Pene/i/ian don Pengembangan Ap/ikasi Is%p don Radiasi, 1998

EFEK MONOMER POLIFUNGSIONAL P ADA SIF A T FISIKBAHAN PVC IRADIASI

ABSTRAK

EFEK MONOMER POLIFUNGSIONAL PADA SIFAT FISIK BAHAN PVC IRADIASI. Telahdilakukan penelitian tentang studi sifat fisik PVC iradiasi yang ditambah monomer polifungsional. PVC dicampurdengan monomer polifungsional dengan konsentrasi 0,10,15 clan 20 psr clan DOP sebagai plastizer, dibuat film denganmesin tekan panas pada suhu 1800 C, tekanan 10 kgicm2 selama tiga menit, kemudian diiradiasi dengan mesin berkaselektron dengan energi percepatan 2 MeV clan kuat arus 1 ntA pada dosis 0-200 kGy. Duajenis monomer polifungsionalyang ditambahkan: Trimetilol propene tri-akrilat (TMPTA) clan Trimetilol propene tri-metakrilat (TMPTMA).Pengikatan silang pada PVC iradiasi dapat dilihat dari uji fraksi padatan clan tegangan putusnya. PVC tanpa penambahanmonomer polifungsional tidak terbentuk gel sampai dosis 200 kGy, tetapi dengan penambahan monomer 15 psr dapatmemberi traksi padatan yang tertinggi yaitu sekitar 70% untuk kedua monomer yang digunakan. Monomer polifungsionalTMPTMA terlihat sedikit lebih baik dibandingkan dengan monomer TMPTA, karena adanya gugus metil.

ABSTRACT

THE EFFECT OF POLYFUNCTIONAL MONOMER ON THE PHYSICAL PROPERTIES OFIRRADIATED PVC. The study of physical properties of irradiated PVC in the presence of polytunctional monomershave been studied. The PVC powder were mixed with the monomer (0, 10, 15, and 20 phr), and DOP as plastisizer.The films were made by hot press machine at 1800 C and the pressure of 10 kgicm2 for 3 minutes. The films wereirradiated by electron beams of 2 Me V acceleration energy and beam current of I rnA at the variation doses of 0-200kayo Two kinds of polytunctional monomers were added: Tri-methylol propene tri-acrylate (TMPTA) and Tri-methylolpropene tri-methacrylate (TMPTMA). The effect of PFM was observed from the gel traction and the mechanicalproperties. The irradiated PVC without polifunctional monomers does not crosslinked up to 200 kay, but with 15 phrof monomer the gel was already formed more than 70 % tor both of monomers. The addition of TMPTMA monomerwere better than TMPT A monomer, due to the presence of the methyl group.

PENDAHULUAN Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahuipengaruh penamballan "Crosslink agent" pada PVC yangdiiradiasi dengan mesin berkas elektron, guna mendapatkanPVC berikatan silang yang mempunyai sifat fisik optimum

pada pemakaiannya.

TATA KERJA

Bahan. Polivinil khlorida (PVC) yang digunakanpacta penelitian ini adalah PVC berbentuk bubuk, plastisizeryang dipakai DioCtyl phtalate (DOP). Dua jenis monomerpolifungsional yang ditambahkan pacta percobaan ini adalah

TMPT A (Tri-methylolpropene tri-acnylate)

0

c~ -C -CH = CH2

Polivinil khlorida (PVC) mulai diproduksi secarakomersial sejak tallilll 1950 daD pada tallun 1985 menempatiurotan kedua terbesar didunia untuk volume produksi

tennoplastik.PVC adalah polimer dengan satuan pengulangan

-CH2 -CHCI, daD tanpa adanya sejumlah aditifpenggunaamlya sangat terbatas, oleh sebab itu resin PVCharus di modifikasi dengaIl cara menambaIlkan suatu aditif.Penambahan aditif pada formulasi PVC disamping untukmempennudah pengolahannya, juga sangat penting untukmendapatkan sifat fisik yang optimal pada produk akhirdaTi formulasi PVC yang dikehendaki. Polimer PVC

mempunyai jangkauan aplikasi yang luas, bermacam-macam kegunaan polimer PVC tennodifikasi diantaranya;untuk material banglman, pipa tahan panas, selubung luarkabellistrik daD lain-lain.

Pengikatan silang pada PVC tidak akan terbentuktanpa adanya monomer polifungsional (I), maka keberadaanmonomer polifungsional sangat berperan bagi upayaterjadinya ikatan silang sebagai "Crosslink agent".Pengikatan silang pada PVC dapat dilakukaIl dengan teknikradiasi, sedangkan jenis monomer yang digunakan adalahsuatu senyawa yang mempunyai gugus fungsi metacrylatedaD acrylate (2).

C H -C -CH 0 -C -CH = CH2 5 2 2

I ~c~o -C -CH = C~

0

Penelitian dun Pengembangan Aplikasi lsolOp dun Radiosi, 1998

TMPTMA (Tri-methylolpropene tri-metacrylate)

CH2O -C -C= CH,

0 CH

silang yang terjadi akibatinteraksinya dengan energi radiasi,yaitu interaksi antara PVC dengan monomer polifungsionalyang ditambahkan. Struktur jaringan tiga dimensi yangdibentuk oleh PVC berikatan silang dapat menurunkan sifatkelarutannya selama ekstraksi. Semakin besar jumlah ikatansilang yang terjadi, semakin besar fraksi padatannya, berartikelarutannya semakin kecil.

Gambar I menunjukan pengaruh dosis terhadapfraksi padatan pada PVC dengan dengan monomerTMPTMA, Pada PVC tanpa penambahan monomer tidakterbentuk gel sampai pada dosis 200 kGy, semuanya larutselmna ekstraksi tetapi setelah ditambahkan monomer muIaiterbentuk gel sekitar 40 % pada dosis 50 kGy. Denganbertambahnya dosis gel yang terbentuk semakin meningkat,hal ini terjadi pada ketiga konsentrasi monomer yaitu 10,15, daD 20 psr. Dari data tersebut dapat terlihat bahwadengan konsentrasi monomer 15 psr pada dosis 200 kGy ,fraksi padatan mencapai titik yang tertinggi yaitu sekitar

70%.

IC2HS -C -CH2 -0 -C -C = CH;

I II I0 C~

c~o -c -C = CH2

0 c~

Tri-methylol propene tri-metacrylate (TMPT) dan Tri-

metllylol propene tri-acrylate (TMPT A), sedangkan pelanttyang digunakan adalah Tetrahydrofuran (THF).

Peralatan. Alat yang digunakan adalah rolpenggi]ing panas, mesin tekan panas dan dingin untukmembuat lembaran film PYC, mesin berkas elektron 2 Me Ydengan kuat ants I mA,serta alai uji tarik merk INSTRON]]22.

Gambar 2 Pengaruh dosis terhadap fraksi padatanpacta PVC dengan TMPT A, terlihat pacta dosis 50 kGy daD100 kGy terbentuknya gellebih rendah dibandingkan denganpenambahan monomer TMPTMA, tetapi pacta dosis 200kGy nilai fraksi padatan relatif sarna. Hal ini mungkindisebabkan karena gugus fungsi metakrilat sedikit lebihreaktif sehingga lebih cepat bereaksi pacta dosis 50 kGydibanding dengan gugus fungsi dari akrilat, karena pactamonomer TMPTMA terdapat gugus metil yang dapatmenstabilkan radikal yang terbentuk. Berdasarkan literatureTMPTMA mempunyai persen reaksi yang terjadi sebesar80,1 %, sedangkan TMPT A sebesar 78,6 % daD jumlahrata-rata ikatan C = C yang bereaksi pacta TMPTMA

2,40, sedangkan pacta TMPT A sedikit lebih keci1 yaitu 2,36

(5).

Pembuatan kompon daD iradiasi. Bubuk PVCsebanyak 60 gram dicampur dengan bahan-ballaD lainseperti DOP daD monomer polifungsional dalam gelasbeaker, kemudian campuran tersebut digiling denganpenggiling panas pada suhu 1900 C selama 10 meDii. Hasilgilingan tersebut dibuat film dengan mesin tekan panashidrolik pada suhu 1800 C dengan tekanan 10 kgicm2selanm3 menit. Film PVC yang dihasilkan diiradiasi denganmesin berkas elektron 2 MeV dengan kuat arus ImA padadosis 0,50, 100, dan 200 kGy.

Uji fraksi padatan. Pengujian fraksi padatan dapatmemberikan infonnasi seberapa besar derajat pengikatansilang yang terjadi karena radiasi daD pengaruh daTi

monomer polifungsional.Kawat kasa dipotong-potong lalu ditimbang (W 0)' lalusampel dimasukkan dalam kawat kasa daD ditimbang (W I).Sampel diekstrasi dengan pelarut tetrahydrofuran padasuhu 600 C selama 24 jam, setelah itu dikeringkan padaoven vakum pada suhu 500 C kemudian ditimbang sampaiberat tetap (W J.Perhitungan fraksi padatan sesuai dengan persamaansebagai berikut :

FP (%) = (W 2 -W 0) / (W I -W 0) x 100 %

Pengujian sifat fisiko Pengujian tegangan putusdaD perpanjangan putus pada PVC yang diiradiasi diukurdengan menggunakan alai INSTRON 1122.

Uji pengusangan. Untuk melihat ketahanansam pel film PVC terhadap suhu tinggi dilakukan ujipengusangan dengan menggultakan "Gear oven" pada suhu1210 C selama 7 hari, setelah dikondisikan pada suhu ruangtegangan putus dan perpanjangan putusnya diuji.

Gambar 3 daD 4 menunjukkan basil pengukurantegangan putus pada PVC berikatan silang, tanpa adanyamonomer tegangan putus tidak meningkat dengan kenaikandosis radiasi, ini disebabkan karena tidak terjadinya ikatansilang pada PVC. Dengan penamballan monomer derajatikatan silang meningkat oleh sebab itu teganganputusnyapun meningkat dengan kenaikan dosis radiasi.Konsentrasi monomer 15 psr pada dosis 200 kGy dapatmemberikall nilai tegangan putus tertinggi yaitu sebesar 300-400 kgicm\ baik untuk PVC dengan monomer TMPTMAmaupun TMPT A.

Pada Gambar 5 daD 6 terlihat bahwa perpanjanganputus menurun tidak terlalu tajam, perpanjanganputus menurun dengan meningkatnya dosis radiasi.Pengikatan silang dapat mengakibatkan bahan menjadi kaku

dan keras, sehingga bahan akan mudah putus. Pengusanganbahan PVC iradiasi, Tabel I menuqjukan pengukurantegangan putus setelah pengusangan. Ternyata PVC yangdiiradiasi pacta 50 kGy tidak tahan terhadap pengusangan,hal ini berarti pengikatan silang yang terjadi belum

sempurna.Sedangkan pacta dosis 100 kGy dan 200 kGy bahan masihdapat bertahan. tetapi tegangan putusnya bertambah tinggidan tidak mempunyai perpanjangan put us, hal inidisebabkan bahan menjadi keras daD kaku sehingga mudah

patah.

RASIL DAN PEMBARASAN

Pengujian fraksi padatan (gel fraction) dapatmemberikan informasi seberapa besar derajat pengikatan

Pene/i/ian don Pengembangan Ap/ikasi Isa/op don Radios;. /998

KESIMPULAN 2. H.K. ZHANG, "Formulation of radiation-crosslinkedwire and cable insulation", Regional trainingcourseon Radiation Crosslinking Technology (1990).

3. ZULKAFLI GHAZALI, "Radiation crosslinking ofpolymer in the presence of PFM",JAERI-Memo 03-179 (1991).

Dari basil percobaan yang telah dilakukan dapatdi simpulkan sebagai berikut:1. Pengikatan silang pada kompon PVC iradiasi dapat

terbentuk dengan adanya monomer polifungsional.2. Kompon PVC iradiasi yang berikatan silang dapat

menaikkan sifat fisiknya.3. Monomer polifungsiolml TMPTMA sedikit lebih reaktif

dibandingkan dengan monomer TMPT A.4. RIZKI AGUNG, M., Pengikat silang PVC dengan

menggullakan tehnik radiasi Gamma, Karya UtarnaSarjana Kimia, ill Depok (1994).

UCAPAN TERIMA KASm 5. JAMES E. MOORE," Calorimetric Analysis of UVcurable system, UV curing scince and technology" ,Vol II (1980).Penulis mengucapkan terima kasih kepada rekan-

rekan yang telah membantu penelitian ini, daD danapenelitian ini dibiayai oleh RUT 1.1 6. DR. R.HALMAN BSc, Ph.D and DR. P, OLDRING

Ph.D, BA, "Diluents", UV and EB curingfonnulation for printing Inks, Coating and Paints,Chapter III (1988).DAFfARPUSTAKA

1. SUN JIA ZHEN, "New trend of polymer shape memorymaterial", Regional training course on RadiationCrosslinking Technology (1990).

Tabel Tegangan putus setelah pengusangan

PVC + TMPTMA PVC + TMPT ADosis /(kGy) MPF (psr)

0/00/100/150/2050/050/ 1550/20100/ 0100/ 10100/ 15100/20200/ 0200/ 10200 / 15200/20

-884

863

873

856

616

738

788747

-8848968078746168328691054

Keterangan : MPF : Monomer polifungsional

rene/irian don F'engembangan Aplikasi Isorop don Radiasi, 1998

80

~~

c~+.>~'tj~A

I/)~~~~

60

40

20

0

0 50 100 150 200

DOSIS IR1\DIASI, kG,.

Gambar Pengaruh dosis terhadap fraksi padatan pada PVC + TMPTMA

O=IOpsr, ~=15psr, O=20psr

~~

~Cf~Cf

'0(f~.,..ICI2

~(f~er..

500 100 1~0 200

DOSIS IRADIASI I kGy

Gambar 2. Pengaruh dosis terhadap fraksi padatan pacta PVC + TMPTMA

Pene/itian dan Pengembangan Ap/ikasi lsotop dan Radiosi. /998

400

C\Ji:!CJ~

.!r.

..UJ~~~~~"~~t1bl&J

~

~

200

-

100

0

0 ,0 100 150 200

00518 1RADIASI, kGy

GambaT 3. Pengaruh dosis teThadap tegangan putus pacta PVC + TMPTMA.= 0 pST, 0 = 10 pST, tJ. = 15 pST, 0 = 20 pST.

N£i(.,

U;;..'.:

~

(/j

~~;::s~~cf1.0~cfbOt)

f~

150 2000 50 100

00818 IRADJASI, kGy

Gambar 4. pengaruh dosis terhadap tegangan putus pacta PVC + TMPTMA

Pene/ilion don Pengenlbongon Aplikasi /sotop don Rodiasi, /998

,~300~

[

~~ 200

~:3~~A.

~~t-lJ~~ 100~"AHC)&l4

t

.--'-ll

.~-:

.-

0

500 150100 200

DO"1 '" T R -" 1 "' 1 kG . U U ..,..1, }~~, y

Gatnbar 5. Pengaruh dosis terhadap perpanjangan putus pada PVC + TMP1MA

~~

UJ:j,..,~~~tW~~~

.~

~tW~M.,I:l.

r{,S1S IR!..L'IASI, kGy

Grunbar 6. Pengaruh dosis terlmdap pelpanjangan putus pacta PVC + TMPTMA

Penelilian dan Pengembangan Aplikasi lsolop dan Radiasi. /998

DISKUSI

SUGIARTO DANUNAZLYHILMY

Pada penambahan monomer polifungsionalsebanyak 10 psr mempunyai fraksi padatan berada diantarapenambahan 15 daD 20 psr. Bagaimana penjelasanhubungan antara fraksi padatan dengan konsentrasimonomer yang ditambahkan ?

1. Apa tujuan penelitian ini ?2. Mengingat PVC mudah terurai oleh iradiasi dan

digrafting juga dengan monomer pulifungsional untuktujuan apa '7

3. Jika tujuan untuk mencari PVC yang tahan radiasi,jelaskan mengapa Anda melakukan penelitian ini ?

ISNI M.

ISNI M.Kemungkinan pada waktu proses pencampuran

PVC dan monomer polifungsional 20 psr tidak homogendaD kemungkinan banyak yang keluar (hilang), sehinggamenyebabkan kandungan monomer pada PVC berkurangyang mengakibatkan ikatan silang yang terbentuk lebihkecil, maka % fraksi padatannya lebih rendah daripadakonsentrasi MPF 10 daD 15 psr.

1. Tujuan akhir penelitian ini adalah untuk produkselubung kabel listrik.

2. Tujuannya bukan grafting, tetapi Crosslinking, karenaPYC tanpa penambahan monomer polifungsional tidakdapat terbentuk ikatan silang selama iradiasi.

3. Tujuannya bukaIl untuk mencari PYC yang tahan radiasi,tetapi mendapatkan PYC berikatan silang yang milan

panas. SUDRAJA T ISKANDAR

ZUBAIDAH lRAWATI I. Kenapa yang di pilih monomer TMPT A daDTMPTMA ?

2. Tujuan akhir penelitian Uluuk membuat apa '1Pada tata kerja, metode Siapa yang diacu dalampembuatan sampel. Apakah merupakan penemuan sendiri,modifikasi, dsb. ? ISNI M.

ISNI M. 1. Dipilih monomer TMPTMA daD TMPTA, karenamonomer tersebut mempunyai tiga gugus fungsi.

2. Tujuan akhir penelitian ini adalah untuk produkselubung kabellistrik.

Pernbuatan sarnpel dilakukan berdasarkanpercobaan yang kanli lakukan di laboratorium daD jugamengacu pada Balai Besar Kulit daD Plastik di Yogyakarta.