan menurunkan tegangan antar muka dua cairan [23,24].
2.4 Organoclay
Secara alamiahnya, clay bersifat hidrofilik dan immicible di dalam larutan
organik. Karena itu, perlu untuk mengubah sifat hidrofilik clay menjadi organofilik.
Proses yang umum digunakan adalah dengan mengikatkan rantai hidrokarbon
(surfaktan) pada permukaan lapisan clay sehingga memungkinkan clay bercampur
dengan larutan organik.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
31/69
18
Clay yang organofilik dapat diperoleh dari clay hidrofilik melalui pertukaran
ion dengan kation organik seperti ion alkylammonium. Sebagai contoh, di dalam
montmorillonite, ion sodium yang terkandung dalam clay dapat dipertukarkan denganamino acid seperti 12-aminododecanoic acid (ADA) [25], dengan reaksi sebagai
berikut :
Na+CLAY + HO2C R NH3+Cl-.HO2C R NH3+CLAY + NaCl
Dalam mineralogi, Kapasitas Pertukaran Kation (KTK) atau Cation Exchange
Capacity (CEC) didefinisikan sebagai kapasitas suatu tanah mengalami pertukaran
ion bermuatan positif (kation) dengan kation lain dalam larutan [26]. Atau KTK dapat
pula didefinisikan sebagai tingkat kemampuan suatu mineral liat untuk dapat
menyerap dan melakukan pertukaran kation. Partikel tanah dan material organic
memiliki muatan negatif pada permukaannya. Mineral kation dapat mengabsorbsi
muatan negatif permukaan atau partikel organik dan inorganik dari tanah [27].
Clay yang telah dimodifikasi oleh molekul organik disebut sebagai
organoclay. Organoclay dapat disintesa melalui modifikasi bentonit oleh amina
kuartener. Amina kuartener yang digunakan umumnya surfaktan yang mengandung
ion nitrogen. Ion nitrogen pada amina kuartener bermuatan positif, sehingga mampu
menggantikan ion natrium maupun ion kalsium pada interlayer clay. Amina yang
digunakan umumnya memiliki rantai karbon panjang (12 sampai 18 atom karbon)
[13].
Interkalasi surfaktan kationik dapat meningkatkan basal spacing clay.
Meningkatnya d-spacing ini dapat terlihat dari data XRD. Beberapa studi
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
32/69
19
menunjukkan bahwa dspacing organoclay bergantung pada panjang rantai alkil dan
rapatan pengemasan surfaktan dalam gallery clay. Tabel 2.1 menunjukkan basal
spacing pada setiap organoclay.
Tabel 2.1 Basal spasi beberapa organoclay komersial
Sumber : Typical Physical Properties
No Organoclay Basal Spasi ()
1 Cloisite 10 A 19,2
2 Cloisite 15 A 31,5
3 Cloisite 20 A 24,2
4 Cloisite 30 B 18,5
5 Cloisite Na 11,7
Hendrik Heinz dkk (2006) menyatakan bahwa gugus kepala (head group)
molekul organik yang menginterkalasi montmorillonite turut mempengaruhi
dinamika dan penyusunan rantai pada ruang antar lapisan. Pada proses tersebut terjadi
interaksi organik-anorganik. Gugus R-NH3+ membentuk ikatan hidrogen dengan
oksigen silikat dengan jarak rata-rata 150 pm, sementara gugus amina kuartener , R-
N(CH3)3+ tidak membentuk ikatan hidrogen dan sebagai implikasinya R-N(CH3)3+
memiliki mobilitas yang tinggi dibandingkan R-NH3+ [28].
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
33/69
20
2.5 Elastomer
Ada dua jenis elastomer yaitu elastomer alam dan sintetis. Karet merupakan
polimer alam terpenting dan dipakai secara luas dilihat dari sudut industri. Bentuk
utama dari karet alam,yang terdiri dari 97% cis 1,4-poliisoprena, dikenal sebagai
Hevea rubber. Karet ini diperoleh dengan menyadap kulit sejenis pohon (Hevea
Brasiliensis) yang tumbuh liar di Amerika Selatan dan ditanam di bagian dunia lain
(Stevens, 2007). Karet diperoleh dari lateks yang menetes dari kulit kayu dari pohon
karet yang dipotong. Menurut Billmeyer, lateks merupakan cairan terdispersi dari
karet, mengandung 25-40% hidrokarbon, distabilkan dengan sejumlah kecil material
protein dan asam lemak [2].
Karet sintetis sebagian besar dibuat dengan mengandalkan bahan baku minyak
bumi. Sekarang banyak karet sintetis yang dikenal. Biasanya tiap jenis memiliki sifat
tersendiri yang khas. Berdasarkan pemanfaatannya, ada dua macam karet sintetis
yang dikenal yaitu karet sintetis yang digunakan secara umum dan karet sintetis yang
digunakan untuk keperluan khusus [2].
Karet sintetis yang digunakan secara umum adalah styrene Butadine Rubber
(SBR), Polyisoprene (NR, IR), dan Polybutadine [Bismillah1&2]. Jenis karet sintetis
untuk keperluan khusus karena memiliki sifat yang khusus yang tidak dimiliki karet sintetis
jenis umum. Sifat yang sekaligus menjadi kelebihannya ini adalah tahan terhadap minyak,
oksidasi, panas atau suhu tinggi, serta kedap terhadap gas [EPDM4]. Karet sintesis khusus
tersebut di antaranya :
Polychloroprene (CR)
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
34/69
21
Acrylonitrile-Butadiene Rubber (Nitrile Rubber) (NBR)
Hydrogenated Nitrile Rubber (HNBR)
Butyl Rubber (IIR)
Ethylene-Propylene Rubber (EPM, EPDM)
Silicone Rubber (Generally Q, MQ+PMQ, PVMQ, VMQ)
Chlorosulfonated Polyethylene (CSM)
Polyacrylate Rubber (Acrylic Rubber)(ACM)
Fluorocarbon Rubbers (FPM, FKR)
Chlorinated Polyethylene Rubber (CM)
Epichlorohydrin Rubber (ECO, CO)
Ethylene-Acrylic Rubber (EACM)
Ethylene-Vinylacetate Copolymer (EVA)
Urethane Rubber (AU, EU) [29,30].
Salah satu contoh karet sintetis jenis khusus adalah Ethylene Propylene
Rubber atau sering disebut EPDM, karena tidak hanya menggunakan monomer
etilena dan propilena pada proses polimerisasinya melainkan juga monomer ketiga
atau EPDM. Keunggulan jenis karet ini adalah ketahanannya terhadap sinar matahari,
ozon serta pengaruh unsur cuaca lainnya sedangkan kelemahannya pada daya lekat
yang rendah (Tim Penulis, 1992) [2].
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
35/69
22
2.6 Karet Sintetis EPDM (Ethylene Prophylene Diene Monomer)
EPDM adalah polimer elastomer (karet) yang disintesis dari monomer etilen,
propilen dan diene, dikompon dengan carbon black, processing oils dan sejumlah
curing agent danstabilizing agent [10].
Karet etilena propilena (EPM) atau EPDM telah ditemukan di US dalam
jumlah yang terbatas secara komersial pada tahun 1962. Karet EPM/EPDM sekarang
ini adalah elastomer yang berkembang paling cepat (6% per tahun), yang di dukung
dengan berdirinya beberapa pabrik di beberapa negara. EPM merupakan kopolimer
sederhana etilena dan propilena, sedangkan EPDM adanya tiga komonomer yaitu
suatu diena. Adapun struktur dari etilena propilena diena terpolimer (EPDM) adalah :
Gambar 2.7 Struktur EPDM (Morton, 1987)
Karet EPDM adalah suatu karet etilena propilena yang tidak jenuh, dimana
mengandung diena terpolimer. Karet EPDM dapat divulkanisasi dengan sulfur.
Karena posisi tidak jenuh dalam terpolimer letaknya di luar rantai utama, jadi sifatnya
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
36/69
23
tahan terhadap ozon, udara dan memiliki sifat listrik yang baik. Penggunaan sebagai
membran atap, bagian bangunan dan kabel (Saechtling,1987). Pada EPDM, dimana E
dan P berarti etilena dan propilena, dan D berarti karet mengandung unit-unit yangditurunkan dari diena monomer (lebih tepatnya bahwa unit diena tersebut tidak jenuh
pada rantai samping), dan M berarti karet mempunyai rantai jenuh tipe polimetilena.
Karet etilena propilena dihasilkan dari kopolimerisasi larutan menggunakan katalis
tipe Ziegler-Natta (Blackley, 1983).
Sifat karet EPDM adalah :
o Memiliki umur yang panjang (sangat tahan lama)
o Stabil pada suhu tinggi ataupun rendah
o Daya tahan yang bagus terhadap uap dan air
o Sangat tahan terhadap cuaca
o Sangat tahan terhadap ozon
o Sangat tahan terhadap oksigen
o Sangat tahan terhadap berbagai bahan kimia
o Tidak boleh dipakai jika terjadi kontak terus menerus dengan produk
yang mengandung petroleum
Karet EPDM sangat ideal untuk aplikasi luar ruangan karena perlawanan yang
bagus untuk ozon, oksidan dan kondisi cuaca yang buruk. Karakteristik lainnya
adalah stabilitas warna yang sangat baik, tahan panas dan kualitas dielektrik
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
37/69
24
(http://www.industrikaret.com/karet-epdm). Densitas EPDM adalah 0,86 g/cm3.
Suhu minimal adalah -30oC dan suhu maksimal adalah 120oC (Morton, 1987) [2].
2.7 Komposit PolymerClay
Kompositpolymer clay pertama kali dilakukan pada awal tahun 1961 ketika
Blumstein mendemonstrasikan polimerisasi yang terjadi antara monomer vinyl yang
diinterkalasi di dalam clay montmorillonite. Ternyata diperoleh suatu polimer dengan
sifat yang tidak biasa. Namun ketika itu, belum diketahui bahwa itu merupakan
nanokomposit [31].
Penggabungan organoclay ke dalam matriks polimer telah dikenal selama
lebih dari 50 tahun. Pada tahun 1950, Carter dkk mengembangkan organoclay dengan
onium organik untuk memperkuat sifat lateks elastomer. Pada tahun 1963,
penggabungan organoclay ke dalam matriks termoplastik polyefin dilakukan oleh
Nahin dan Backlund of Union Oil Co. Mereka berhasil membuat bahan komposit
organoclay yang memiliki ketahanan terhadap pelarut dan kekuatan tarik yang tinggi
melalui proses iradiasi yang melibatkan cross linking.
Pada tahun 1976, Fujiwara dan Sakamoto dari Unichika Co. memperoleh
bahan nanokomposit campuran polyamide/organoclay pertama. Baru satu dekade
kemudian, tim peneliti dari Toyota (1990) mengembangkan metode untuk
menghasilkan bahan nanokomposit nylon- 6/clay menggunakan polimerisasi yang
sama seperti pada proses yang dilakukan oleh Unichika. Ini dilakukan untuk
memproduksi cover timing belt dalam setiap mobil Toyota. Selain itu, Toyota juga
http://www.industrikaret.com/karet-epdmhttp://www.industrikaret.com/karet-epdm -
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
38/69
25
telah mengembangkan campuran polimer-clay nanokomposit menggunakan berbagai
jenis polimer seperti resin epoxy, polystyrene, acrylic polymer, rubber, dan polyimide
dengan pendekatan yang sama. Mereka menyatakan bahwa bahan nanokompositmenunjukkan perubahan yang luar biasa, yaitu terjadi peningkatan kekuatan,
modulus, suhu defleksi karena beban, sifat ketahanan terhadap air dan gas, dan
kekuatan impak yang lebih baik dibandingkan polimer nylon-6 murni [32].
Setelah itu diikuti oleh aplikasi otomotif lainnya, seperti cover mesin
Mitsubishi GDI yang berbasiskan nanokomposit Clay/Nylon-6, pijakan kaki mobil
General Motors yang berbasiskan nanokomposit clay/polyolefin pada mobil GMC
Safari dan Chevrolet Astro. Tahun 1993, Toyota Central R&D di Nagakute, Jepang
kembali melaporkan pembuatan komposit nylon yang mengandung nanopartikel clay.
Penambahan nanopartikel ke dalam nylon murni secara dramatis dapat meningkatkan
kekuatan mekaniknya. Komposit tersebut juga tahan terhadap suhu yang lebih tinggi.
Saat ini komposit tersebut digunakan pada lapisan air intake pada Toyota
Camry. Selain aplikasi pada bidang otomotif, penggunaan nanokomposit clay-
polimer dapat pula dikembangkan dalam kemasan minuman [33]. Berbagai kelompok
penelitian juga telah melakukan studi mengenai polimer/clay nanokomposit dengan
berbagai jenis polimer, meliputi polystyrene, resin epoxy, poly(methyl methacrylate),
polycaprolactone, polyolefins, polyurethanes, polyimides, dan lain sebagainya.
Terdapat beberapa metoda yang biasa dipakai untuk membuat komposit clay-
polimer [34], antara lain adalah :
1. Metode interkalasi dalam larutan (solution induced intercalation)
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
39/69
26
Metode interkalasi dalam larutan melibatkan polimer yang terlarut dalam
pelarut organik, kemudian organoclay akan didispersikan dalam larutan tersebut.
Selanjutnya pelarut diuapkan atau polimer diendapkan. Gambar 2.17. adalahilustrasi pembuatan nanokomposit dengan metode solution induced intercalation.
Berhasil tidaknya metoda ini bergantung pada dispersi organoclay, disamping
masalah lain seperti mahalnya biaya yang dibutuhkan untuk menyediakan pelarut,
banyaknya jumlah pelarut yang dibutuhkan untuk mendapatkan dispersi filler
yang baik, masalah teknis fasa separasi dan masalah kesehatan dan keamanan.
Teknik ini banyak digunakan dalam kasus polimer yang larut dalam air.
2. Metode polimerisasi in-situ
Metode polimerisasi in-situ melibatkan lapisan organoclay yang
didispersikan ke dalam prekursor polimer sebelum proses polimerisasi
dilakukan. Polimerisasi dilakukan setelah organoclay terdispersi secara
homogen sehingga hasil akhirnya adalah polimer yang telah mengandung
organoclay di dalam matriksnya. Gambar 2.18. adalah ilustrasi pembuatan
nanokomposit dengan metode polimerisasi in-situ.
3. Metode proses pada fasa leleh (melt compounding)
Pada metoda melt compounding, nanoclay didispersikan secara langsung
ke dalam polimer selama proses pelelehan. Pelelehan polimer menyebabkan
proses pencampuran clay dan polimer dapat dilakukan dengan mudah karena
berada dalam fasa cair. Dalam metoda ini, silikat harus mengalami perlakuan
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
40/69
27
permukaan sebelumnya melalui modifikasi organik seperti metoda
sebelumnya (polimerisasi insitu). Metode ini tidak memerlukan kehadiran
pelarut seperti pada metode solution induced intercalation. Namun, kalaupundiperlukan pelarut, jumlah yang diperlukan tidak terlalu banyak.
Cara lapisan organoclay terdispersi di dalam polimer akan
mempengaruhi tingkat interaksi clay dengan polimer yang akan berpengaruh
pada sifat material.
Terdapat dua jenis polymer layered silicate nanocomposites (PLSNs)
yang berbeda berdasarkan cara dispersi clay ke dalam polimer [35] ;
1. Intercalated Nanocomposites ; terjadi ketika lapisan organoclay
terpisah pada jarak tertentu dengan polimer. Tipe PLSNs ini
dihasilkan dengan penambahan surfaktan pada tanah lempung
alam, sehingga memungkinkan banyak rantai hidrokarbon yang
terdispersi ke dalam lapisan organoclay sehingga menghasilkan
penguatan yang optimal. Lapisan organoclay akan memperkuat
polimer secara mekanik, namun adanya pemisahan jarak lapisan
tersebut akan mempengaruhi tingkat penguatan optimal yang
dapat dicapai oleh PLSNs.
2. Exfoliated Nanocomposites ; terjadi ketika lapisan clay terdispersi
ke dalam polimer dengan pemisahan dan orientasi yang acak.
Tipe PLSNs ini juga dihasilkan dengan penambahan surfaktan
yang terdiri dari rantai hidrokarbon pada tanah lempung alam,
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
41/69
28
sama seperti pada intercalated nanocomposite. Keberadaan clay
yang acak memberikan penguatan mekanik yang cukup besar.
Selanjutnya, ada kemungkinan terbentuk conventinal composite dimana tidak
terdapat interaksi antara lapisan organoclay dengan matriks polimer. Ukuran partikel
yang dimiliki oleh conventional composite mencapai 100 mikron. Karena itu,
organoclayberperan sebagai microfiller.
Penjelasan mengenai ketiga tipe PLSNs ini dapat lebih dipahami dengan
melihat Gambar 2.20.
Gambar 2.8 Jenis-jenis Dispersi Clay dalam Matriks Polimer
2.8 Karakteristik EPDM
Clay
EPDM merupakan salah satu bagian utama dari industri karet yang
telah dipelajari untuk dimodifikasi dengan organoclay dengan tujuan
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
42/69
29
mempelajari pengaruhfiller pada karakteristik material komposit. Galeri clay
(interface) sangat penting dalam sintesis material komposit. Oleh karena itu
modifikasi clay akan memperkuat sifat mekanik EPDM [36].
Surfaktan berfungsi untuk memperbesar galeri clay dan akan
mempengaruhi struktur mikro komposit EPDM - Clay. Surfaktan juga
menjadi kunci terbentuknya struktur eksfoliasi material komposit. Dengan
menggunakan surfaktan yang tepat maka akan semakin mudah membentuk
struktur eksfoliasi, dan sifat-sifat material akan semakin baik. Struktur
komposit biasanya dikarakterisasi menggunakan XRD dan SEM [36].
Pola difraksi XRD struktur eksfoliasi dan interkalasi tertera pada
gambar 2.y. NR/OC membentuk struktur eksfoliasi, sedangkan SBR/OC dan
EPDM/OC membentuk struktur interkalasi [37].
Gambar 2.9 Pola Difraksi Struktur Dispersi Clay [37]
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
43/69
30
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan selama 6 bulan (6 Oktober 6 April 2014) di
Laboratorium Kimia dan Pabrik Pusat Penelitian Karet Bogor, BPPT Material
Puspiptek Serpong, serta Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) UIN Syarif
Hidayatullah Jakarta.
3.2 Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah karet mentah EPDM
dengan merk Buna 6470 sebagai matriks polimer, organoclay merk Cloisite 15A
sebagaifiller dan sulfur sebagai curing agent.
Alat yang digunakan adalah open mill yang berfungsi untuk menggiling serta
melelehkan karet EPDM, organoclay dan sulfur hingga menjadi kompon, dan
compression molding untuk pematangan dan pencetakan kompon hingga menjadi
vulkanisat.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
44/69
31
a b
Gambar 3.1 Open Mill (a) dan Compression Molding (b)
3.3 Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
45/69
32
3.4 Variabel Penelitian
Variabel dari penelitian ini adalah variasi komposisi organoclay yang
ditambahkan ke dalam karet EPDM yaitu sebanyak 0, 3, 5, 7 dan 10 phr dengan
komposisi karet EPDM sebanyak 250 gram (100 phr) untuk semua variasi komposisi
organoclay.
Kegiatan penelitian ini meliputi pengujian dan karakterisasi sebagai berikut :
1. Sifat mekanik setiap sampel dengan uji kekerasan dan uji kuat tarik.
2. Sifat termal dengan karakterisasi TGA.
3. Struktur dispersi clay dengan karakterisasi XRD.
3.5 Prosedur Penelitian
Prosedur yang dilakukan dalam sintesis material komposit EPDM Clay ini
menggunakan metode melt compounding, dimulai dengan penimbangan bahan,
penggilingan bahan, vulkanisasi dan pencetakan, serta pengujian dan karakterisasi.
3.5.1 Penimbangan Bahan
Seluruh bahan ditakar menggunakan neraca digital dengan massa
masing-masing bahan ditunjukkan pada tabel 3.3.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
46/69
33
x 100
Tabel 3.1 Komposisi Massa Masing-masing Bahan
No. Nama Bahan Massa Bahan (Gram)
Sampel 0 Sampel 3 Sampel 5 Sampel 7 Sampel 10
1 Karet Mentah
EPDM
250 250 250 250 250
2 Organoclay 0 7,5 12,5 17,5 25
3 Sulfur 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
Penentuan massa masing-masing bahan di atas (dalam gram) dihitung
berdasarkan phr (per hundred rubber) yang merupakan satuan yang digunakan dalam
formulasi kompon, dimana :
Phr =
Maka formulasi kompon karet EPDM di atas adalah sebagai berikut :
Tabel 3.4 Formula Kompon Karet EPDM
No. Nama Bahan Massa Bahan (Gram)
Sampel 0 Sampel 3 Sampel 5 Sampel 7 Sampel 10
1 Karet Mentah EPDM 100 100 100 100 100
9 Organoclay 0 3 5 7 10
15 Sulfur 1 1 1 1 1
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
47/69
34
3.5.2 Sintesis Material Komposit EPDM Clay
Sintesis material komposit EPDM Clay dilakukan dengan
menggiling semua bahan yang terdiri karet mentah EPDM, organoclay, dan bahan-
bahan kimia lain di dalam open mill. Metode yang digunakan adalah metode melt
compounding (pelelehan kompon), dimana bahan-bahan dimasukkan ke dalam open
mill secara berurutan dengan terus digiling hingga campuran homogen.
Gambar 3.3 Penggilingan Kompon
Waktu yang dibutuhkan untuk membuat satu kompon karet adalah sekitar 15
menit. Setelah selesai dibuat kompon kemudian didiamkan selama 24 jam untuk
kemudian divulkanisasi dan dicetak.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
48/69
35
3.5.3 Vulkanisasi dan Pencetakan
Sebelum divulkanisasi, kompon yang telah didiamkan selama 24 jam
kemudian dirheo untuk mengetahui parameter pematangan masing-masing kompon
seperti suhu, tekanan, dan waktu pematangan. Vulkanisasi dan pencetakan kompon
dilakukan dengan menggunakan alat compression moldingpada suhu 150oC, tekanan
100 kg/cm2, dan waktu selama 13 15 menit.
Cetakan sampel berupa plat baja berukuran 20 cm x 20 cm dengan ketebalan 6
mm. Massa kompon untuk vulkanisasi pada masing-masing plat adalah sebanyak 60
gram.
Gambar 3.4 Vulkanisasi dan Pencetakan
Masing-masing kompon yang telah ditimbang diletakkan di dalam plat dan
dipanaskan di dalam compression molding. Bahan sebelum dan setelah dicetak dapat
dilihat pada gambar 3.5.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
49/69
36
Gambar 3.5 (kanan) Bahan sebelum dicetak (kompon) ; (kiri) Bahan setelah dicetak
(vulkanisat)
3.5.4 Pengujian dan Karakterisasi
a. Uji Kekerasan
Uji kekerasan menggunakan alat Shore A-Hardness Tester yang juga
dikenal dengan durometer. Teknik pengujian mengacu pada ISO 7619-04.
Durometer seperti alat uji kekerasan lainnya mengukut kedalaman lekukan
yang ditimbulkan oleh gaya tekan standar alat.
Pengujian ini dilakukan dengan menusukkan sampel pada bagian
bawah durometer. Pertama-tama sampel yang sudah dalam bentuk vulkanisat
(kompon yang sudah berbentuk karet matang) dipotong menjadi berbentuk
kotak, sampel kemudian diletakkan di bawah alat, putar bagian samping alat
hingga ujung durometer menyentuh bagian dalam sampel, tahan beberapa
detik sampai muncul angka hasil pengukuran pada durometer.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
50/69
37
b. Uji Kuat Tarik
Pengujian ini mengacu pada ISO 37-05 dengan potongan sampel
sesuai standar setebal 2,0 + 0,2 mm dengan kecepatan tarik pada tensometer
LLOYD 2000R adalah sebesar 500 mm + 50 mm/menit. Uji kuat tarik
dilakukan dengan memotong sampel karet dengan bentuk dumb-bell seperti
pada gambar 3.5.
Gambar 3.6 Bentuk Sampel
Sampel yang telah dipotong kemudian dijepit kedua ujungnya pada
holder tensometer setelah sebelumnya diukur dengan mistar. Prinsip
pengujian ini adalah sampel diberi beban tarik hingga putus, selama proses
penarikan berlangsung diamati pergerakan-pergerakan yang terjadi pada
sampel.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
51/69
38
c. Karakterisasi TGA
Tujuan karakterisasi ini adalah mendapatkan data awal untuk
menentukan stabilitas termal material, melalui presentase pengurangan berat
bahan pada rentang temperatur tertentu. Karakterisasi ini dilakukan di BPPT
Material Puspiptek, Serpong.
d. Karakterisasi XRD
Tujuan analisa XRD dalam penelitian ini adalah untuk mengetahui
struktur dispersi clay pada matriks EPDM yang terbentuk pada sampel.
Analisa dilakukan di Pusat Laboratorium Terpadu (PLT) UIN Syarif
Hidayatullah Jakarta. Alat XRD 7000 merk Shimazu. Pengukuran pola
difraksi sampel dilakukan dengan berkas sinar-x dari tube anode Cu dengan
panjang gelombang, = 1,5419 , voltage : 40,0 kV, arus : 30,0 mA, 2: 2o
80o, denganscan speed : 2 deg/min. Analisis profil difraktometer sinar-x yang
diperoleh dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak program XRD
7000.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
52/69
39
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian ini bertujuan menghasilkan suatu produk komposit polimer melalui rekayasa
pembuatan karet EPDM dengan penambahan clay sebagai filler sehingga dapat menghasilkan
produk dengan kualitas sifat mekanik dan termal yang lebih baik. Clay ditambahkan ke dalam
EPDM engan variasi yang berbeda, bertujuan untuk mendapatkan komposisi yang paling optimal
dalam peningkatan sifat mekanik dan termal. Metode yang dilakukan adalah metode melt
compounding, yaitu metode sintesis material EPDM-Clay dengan pelelehan kompon.
Pengujian yang telah dilakukan adalah uji mekanik berupa uji kekerasan (hardness) dan
uji tarik (tensile strength). Karakterisasi yang dilakukan meliputi karakterisasi XRD dan TGA.
Hasil yang dalam penelitian ini dapat dilihat dalam penjelasan berikut.
4.1 Karakterisasi XRD
Karakterisasi XRD dilakukan dengan interval 2 sebesar 00 100. Karakterisasi ini
difokuskan untuk melihat struktur dispersi clay yang terbentuk. Dispersi clay yang diharapkan
terjadi pada penelitian ini adalah eksfoliasi, dimana lapisan clay terdispersi ke dalam EPDM
dengan pemisahan dan orientasi yang acak. Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh
Hackman dan Hollaway pada tahun 2005, keberadaan clay yang acak akan memberikan
penguatan mekanik yang cukup besar.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
53/69
40
Intensitas
2
Gambar 4.1 Difraktogram Organoclay
Gambar 4.1 menunjukkan pola difraksi organoclay, dimana terdapat tiga buahpeak yang
muncul pada interval 2 : 0 100, ketiga peak yang muncul adalah milik organoclay. Dimana
nilai d-spacing menunjukkan ukuran galeri clay, semakin besar nilai d-spacing maka akan
semakin besar ukuran galeri clay dan akan semakin memudahkan rantai EPDM untuk masuk ke
dalam galeri.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
54/69
41
Tabel 4.1Peak Organoclay
Peak 2 d-spacing
d001 2,37 3,6 nmd002 4,58
0 1,9 nm
d003 6,880 1,25 nm
Terlihat pada tabel 4.1 peak d001 memiliki d-spacing yang paling besar, hal ini
menunjukkan bahwa eksfoliasi akan lebih mungkin terjadi pada peak d001. Struktur dispersi clay
eksfoliasi maupun interkalasi dapat diketahui berdasarkan keberadaan peak d001 pada pola
difraksi komposit EPDM Clay[1,2]. Gambar 4.2 menunjukkan pola difraksi kelima sampel
dengan komposisi organoclay yang berbeda yaitu 0, 3, 5, 7 dan 10 phr. Sampel 0 bertindak
sebagai kontrol, dimana pada sampel ini tidak ditambahkan organoclay pada saat proses
pencampuran berlangsung.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
55/69
42
Intensitas
2
Gambar 4.2 Difraktogram EPDM Clay
Keempat sampel yaitu sampel 3, 5, 7 dan 10 menunjukkan ketidakadaan peak d001pada
masing-masing pola difraksi. Pergeseran peak d001 menjadi tidak terdeteksi pada komposit
polimer clay menunjukkan bahwa struktur yang terbentuk adalah eksfoliasi[1,2], dimana
lapisan-lapisan clay (layer) telah terdispersi secara acak di dalam matriks EPDM. Ukuran galeri
clay (interlayer) diketahui berdasarkan besar d-spacing peak d001[3], dimana eksfoliasi terjadi
dengan rata-rata d-spacing lebih besar dari 7 nm[4]. Tidak terdeteksinya peak d001pada pola
difraksi sampel 3, 5, 7 dan 10 menunjukkan bahwa d-spacing yang terbentuk cukup besar.
Besarnya d-spacing peak d001 menunjukkan terdapatnya orientasi acak lapisan-lapisan clay[5].
Sebaliknya, adanya peak d001 menunjukkan terbentuknya struktur interkalasi, dimana lapisan-
lapisan claybelum berhasil terpisah dan tidak tersusun secara acak.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
56/69
43
Namun, untuk memastikan struktur komposit EPDM Clay yang terbentuk maka
karakterisasi SEM perlu dilakukan. Hal ini dikarenakan keterbatasan alat XRD yang digunakan,
pada umumnya peak organoclay muncul dimulai pada sudut 2 sebesar 00, namun XRD pada
penelitian ini dimulai pada 2sebesar 20. Maka masih belum bisa dipastikan apakah pergeseran
peak d001 benar-benar hilang (amorf) ataukah peak bergeser ke kiri dan berada pada 2kurang
dari 20 hingga tidak terlihat.
Oleh karena itu, selain karakterisasi SEM perlu dilakukan, terbentuknya struktur
eksfoliasi maupun interkalasi juga perlu diverifikasi dengan data uji mekanik dan karakterisasi
TGA, dimana eksfoliasi terjadi apabila sampel 3, 5, 7 dan 10 lebih baik dari sampel 0.
4.2 Pengujian Mekanik
Pengaruh variasi komposisi organoclay (0, 3, 5, 7 dan 10 phr) terhadap sifat mekanik
komposit EPDM Clay telah dipelajari. Pengujian mekanik yang dilakukan pada penelitian ini
adalah uji tarik dan uji kekerasan.
Peningkatan sifat mekanik dan termal ditandai dengan terbentuknya struktur eksfoliasi
maupun interkalasi pada komposit EPDM Clay. Peningkatan sifat mekanik maksimum terjadi
apabila terbentuk struktur eksfoliasi. Pembuktian struktur eksfoliasi dilihat berdasarkan
peningkatan sifat mekanik berupa kekuatan tarik, kekerasan dan indeks penguatan. Dimana
indeks penguatan merupakan perbandingan antara modulus 300 dan modulus 100 yang
menunjukkan tingkat penguatan clay terhadap EPDM, semakin tinggi nilai indeks penguatan
(reinforcing index) maka penguatan clay terhadap EPDM semakin baik.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
57/69
44
68,5
68
67,5
67
66,5
66
65,5
65
64,5
64
63,5
Hardness (Shore A)
0 3 5 7 10
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
M100 (MPa)
0 3 5 7 10
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
58/69
45
M300 (MPa)
3
2,9
2,8
2,7
2,6M300
2,5
2,4
2,30 3 5 7 10
Tensile Strength (MPa)
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 3 5 7 10
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
59/69
46
Reinforcing Index
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0 3 5 7 10
Gambar 4.3 Diagram Nilai Pengujian Mekanik
Tabel 4.2 Nilai Uji Mekanik Seluruh Sampel
Gambar 4.3 menunjukkan nilai uji mekanik seluruh sampel. Nilai kekerasan cenderung
konstan pada semua sampel, hanya terjadi sedikit penurunan pada sampel 10. Sedangkan pada
nilai kekuatan tarik dan indeks penguatan, sampel 7 mengalami peningkatan yang signifikan,
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
60/69
47
berbeda dengan sampel 3, 5 dan 10 yang memiliki nilai mekanik cenderung lebih rendah dari
sampel 0 seperti yang tertera pada tabel 4.2. Peningkatan pada sampel 7 menunjukkan bahwa
telah terjadi eksfoliasi yang lebih baik dari sampel lain, hal ini dapat dilihat dari peningkatan
yang signifikan pada sifat mekanik.
4.3 Karakterisasi TGA
Gambar 4.4 menampilkan kurva data analisis TGA pengurangan berat (%) dari sampel 0,
3, 5, 7 dan 10 phr. Terjadi pengurangan berat sampai temperatur 4000C untuk semua sampel,
yang mengindikasikan stabilitas material pada temperature ini. Tingginya kandungan volatile
matter (zat-zat yang mudah menguap) seperti air, sulfur, akselerator dan antioksidan pada
sampel yang menyebabkan pengurangan berat bahan pada rentang suhu ini.
(a)
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
61/69
48
Sampel 3 Phr
(b)
(c)
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
62/69
49
(d)
(e)
Gambar 4.4 Termogram TGA (a) Sampel 0 phr; (b) Sampel 3 phr; (c) Sampel 5 phr; (d) Sampel7 phr; dan (e) Sampel 10 phr.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
63/69
50
Pada tabel 4.2 tertera presentase perubahan berat seluruh sampel, m1 merupakan
pengurangan berat bahan pada temperature < 4000C dan m2 adalah pengurangan berat bahan
pada rentang suhu 400 8000C.
Tabel 4.3 Pengurangan Berat TGA
Sampel (Phr) m1 (%) m2 (%)
0 79,043 2,535
3 74,245 2,646
5 72,615 1,929
7 75,794 2,002
10 75,726 1,800
Terlihat pada tabel bahwa presentase pengurangan berat semakin kecil seiring dengan
penambahan komposisi organoclay, yang menandakan stabilitas termal yang semakin baik.
Presentase pengurangan berat sampel 3, 5, 7 dan 10 yang lebih kecil dari sampel 0 memperkuat
bahwa peningkatkan stabilitas termal komposit EPDM Clay telah tercapai.
Berdasarkan karakterisasi TGA dan uji mekanik, disaat sampel 3, 5 dan 10 mengalami
peningkatan stabilitas termal, nilai mekanik ketiga sampel cenderung menurun. Hal ini
dimungkinan struktur dispersi clay yang terbentuk adalah struktur interkalasi, dimana lapisan
claybelum tersebar secara acak di dalam matriks EPDM.
Sampel 7 merupakan komposisi organoclaypaling optimum untuk karet EPDM, hal ini
dikarenakan pada sampel 7 terjadi peningkatan kedua sifat baik sifat mekanik maupun sifat
termal material. Maka, kemungkinan besar peak d001 pada pola difraksi XRD sampel 7 benar-
benar tidak ada (amorf).
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
64/69
52
BAB V
PENUTUP
5.1 KESIMPULAN
Setelah melakukan sintesis dan pengujian serta karakterisasi material komposit
EPDM - Clay, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
1. Penambahan organoclay ke dalam matriks karet sintetis EPDM telah
meningkatkan stabilitas termal material dan sifat mekanik seperti kekerasan,
kekuatan tarik, dan indeks penguatan.
2. Hasil analisis XRD menunjukkan bahwa peak d001 dan perubahan basal spasi tidak
terdeteksi pada seluruh sampel, hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi
struktur interkalasi/eksfoliasi pada material komposit EPDM Clay.
3. Semakin banyak komposisi organoclay menghasilkan sifat mekanik dan termal yang
semakin baik, hasil optimal kedua sifat ditunjukkan oleh komposisi organoclay 7
phr.
5.2 SARAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan masih banyak yang harus
diperhatikan, yaitu :
1. Untuk penelitian selanjutnya disarankan menggunakan komposisi organoclay 7 phr
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
65/69
53
yang merupakan komposisi paling optimum meningkatkan sifat mekanik dan
termal.
2. Melakukan uji SEM (Scanning Electron Microscope) untuk memverifikasi
struktur eksfoliasi atau interkalasi yang terbentuk.
3. Melakukan uji PSA (Particle Size Analyser) untuk mengetahui secara pasti ukuran
partikel yang terbentuk, sudah berordo nano ataukah belum.
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
66/69
54
DAFTAR PUSTAKA
[1] - .Polimer : Ilmu Material. -
[2] - . Universitas Sumatera Utara. -
[3] Hassan Shadily & Redaksi Ensiklopedi Indonesia (Red & Peny)., Ensiklopedi Indonesia Jilid
2 (CES-HAM). Jakarta: Ichtiar Baru-van Hoeve
[4] Gent AN.Elastomer. Encyclopdia Britannica. Diakses 17 April 2015.
[5] Bartczak, Z., Argon, A., Cohen, R. andWeinberg, M. (1999). Toughness mechanism
in semi-crystalline polymer blends: I. High-density polyethylene toughened with rubbers.
Polymer, 40, pp. 23312346.
[6] Kramer, E. Microscopic and molecular fundamentals of crazing.Adv. Polym. Sci.,
pp. 156.
[7] Liang, J. and Li, R. (2000). Rubber toughening in polypropylene: A review.J. Appl.
Polym. Sci., 77(2), pp. 409417.
[8] Wang, Y. (2002). Characterization, Testing and Constitutive modeling of an impact
modified polypropylene.PhD Thesis, The University of Michigan.
[9] Hoang T., Park J.G., Kim G..N., Oh S.T., Ha C.S., and Cho W.J., Synthesis and properties of
styrene EPDM vinyl acetate graft polymer,J. Appl. Polym. Sci., 77, 2296-2304 (2000).
-
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
67/69
55
[10] EPDM Roofing Association.EPDM Continues to Perform. Alexandria
[11] K. Rajkumar, et al. (2012). Mechanical, Thermal, Electrical and Morphology
Characterization of Ethylene Propylene Diene Monomer - Nanoclay Composites. India :
Chemical Science Transactions
[12] Ahmadi, Seyed Javad, et al. 2004. Synthesis of EPDM/Organoclay Nanocomposites: Effect
of the Clay Exfoliation on Structure and Physical Properties. Iranian Polymer Journal
13 (5), 2004, 415-422
[13] Chitraningrum, Nidya. 2008. Sifat Mekanik dan Termal Pada Bahan
Nanokomposit EpoxyClay Tapanuli. Skripsi Universitas Indonesia.
[14]http://www.clay.org.au/mins.html.
[15]http://www.tulane.edu/~sanelson/eens211/clayminerals.pdf.
[16]http://www.mala.bc.ca/~earles/geol212/lecture/unit01/uiuc-clays.pdf.
[17] Mc Graw Hll Encyclopedia of Science and Technology 11. 1987. USA : Mc Graw
Hill Book Company. pp. 416-417.
[18]http://www.webminerals.com/data/motmorillonite.shtml
.
[19] Mitchell, J.K. 1993. Fundamentals of Soil Behavior. New York : John Wiley &
Sons Inc.
[20] Xi, Yunfei, Ray L. Frost, He Hongping, Theo Kloprogge, dan Thor Bostrom.
http://www.clay.org.au/mins.htmlhttp://www.clay.org.au/mins.htmlhttp://www.clay.org.au/mins.htmlhttp://www.tulane.edu/~sanelson/eens211/clayminerals.pdfhttp://www.tulane.edu/~sanelson/eens211/clayminerals.pdfhttp://www.mala.bc.ca/~earles/geol212/lecture/unit01/uiuc-clays.pdfhttp://www.mala.bc.ca/~earles/geol212/lecture/unit01/uiuc-clays.pdfhttp://www.mala.bc.ca/~earles/geol212/lecture/unit01/uiuc-clays.pdfhttp://www.webminerals.com/data/motmorillonite.shtmlhttp://www.webminerals.com/data/motmorillonite.shtmlhttp://www.webminerals.com/data/motmorillonite.shtmlhttp://www.webminerals.com/data/motmorillonite.shtmlhttp://www.mala.bc.ca/~earles/geol212/lecture/unit01/uiuc-clays.pdfhttp://www.tulane.edu/~sanelson/eens211/clayminerals.pdfhttp://www.clay.org.au/mins.html -
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
68/69
56
2005. Modification of Wyoming Montmorillonite Surface Using A Cationic
Surfactant. Langmuir. 21: 8675-8680.
[21]http://www.classes.ce.ttu.edu/CE5321/lecture/soil mineralogy.ppt.
[22]http://www.princeton.edu/~pmi/outreach/scsp/mixturesandsolutions/milk/surfactant/html.
[23]http://en.wikipedia.org/wiki/surfactant.html.
[24] Rosen, Milton J. 1978. Surfactants and Interfacial Phenomena. Canada : John
Wiley & Sons, Inc.
[25]http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=936.
[26]http://en.wikipedia.org/wiki/cation_exchange_capacity.html.
[27]http://www.soils.tfrec.wsu.edu/webnutritiongood/soilprops/04CEC.html.
[28] Heinz, Hendrik, R.A. Vaia, R. Krishnamoorti, dan B.L. Farmer. 2006. Self-
Assembly of Alkylammonium Chain on Montmorillonite : Effect of Chain
Length, Head Group Structure, and Cation Exchange Capacity. Chem.
Mater.
[29] https://www.tut.fi/ms/muo/tyreschool/moduulit/moduuli_6/hypertext/1/1_3.html diakses
pada 19 April 2015
[30] Hamed, Gary R. Materials and Compounds. Department of Polymer Science. The
University of Akron, Ohio, USA.
http://www.classes.ce.ttu.edu/CE5321/lecture/soilhttp://www.classes.ce.ttu.edu/CE5321/lecture/soilhttp://www.princeton.edu/~pmi/outreach/scsp/mixturesandsolutions/milk/surfactant/htmlhttp://www.princeton.edu/~pmi/outreach/scsp/mixturesandsolutions/milk/surfactant/htmlhttp://www.princeton.edu/~pmi/outreach/scsp/mixturesandsolutions/milk/surfactant/htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/surfactant.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/surfactant.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/surfactant.htmlhttp://www.azom.com/details.asphttp://www.azom.com/details.asphttp://en.wikipedia.org/wiki/cation_exchange_capacity.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/cation_exchange_capacity.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/cation_exchange_capacity.htmlhttp://www.soils.tfrec.wsu.edu/webnutritiongood/soilprops/04CEC.htmlhttp://www.soils.tfrec.wsu.edu/webnutritiongood/soilprops/04CEC.htmlhttp://www.soils.tfrec.wsu.edu/webnutritiongood/soilprops/04CEC.htmlhttp://www.tut.fi/ms/muo/tyreschool/moduulit/moduuli_6/hypertext/1/1_3.htmlhttp://www.tut.fi/ms/muo/tyreschool/moduulit/moduuli_6/hypertext/1/1_3.htmlhttp://www.soils.tfrec.wsu.edu/webnutritiongood/soilprops/04CEC.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/cation_exchange_capacity.htmlhttp://www.azom.com/details.asphttp://en.wikipedia.org/wiki/surfactant.htmlhttp://www.princeton.edu/~pmi/outreach/scsp/mixturesandsolutions/milk/surfactant/htmlhttp://www.classes.ce.ttu.edu/CE5321/lecture/soil -
7/23/2019 [SKRIPSI] Pengaruh Variasi Komposisi Organoclay Terhadap Sifat Mekanik Dan Termal Karet Sintetis EPDM (Yuliasar
69/69
[31] Blumstein, A. 1961. Bull. Chim. Soc., pp. 899
[32] Cho, J.W., and D.R. Paul. 2001. Nylon-6 Nanocomposites by Melt Compounding.
Polymer 42, pp. 1083-1094.
[33]http://www.nano2008.org/Buku Pengantar Nanosains/Bab8Nanokomposit.pdf.
[34] Singh, Bhupendra. Polymer Clay Nanocomposite. Department of Chemical
Technology, University of Mumbai.
[35] Hackman, I., and L. Hollaway. 2005. Durability and Mechanical Properties of
Polymer-Layered Silicate Nanocomposites. School of Engineering,
University of Surrey.
[36] Karsal, Cicek. 2008. Preparation and Physical Characterization of Clay/EPDM
Nanocomposites. Thesis Izmir Institute Technology.
[37] Wu, You-Ping, et al. 2004. Effects of Characteristics of Rubber, Mixing and Vulcanization
on the Structure and Properties of Rubber/Clay Nanocomposites by Melt Blending. Paper
Macromolecular Materials and Engineering.
http://www.nano2008.org/Bukuhttp://www.nano2008.org/Bukuhttp://www.nano2008.org/Buku