Pengaruh Oleamida Terhadap Sifat-Sifat Karet Alam dan Karet Stirena Butadiena Terisi Silika

Penelitian mengenai potensi oleamida sebagai bahan aditif bagi kompon karet alam dan karet stirena butadiena (KSB) terisi silika dengan menggunakan formulasi sistem vulkanisasi semi efisien telah dilakukan. Silika digunakan sebagai pengisi penguat ditambahkan ke kompon karet alam dan KSB sebanyak 30 bagian per seratus bagian karet stirena butadiena (bsk). Oleamida sebagai bahan aditif merupakan hasil sintesa dari asam oleat dengan urea. Kadar oleamida yang digunakan adalah 0,0; 2,0; 4,0; 6,0 dan 8,0 bsk. Dilakukan pengamatan pengaruh oleamida terhadap ciri-ciri pematangan dan sifat sifat mekanis dari kompon karet alam dan KSB terisi silika.

Berdasarkan hasil pengujian diperoleh bahwa oleamida berfungsi sebagai bahan kuratif dan sebagai bahan pemlastis bagi kompon karet alam dan KSB terisi silika. Oleamida menurunkan waktu skorj dan waktu pematangan optimum. Semakin besar kadar oleamida yang ditambahkan maka semakin menurun waktu skorj dan waktu optimum. Oleamida juga menurunkan tork maksimum dan tork minimum. Semakin besar kadar oleamida maka semakin menurun tork maksimum dan tork minimum. Didapati juga oleamida mempengaruhi sifat mekanik dari kompon karet alam dan KSB terisi silika. Oleamida meningkatkan modulus tensil M100 dan M300, kekuatan tarik, kekerasan, dan ketahanan kikis hingga 2,0 bsk kemudian menurun bersamaan dengan penambahan oleamida lebih lanjut. Akan tetapi, oleamida menurunkan pemanjangan saat putus hingga 2,0 bsk dan akan meningkat dengan penambahan oleamida lebih lanjut.

Peningkatan sifat-sifat mekanikal disebabkan oleh peningkatan sambung silang pada kompon karet alam dan KSB terisi silika dengan penambahan oleamida hingga 2,0 bsk yang dibuktikan dengan pengujian swelling percentage. Scanning Electron Microscopy (SEM) juga membuktikan bahwa pada penggunaan oleamida sebanyak 2,0 bsk pada kompon karet alam dan KSB terisi silika memiliki permukaan matriks yang paling kasar yang mengindikasikan dispersi silika yang baik. Adanya penambahan sambung silang juga disebabkan oleh adanya ikatan penggandeng antara karet alam-oleamida-silika dan KSB-oleamida-silika yang dibuktikan dengan pengujian Fourier Transform Infra Red (FTIR). Adanya sifat kristalinitas yang menurun dengan penambahan oleamida pada kompon karet alam dan KSB hingga 2,0 bsk dan akan meningkat dengan penambahan oleamida lebih lanjut dibuktikan dengan pengujian X-Ray Diffraction (XRD).

LATAR BELAKANG

Karet alam diperoleh dari tanaman Hevea brasiliensisis adalah salah bahan baku komersil utama dalam pembuatan material karet, seperti penggunaan dalam industri pembuatan ban dan kesehatan. Karet  alam murni diperkirakan mengandung 94% hidrokarbon karet  dan 6% komponen karet. Hidrokarbon karet  di dalam partikel karet  mengandung  kelompok  awal  (mengacu  kepada  ω)  0-3  trans-1,  4  satuan isoprena yaitu sebuah rantai panjang dari satuan cis-isoprena dan kelompok akhir (mengacu kepada α). Komponen non-karet terdiri dari protein, fosfolipid, glikolipid, asam lemak dan sebagainya, yang terdapat dalam serum dan permukaan karet alam. Struktur yang hirarkis ini dipercaya sebagai asal usul dari sifat-sifat karet alam yang baik. Adalah hal yang penting bahwa kemajuan dari karakterisasi struktural dapat memberikan dasar teoritis untuk penelitian pada mekanisme biosintesis dan perkembangan dari teknik pemrosesan karet alam.

Karet alam, cis-1,4-polyisoprene, adalah bahan yang banyak digunakan di bagian elastomer  karena  menggabungkan  regangan  elastis  yang  sangat  besar  dengan kekuatan tarik yang tinggi dan ketahanan pertumbuhan retak yang luar biasa. Sifat- sifat luar biasa ini sebagian dikaitkan dengan fenomena kristalisasi yang diinduksi oleh regangan yang disebut dengan strain induced crystallization (SIC) yang terjadi pada karet alam. Secara khusus, kristalit yang diinduksi seharusnya memperlambat, menyimpang, dan bahkan menghentikan pertumbuhan retak, baik untuk kondisi pembebanan statis atau siklik. Kemampuan untuk mengkristal di bawah tekanan ini sering  dijelaskan  oleh  keteraturan  yang  tinggi  dari struktur  makromolekul,  yaitu persentase rantai yang berada dalam konfigurasi cis, yang sangat mendekati 100% dalam  karet  alam.  Karet  isoprena  sintetis  menunjukkan  kristalinitas  yang  lebih rendah daripada karet alam karena keteraturan struktur makromolekul yang lebih rendah, meskipun dapat mengandung lebih dari 98% rantai dalam konfigurasi cis.

Styrene-butadiene  rubber  (SBR)  adalah  elastomer  sintetis  dengan  berbagai aplikasi industri. Dikarenakan resistensi abrasi yang sangat baik dan stabilitas maka karet jenis ini banyak digunakan sebagai komponen mobil ban. Produksi SBR oleh kopolimerisasi  emulsi  dingin  biasanya  dilakukan  pada  suhu  sekitar  5°C  dalam cascade yang berada di dalam enam hingga lima belas reaktor kontinu berpengaduk (Zubov, et al., 2012). Styrene butadiene rubber (SBR) adalah salah satu yang karet sintetis  yang  dapat  digunakan  sebagai  matriks  komersial untuk  pembuatan  karet nanokomposit. SBR adalah karet non-polar dan memiliki sifat mekanik yang baik.

Pengisi adalah salah satu bahan aditif yang digunakan dalam kompon karet alam dan memberikan pengaruh yang jelas pada bahan karet. Fungsi dari pengisi adalah untuk mengubah sifat fisika dan sifat kimia dari vulkanisat. Dalam industri karet, pengisi  yang  digunakan  secara  umum adalah  carbon  black,  tanah  liat  Cina  dan kalsium karbonat. Mekanisme dari penguatan elastomer oleh pengisi telah ditinjau oleh beberapa peneliti. Mereka mengemukakan pengaruh dari pengisi, yaitu untuk meningkatkan jumlah rantai yang membagi beban rantai polimer yang rusak. Telah diketahui bahwa dalam bahasan vulkanisat terisi, efisiensi dari penguat bergantung pada interaksi yang rumit dari dari beberapa parameter yang berhubungan dengan pengisi, seperti ukuran partikel, bentuk partikel, dispersi partikel, luas permukaan, reaktivitas  permukaan,  struktur  pengisi  serta  kualitas  ikatan  antara  pengisi  dan matriks karet alam.

Silika (SiO2) adalah senyawa berlimpah di atas bumi yang banyak digunakan dalam industri untuk menghasilkan gel silika, silika koloid, silika berasap dan sebagainya. Partikel-partikel nanosilika telah digunakan dalam industri untuk memperkuat elastomer sebagai zat terlarut reologi. Nanokomposit terisi silika telah menarik minat ilmiah karena keuntungan dari biaya produksi yang rendah serta fitur- fitur yang tinggi. Studi tentang dispersi nanosilika dalam matriks polimer seperti poli (metil metakrilat), polietilen dan poli (etilena oksida-600) telah dilaporkan oleh penelitian sebelumnya. Pengisi nano (terutama partikel nanosilika) memiliki rasio aspek yang lebih tinggi daripada agregat mikroskopis biasa. Nanosilika yang dapat didispersikan sebagai lapisan nano silikat dengan rasio aspek tinggi sangat sesuai untuk penguat polimer. Polimer nanokomposit terisi tanah liat telah menunjukkan peningkatan drastis dalam sifat mekanik (modulus dan kekuatan tarik), sifat termal (tahan panas dan mudah terbakar) dan sifat penghalang. Demikian pula, keadaan koloid dan permukaan kimia lapisan silikat dalam matriks polimer memainkan peran penting dalam sintesis polimer nanokomposit silika.

Oleamida di dalam pembuatan polimer nanokomposit digunakan sebagai agen penyambung antara zat silika dan polimer yang  mengubah struktur partikel SiO2 karena mereka terikat pada gugus silanol pada permukaan nanosilika dengan ikatan hidrogen.  Oleamida  yang  mengubah  struktur  partikel  silika  telah  memberikan efisiensi yang baik dan dispersi yang stabil terhadap nanokomposit.

Senyawa aditif bertanggung jawab secara signifikan untuk mengurangi koefisien gesekan permukaan polimer. Selain menyediakan pelumasan ke permukaan film, bahan ini juga digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik polimer dengan sifat antistatik yang memungkinkan pelepasan cetakan yang lebih baik, mengurangi viskositas  lelehan,  dan  sifat  anti-lengket.  Senyawa  aditif  yang  paling  umum digunakan dalam plastik adalah lemak asam amida seperti oleamida, stearil erukamida, stearamida, erukamida dan oleyl palmitamida.

Penelitian menggunakan silika sebagai pengisi dan alkanolamida sebagai bahan aditif (pemlastis) ditambahkan ke dalam karet alam yang bertujuan untuk mengamati peranan alkanolamida sebagai bahan aditif di dalam pemrosesan vulkanisat karet alam. Hasil yang diperoleh yaitu alkanolamida  mempersingkat  waktu  skorj dan waktu pematangan karet  dan  juga menyebabkan peningkatan perbedaan tork, modulus tensile, kekuatan tarik dan kerapatan sambung silang.

Penelitian menggunakan nanosilika sebagai pengisi nanokomposit yang digunakan dalam bidang kedokteran gigi dan diamati  sifat-sifat   nanokomposit   yang  terbentuk  seperti  sifat   permukaan  dan mekanis. Pembuatan nanokomposit dilakukan dengan menambahkan campuran bisphenol A glycidyl methacrylate (BisGMA), diurethane dimethacrylate (UDMA) dan triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA) dengan nanosilika. Dari hasil penelitian, diperoleh bahwa dari uji TEM, kekerasan permukaan, kekuatan lentur serta modulus elastisitas menunjukan peningkatan yang signifikan terhadap sifat-sifat nanokomposit dan telah memenuhi standar yang berlaku.

Penelitian menggunakan nanosilika sebagai pengisi yang ditambahkan ke dalam karet sintetik Acrylonitrile Butadiene Rubber (NBR) lalu dicampur dalam two roll mill dan diamati kelakuan reologisnya. Dari hasil penelitian, diperoleh bahwa nanokomposit NBR berpengisi silika menunjukkan peningkatan dalam modulus elastisitas, kekuatan tarik dan kekuatan interfasa.

Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa silika dapat digunakan sebagai bahan pengisi untuk pembuatan komposit karet alam dan sintetik karena memiliki sifat-sifat penguat yang baik dan meningkatkan sifat-sifat mekanik komposit karet alam selain itu silika merupakan salah satu bahan yang tersedia dengan cukup melimpah sehingga tidak sulit untuk memperoleh silika dalam jumlah yang cukup besar.

Selain  itu,  oleamida  sebagai pemlastis dapat  digunakan dalam penelitian  ini karena sifatnya yang plastis sehingga dapat memperkecil gesekan, mencegah terjadinya aglomerasi serta mengurangi sifat anti lengket pada permukaan vulkanisat karet.

VULKANISASI (REAKSI SULFUR)

Vulkanisasi adalah suatu proses dimana molekul karet yang linier mengalami reaksi sambung silang sulfur (sulfur-crosslinking) sehingga menjadi molekul polimer yang membentuk rangkaian tiga dimensi. Reaksi ini merubah karet yang bersifat plastis (lembut) dan lemah menjadi karet yang elastis, keras dan kuat. Vulkanisasi juga dikenal dengan proses pematangan (curing/cure), molekul karet yang sudah tersambung silang (crosslinked rubber) dirujuk sebagai vulkanisat karet (rubber vulcanizate). Vulkanisat karet tidak lengket (tacky), dan tidak melarut tetapi hanya mengembang didalam pelarut organik tertentu.

Prinsip dasar vulkanisasi adalah pembentukan ikatan silang kimiawi antara makromolekul karet yang mengarah pada pembentukan jaringan tiga dimensi matriks karet dengan reaksi antara gugus fungsi elastomer rantai dan bahan pengawet yang sesuai. Dalam jaringan lintas-ikatan vulkanisat, kopling  fisik  juga  hadir  sebagai ikatan hidrogen, polar, gaya dispersi antara rantai elastomer dan berbagai keterlibatan intramolekul dan intermolekul.

Mekanisme reaksi vulkanisasi dapat ditunjukkan sebagai berikut :

Tidak seperti awal ditemukannya reaksi ini oleh Charles Goodyear di tahun 1939, dimana reaksi sambung silang oleh sulfur ini memerlukan waktu yang relatif sangat lama, dewasa ini dengan ditambahkannya bahan pencepat (accelerator agent) kedalam ramuan karet maka proses vulkanisasi hanya memerlukan waktu dalam hitungan  menit  saja.  Dewasa  ini  dengan  ditambahkannya  bahan  pencepat (accelerator agent) ke dalam ramuan karet maka proses vulkanisasi hanya memerlukan waktu dalam hitungan menit saja. Sistem vulkanisasi yang terakhir ini dikenal sebagai sistem vulkanisasi belerang terakselerasi.

Secara umum sistem ini diklasifikasikan menjadi 3 (tiga) yaitu pemvulkanisasian konvensional, semi-efisien, dan efisien. Ketiganya dibedakan berdasarkan perbandingan konsentrasi belerang dengan pencepat. Pada sistem pematangan konvensional, jumlah belerang yang digunakan banyak dan bahan pemercepat yang digunakan sedikit. Pada sistem vulkanisasi konvensional menghasilkan vulkanisat dengan ketahanan usang pada suhu tinggi (heat ageing) sangat rendah. Jika karet divulkanisasi dengan jumlah belerang yang lebih besar dihasilkan bahan yang sangat keras dan tahan secara kimia, yang dikenal sebagai ebonit atau karet keras. Ebonit digunakan sebagai kotak aki mobil. Sistem vulkanisasi efisien adalah sistem vulkanisasi dengan jumlah belerang yang rendah dan jumlah bahan pemercepat yang tinggi. Pada sistem vulkanisasi efisien karena jumlah belerangnya lebih sedikit dari pada jumlah bahan pencepat maka setiap ikatan silang mengandung sedikit jumlah atom belerang sehingga mempunyai sifat tahan suhu tinggi namun ketahanan letih, ketahanan retak dan ketahanan lenturnya rendah.

Sistem vulkanisasi semi-efisien disusun untuk memperbaiki kelemahan kedua sistem vulkanisasi di atas. Sistem vulkanisasi semi-efisien menghasilkan ketahanan retak, lentur dan letih serta ketahanan usang yang baik. Karet alam dapat divulkanisasi dengan memakai salah satu dari sistem sulfur terakselerasi diatas, tetapi ramuan sistem semi-efisien ataupun sistem efisien lebih disarankan karena menghasilkan vulkanisat karet alam dengan sifat ketahanan penuaan yang lebih baik.

Bahan pencepat adalah bahan penting dalam semua sistem vulkanisasi sulfur. Bahan ini meningkatkan kecepatan reaksi dan densitas ikatan silang juga mampu meningkatkan hasil ikatan silang pembentukan sulfur dan dapat digunakan untuk menyesuaikan rasio antara periode induksi, kecepatan reaksi dan jenis ikatan silang. Bahan ini juga mempengaruhi keamanan pemrosesan senyawa karet vulkanisat dan jumlah sulfur yang dibutuhkan untuk struktur ikatan silang vulkanisat yang optimal. Jenis dan jumlah bahan pencepat dan perbandingan bahan pencepat dengan sulfur dalam campuran karet juga memengaruhi sifat akhir vulkanisat, terutama stabilitas termo-oksidatifnya dan  beberapa sifat mekanis dan dinamis. Dari perspektif teknologi, keberadaan bahan pencepat dalam proses vulkanisasi dapat mempersingkat waktu vulkanisasi, mengurangi suhu vulkanisasi dan jumlah sulfur dalam campuran karet. Bahan pencepat adalah senyawa organik eksklusif yang mengandung, dalam hampir semua kasus, nitrogen dan sulfur dalam molekul. Senyawa organik berdasarkan nitrogen, terutama anilin dan turunannya pertama kali digunakan sebagai akselerator oleh Oenslager pada tahun 1906.

KOMPONDING (RUBBER COMPOUNDING)

Compounding adalah ilmu multidisipliner yang kompleks dalam memilih dan memadukan kombinasi yang tepat dari elastomer dan bahan lainnya untuk memenuhi persyaratan kinerja, manufaktur, lingkungan, dan biaya untuk barang-barang hasil olahan karet yang dibuat dan digunakan dalam perdagangan. Ada berbagai macam elastomer dan bahan-bahan yang tersedia dalam pembuatan barang-barang karet, yang mencakup semua jenis produk seperti ban, ban vulkanisir, alas kaki, gulungan karet, selang, ikat pinggang, tabung, sarung tangan karet dan lateks, kantung bola, peralatan medis, bumper mobil dan berbagai produk lainnya.

Compounding adalah istilah yang telah berevolusi dalam industri plastik dan karet dan dalam banyak hal merupakan kekeliruan bagi ilmu material untuk memodifikasi polimer atau campuran polimer melalui penambahan bahan lain untuk mencapai serangkaian sifat mekanik untuk aplikasi layanan tertentu. Karenanya, peracikan adalah ilmu yang sangat kompleks yang melibatkan banyak disiplin ilmu tradisional seperti kimia organik, kimia polimer, fisika material, matematika, dan mekanika teknik.

Karet alam yang diperoleh dari pengolahan industri hulu karet biasanya bersifat kenyal. Sifat ini harus diubah saat pengolahan karet berlangsung.  Sebelum mengalami proses vulkanisasi, karet dan sejumlah bahan ramuan terlebih dahulu mengalami proses pencampuran (mixing), sehingga membentuk suatu persenyawaan/kompon karet (a rubber compound). Pencampuran dilakukan dengan menggunakan alat pencampur penggulung-dua (two-roll mill), dimana pada alat tersebut karet terlebih dahulu diubah menjadi bahan yang plastis (lembut).

Proses pengubahan karet yang kenyal menjadi karet yang bersifat plastis dinamakan mastikasi. Proses mastikasi bertujuan untuk memutuskan ikatan-ikatan kimia pada polimer isoprena sehingga karet bersifat plastis dan memungkinkan terjadinya pencampuran oleh bahan kimia tambahan lain. Proses pencampuran pada karet mentah hingga membentuk kompon karet bertujuan untuk membentuk karet setengah jadi, yang dapat diproses kembali untuk menjadi barang siap pakai. Tahapan selanjutnya adalah penambahan bahan-bahan tertentu kedalam kompon sehingga  diperoleh  sifat  fisik  produk  akhir  yang  lebih  baik,  karakteristik pemprosesan yang dibutuhkan untuk pembuatannya dan keekonomisan biaya pembuatan produk.

Proses pembuatan formulasi/kompon karet alam, memiliki beberapa pilihan bahan kimia tambahan untuk meningkatkan kualitas vulkanisat produk karet alam. Bahan kimia tersebut memberikan sifat mekanik yang spesifik terhadap vulkanisat produk karet yang akan dibentuk. Bahan kimia karet dapat digolongkan atas fungsinya, yaitu bahan kimia pokok, bahan kimia tambahan dan bahan penunjang. Bahan kimia pokok adalah bahan kimia yang harus ada dalam setiap kompon karet diantaranya karet mentah, bahan pemvulkanisasi, pencepat, penggiat, pengisi dan pelunak. Bahan kimia tambahan adalah bahan yang hanya ditambahkan pada pengolahan barang jadi karet atau ditambahkan untuk meningkatkan efisiensi pengolahan kompon karet. Bahan penunjang berfungsi sebagai penunjang atau penguat yang memberikan kekuatan pada suatu bagian barang jadi karet.

Selain karet yang merupakan bahan dasar, bahan-bahan kimia karet yang digunakan untuk membuat kompon karet :

1. Bahan penyambung silang, seperti sulfur.
2. Pengaktif pencepat (accelerator activator), seperti ZnO dan asam stearat.
3. Pencepat reaksi sambung silang (accelerator), seperti merkapto- benzotiazolildisuldida (MBTS), N-Sikloheksil-2-benzol tiazolsulfenamida (CBS).
4. Penahan degradasi sifat-sifat karet (antidegradant), seperti N-isopropil- N´fenil-p-fenilin diamina (IPPD).

Hasil akhir dari proses pencampuran adalah suatu kompon karet. Kompon karet siap divulkanisasi dengan kisaran suhu 140-180°C, selama waktu vulkanisasi optimum. Penentuan waktu vulkanisasi yang optimum dilakukan dengan menggunakan alat Rheometer atau Curemeter, yaitu dengan memasukkan sejumlah tertentu sampel kompon karet tersebut ke dalam cakram osilasi (oscilating disc) dari rheometer. Selanjutnya sampel kompon karet tersebut dimatangkan/divulkanisasi pada suhu setting 150°C dan waktu setting 15 menit. Keluaran (output) dari rheometer ini adalah berupa rheograf yang memuat informasi-informasi karakteristik pematangan (cure characteristics) yang berguna bagi pemrosesan lanjut kompon karet menjadi produk karet.

Informasi yang dimaksud berupa data-data seperti, Tork (torque) maksimum dan minimum, waktu skorj (scorch time), dan t90. T90 adalah waktu yang diperlukan untuk mencapai 0,90 (tork maksimum-tork minimum), dan t90 dirujuk sebagai waktu pematangan (vulkanisasi) yang optimum, yaitu waktu pematangan atau derajat pematangan yang akan menghasilkan vulkanisat karet dengan sifat-sifat karet yang optimum.

KARET ALAM

Karet alam diperoleh dari tanaman Hevea brasiliensisis adalah salah bahan baku komersil utama dalam pembuatan material karet, seperti penggunaan dalam industri pembuatan ban dan kesehatan. Karet alam murni diperkirakan mengandung 94% hidrokarbon karet dan 6% komponen karet. Hidrokarbon karet di dalam partikel karet mengandung kelompok awal (mengacu kepada ω) 0-3 trans-1, 4 satuan isoprena yaitu sebuah rantai panjang dari satuan cis-isoprena dan kelompok akhir (mengacu kepada α).

Komponen non-karet terdiri dari protein, fosfolipid, glikolipid, asam lemak dan sebagainya, yang terdapat dalam serum dan permukaan karet alam. Struktur yang hirarkis ini dipercaya sebagai asal usul dari sifat-sifat karet alam yang baik. Adalah hal yang penting bahwa kemajuan dari karakterisasi struktural dapat memberikan dasar teoritis untuk penelitian pada mekanisme biosintesis dan perkembangan dari teknik pemrosesan karet alam.

Karet alam, cis-1,4-polyisoprene, adalah bahan yang banyak digunakan di bagian elastomer karena menggabungkan regangan elastis yang sangat besar dengan kekuatan tarik yang tinggi dan ketahanan pertumbuhan retak yang luar biasa. Sifat- sifat luar biasa ini sebagian dikaitkan dengan fenomena kristalisasi yang diinduksi oleh regangan yang disebut dengan strain induced crystallization (SIC) yang terjadi pada karet alam. Secara khusus, kristalit yang diinduksi seharusnya memperlambat, menyimpang, dan bahkan menghentikan pertumbuhan retak, baik untuk kondisi pembebanan statis atau siklik.

Kemampuan untuk mengkristal di bawah tekanan ini sering dijelaskan oleh keteraturan yang tinggi dari struktur makromolekul, yaitu persentase rantai yang berada dalam konfigurasi cis, yang sangat mendekati 100% dalam karet alam. Karet isoprena sintetis menunjukkan kristalinitas yang lebih rendah daripada karet alam karena keteraturan struktur makromolekul yang lebih rendah, meskipun dapat mengandung lebih dari 98% rantai dalam konfigurasi cis. Beberapa penulis juga berpendapat bahwa komponen non-karet dalam karet alam (6% berat protein dan lipid) memainkan peran utama dalam sifat mekaniknya yang sangat baik, karena mereka meningkatkan kapasitasnya untuk mengkristal.

KARET SINTETIK STIRENA BUTADIENA

Karet sintetik adalah berbagai macam jenis material yang tebuat dari polimer yang berperan sebagai elastomer. Karet sintetik dapat dibuat dari polimerisasi dari berbagai jenis monomer termasuk isoprena (2-metil-1, 3-butadiena), 1, 3-butadiena, kloroprena  (2-kloro-1,  3-butadiena)  dan  isobutilena  (metil  propena)  dengan persentase yang kecil terhadap isoprena untuk sambung silang.

Styrene-butadiene rubber (SBR) adalah elastomer sintetis dengan berbagai aplikasi industri. Dikarenakan resistensi abrasi yang sangat baik dan stabilitas maka karet jenis ini banyak digunakan sebagai komponen mobil ban. Produksi SBR oleh kopolimerisasi emulsi dingin biasanya dilakukan pada suhu sekitar 5°C dalam cascade yang berada di dalam enam hingga lima belas reaktor kontinu berpengaduk.

Styrene butadiene rubber (SBR) adalah salah satu yang karet sintetis yang dapat digunakan sebagai matriks komersial untuk pembuatan karet nanokomposit. SBR adalah karet non-polar dan memiliki sifat mekanik yang baik. Tuntutan besar dari SBR memotivasi para peneliti untuk menyelidiki nanokomposit mereka.

Styrene butadiene rubber (SBR) memiliki sifat mekanik yang baik dan tidak mudah mengalami kerusakan. Secara khusus, SBR memiliki resitensi yang baik terhadap ozon, cuaca dan abrasi dibandingkan karet alam.

Sifat fisik SBR dikendalikan oleh komposisi unit stirena dan butadiena di dalam kopolimer serta struktur regiokimia mereka. Setiap degradasi membatasi jaminan untuk kinerja bahan karet untuk ban. Secara umum, degradasi karet mencakup perubahan ireversibel dalam struktur kimia rantai polimer, dan tipenya diklasifikasikan menjadi panas, ozon, foto, kimia, radiasi, mekanik, listrik, dan degradasi mikroba berdasarkan jenis pemicu.

SILIKA

Semua tanah liat mengandung berbagai zat pengotor (mineral lain) dan zat pengotor inilah yang memberikan sifat dan warna khusus tanah liat tersebut. Silika adalah unsur dominan yang terdapat pada tanah liat, dengan alumina yang juga merupakan  unsur yang penting. Polimer nanokomposit dari tanah liat merupakan topik  yang  menarik  dalam  pembuatan  bahan  isolasi  karena  sifatnya  yang menjanjikan yang dapat diperoleh dengan kandungan pengisi yang sangat rendah. Seperti diketahui, peningkatan kinerja dari komposit ini direalisasikan ketika partikel-partikel tanah liat terdispersi secara akurat dalam matriks polimer dan interkalasi antara matriks makromolekul dan lapisan tipis tanah liat terjadi.

Tanah liat berukuran nano (nanoclay), di samping fungsi utamanya sebagai penguat dengan aspek rasio yang tinggi, juga memiliki fungsi tambahan penting seperti sifat termal, penghalang dan penghambat nyala api. Beberapa faktor yang bertanggung jawab untuk kinerja yang baik dalam nanokomposit adalah interkalasi (surfaktan dan polimer), adhesi atau pembasahan antarmuka, pengelupasan kulit (dispersi dan delaminasi).

Silika adalah senyawa berlimpah di atas bumi yang banyak digunakan dalam industri untuk menghasilkan gel silika, silika koloid, silika berasap dan sebagainya. Partikel-partikel nanosilika telah digunakan dalam industri untuk memperkuat elastomer sebagai zat terlarut reologi. Nanokomposit terisi silika telah menarik minat ilmiah karena keuntungan dari biaya produksi yang rendah serta fitur-fitur yang tinggi. Pengisi nano (terutama partikel nanosilika) memiliki rasio aspek yang lebih tinggi daripada agregat mikroskopis biasa. Nanosilika yang dapat didispersikan sebagai lapisan nano silikat dengan rasio aspek tinggi sangat sesuai untuk penguat polimer. Polimer nanokomposit terisi tanah liat telah menunjukkan peningkatan drastis dalam sifat mekanik (modulus dan kekuatan tarik), sifat termal (tahan panas dan mudah terbakar) dan sifat penghalang. Demikian pula, keadaan koloid dan permukaan kimia lapisan silikat dalam matriks polimer memainkan peran penting dalam sintesis polimer nanokomposit silika.

Silika merupakan senyawa amorphous yang mengandung silikon dan oksigen yang tersusun dalam struktur tetrahedral. Ukuran partikel silika bervariai antara 1 sampai 30 nm dengan luas permukaan dari 20 sampai 300 m2/g. Penggunaan silika banyak dalam industriindustri, dikarenakan sifat dan morfologinya yang unik, diantaranya: luas permukaan dan volume porinya yang besar, dan kemampuan untuk menyerap berbagai zat seperti air, oli dan bahan radioaktif. Pada umumnya silika bisa bersifat hidrofobik ataupun hidrofilik sesuai dengan struktur dan morfologinya. Selain itu silika juga bersifat non konduktor, memiliki ketahanan terhadap oksidasi dan degradasi termal yang baik, jika dipadukan dengan karet alam, maka akan membentuk komposit karet alam-silika yang akan menunjukkan kemampuannya untuk memperbaiki kinerja sebuah komposit baik sifat mekanik, optik, listrik maupun  ketahanannya  terhadap  korosi  jika  dibandingkan  dengan  komposit berpenguat lainnya. Kinerja yang lebih baik tersebut terbentuk disebabkan adanya ikatan interfasa antara SiO2 dengan karet alam.

PENGUATAN KARET (RUBBER REINFORCEMENT)

Teknik menggabungkan dan mencampur bahan untuk memberikan sifat lebih unggul dari bahan tunggal dikenal sebagai penguatan dan bahan yang diperoleh disebut bahan komposit atau bahan yang diperkuat (reinforced material). Penguatan dibagi menjadi tiga jenis struktural yang luas yaitu penguatan partikel di mana partikel halus tersebar sebagai fase diskontinu dalam matriks, penguatan serat di mana serat tunggal atau monofilamen tersebar atau diorientasikan dalam matriks, dan penguatan fase kontinu di mana fase kontinu penguat terbentuk.

Penguatan adalah metode sederhana untuk mengurangi kecacatan. Penguatan karet alam tergantung pada agen penguat seperti serat dan partikel nano. Bahan aditif berskala nano, seperti carbon black dan partikel nano silika, telah umum digunakan sebagai agen penguat polimer. Karet alam yang diperkuat silika disiapkan melalui proses sol-gel memberikan hasil yang sangat menjanjikan dan telah banyak digunakan. Modifikasi karet alam dengan mencangkok dengan polimer polar tinggi seperti polimetil metakrilat atau PMMA untuk meningkatkan kompatibilitas antara karet alam dan partikel silika disiapkan dengan tujuan untuk meningkatkan kinerja penguatan karet alam.

Produk karet alam umumnya memiliki kekuatan mekanik yang rendah. Oleh sebab itu, dalam pengolahannya perlu ditambahkan penguat seperti pengisi (filler) baik berupa pengisi anorganik maupun pengisi organik. Pengisi biasanya digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat mekanikal dari vulkanisat karet alam seperti kekuatan tarik (tensile strength), ketahanan terhadap pengikisan dan pengoyakan (resistances to abrasion and tearing) atau untuk memurahkan ongkos suatu produk karet (cheapen the cost of product). Pengisi-pengisi juga mempengaruhi sifat-sifat viskoelastis (viscoelastic properties) dan kekuatan kompon karet. Berdasarkan efek penguatan terhadap sifat-sifat karet (rubber properties), maka pengisi dapat dikelompokkan menjadi 3 yaitu penguat (reinforcing), semi penguat dan bukan penguat (non reinforcing). Pengisi penguat (reinforcing filler) digunakan untuk meningkatkan  sifat-sifat  mekanikal  vulkanisat  karet  alam  seperti  yang  telah dijelaskan diatas.

PEMLASTIS (PLASTICIZER)

Pemlastis adalah zat non-volatil dengan berat molekul rendah yang ditambahkan ke polimer untuk meningkatkan fleksibilitas dan kemampuan pemrosesan polimer itu sendiri. Bahkan jumlah kecil dari pemlastis secara signifikan mengurangi temperatur transisi kaca (Tg) dari polimer. Ini dikarenakan reduksi dari gaya kohesi antara rantai polimer. Molekul pemlasits menembus ke dalam matriks polimer dan berperan sebagai pelumas antara rantai polimer yang mana menurunkan Tg.

Pemlastis (plasticizer) adalah salah satu zat aditif paling penting yang diperlukan untuk pemrosesan bahan polimer, terutama plastik polivinil klorida (PVC), yang menyumbang lebih dari 60% dari total hasil bahan pembantu plastik. Pemlastis adalah zat aditif fungsional, yang digunakan untuk meningkatkan fleksibilitas, plastisitas, kemampuan proses, dan perpanjangan polimer, terutama dalam produk PVC. Ketika pemlastis ditambahkan ke polimer, gaya ikatan subvalen intermolekul melemah, kristalinitas menurun, gerakan relatif antara segmen molekul meningkat dan plastisitas material meningkat. Oleh karena itu, pemlastis digunakan terutama untuk mengurangi kekerasan, suhu pelunakan dan modulus elastis polimer serta fungsi yang berlaku sebaliknya yaitu untuk meningkatkan fleksibilitas dan perpanjangan dari polimer itu sendiri. Pemlastis phthalat berbasis minyak bumi adalah yang paling banyak digunakan secara global, namun karena dinilai membahayakan lingkungan dan manusia dikarenakan sifatnya yang beracun dan tidak biodegradable, maka penggunaan phthalat sebagai bahan utama pemlastis sudah mulai dikurangi. Sebagai alternatif, maka diciptakan bahan pemlastis berbasis non-phthalat seperti ester asam sitrat, fosfat, poliester, alkana terhalogenasi, dan senyawa epoksi.

OLEAMIDA

Asam oleat adalah sejenis asam lemak yang dapat ditemukan di dalam lemak hewani dan nabati seperti minyak zaitun, alpukat, kacang almond, minyak wijen, kacang pistachio, buah jambu mete, kacang kemiri dan sebagainya. Asam lemak ini muncul dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan asam lemak lainnya. Asam oleat mengandung 55-80 % asam sebagai gliserida dalam jumlah yang lebih banyak dibandingkan asam lemak sejenis lainnya. Rumus empiris asam oleat adalah C18H34O2.

Oleamida di dalam pembuatan polimer nanokomposit digunakan sebagai agen penyambung antara zat silika dan polimer yang mengubah struktur partikel SiO2 karena mereka terikat pada gugus silanol pada permukaan nanosilika dengan ikatan hidrogen. Oleamida yang mengubah struktur partikel silika telah memberikan efisiensi yang baik dan dispersi yang stabil terhadap nanokomposit.

Oleamida merupakan salah satu dari senyawa amida, dimana senyawa ini merupakan suatu senyawa yang mempunyai nitrogen trivalen yang terikat pada suatu gugus karbonil. Senyawa amida diberi nama dari asam karboksilat dengan mengubah imbuhan asam – oat (atau – at) menjadi amida.

Adapun reaksi sintesis oleamida dari pemanasan urea adalah sebagai berikut :

 

CH3COOH + NH2CONH2 → CH3CONH2 + CO2 + NH3

Reaksi ini terjadi pada 1200°C, asam karbamat yang terbentuk terdekomposisi menjadi karbondioksida dan ammoniak. Garam amonium juga bereaksi dengan urea pada temperatur diatas 1200°C yang akan menghasilkan amida.

Senyawa aditif  bertanggung jawab  secara signifikan  untuk  mengurangi koefisien gesekan permukaan polimer. Selain menyediakan pelumasan ke permukaan film, bahan ini juga digunakan untuk meningkatkan sifat-sifat mekanik polimer dengan sifat antistatik yang memungkinkan pelepasan cetakan yang lebih baik, mengurangi viskositas lelehan, dan sifat anti-lengket. Senyawa aditif yang paling umum digunakan dalam plastik adalah lemak asam amida seperti oleamida, stearil erukamida, stearamida, erukamida dan oleyl palmitamida.

Sifat Fisika dan Kimia Karet Alam

Adapun sifat fisika dan kimia karet alam adalah sebagai berikut :

Sifat dan Wujud	Keterangan
Bentuk	Padat
Warna	Abu-abu
Densitas	1,01 – 1,14 g/cm3
Bau	Berbau tajam
Kelarutan	Tidak  larut  dalam air,  larut  dalam pelarut berbasis minyak bumi
Reaktivitas	Terdekomposisi pada suhu diatas 220°C, pada suhu diatas 300°C menghasilkan uap yang beracun dan mudah terbakar

Sifat Fisika dan Kimia Silika (SiO2)

Adapun sifat fisika dan kimia silika adalah sebagai berikut :

Sifat dan Wujud	Keterangan
Bentuk	Butiran
Warna	Putih
pH	6 – 8
Specific Gravity	2,65 g/cm3
Kelarutan   dalam air	Tidak larut
Titik didih	2230°C

Sifat Fisika dan Kimia Asam Oleat (C18H34O2)

Adapun sifat fisika dan kimia asam oleat adalah sebagai berikut :

Sifat dan Wujud	Keterangan
Wujud dan bau	Cairan dan sedikit berbau lemak
Titik leleh	16,3oC
Titik nyala	286,11oC
Berat jenis	0,895 g/ml
Berat molekul	282,47
Sifat korosif	Tidak bersifat korosif

Sintesa Oleamida dari Asam Oleat dan Urea

Perbandingan mol asam oleat dengan mol urea = 1 : 1, berat molekul urea = 60, berat molekul asam oleat = 282,47. Prosedur awal sintesa oleamida sebagai berikut:

1. Ditimbang urea sebanyak 60 gram, dan asam oleat sebanyak 282,47 gram.
2. Urea dileburkan di dalam labu leher tiga di atas hot plate. Kemudian direfluks dan diaduk dengan stirer pada suhu 135 oC.
3. Asam oleat dipanaskan di dalam beaker glass dengan menggunakanhot plate.
4. Dicampurkan leburan asam oleat ke leburan urea di dalam labu leher tiga, lalu direfluks dan diaduk dengan stirer selama ± 5 jam pada suhu 160 oC.
5. Setelah 5 jam, hasil refluks dituang   ke cawan porselin, dan dibiarkan hingga mengering dan membentuk padatan.

Pencucian Oleamida Tahap I

Pencucian dilakukan untuk memisahkan urea berlebih dengan metode pelarutan  menggunakan  pelarut  kloroform.

Berikut  prosedur  pencucian oleamida :

1. Dilarutkan padatan oleamida hasil refluks dengan kloroform.
2. Disaring dengan menggunakan kertas saring, lalu ambil filtratnya.
3. Filtrat hasil saringan dievaporasi dengan menggunakan rotary evaporator.
4. Oleamida  hasil  evaporasi  dituang  ke  cawan  porselin,  lalu dikeringkan hingga membentuk padatan.

Pencucian Oleamida Tahap II

Pencucian tahap II dilakukan untuk memisahkan asam oleat berlebih dengan metode pelarutan menggunakan pelarut n-heksana.

Berikut prosedur pencucian oleamida tahap II :

1. Dicuci padatan oleamida dengan n-heksana, lalu saring dengan menggunakan kertas saring.
2. Diletakkan  residu  penyaringan  (oleamida  padat)  pada  cawan porselin, lalu disimpan dalam desikator.
3. Diambil beberapa gram produk oleamida (padat), lalu lakukan pengujian FT-IR, untuk memastikan produk padatan tersebut adalah benar oleamida.

Pengujian Titik Lebur Oleamida

Berikut merupakan prosedur pengujian titik lebur oleamida :

1. Sampel oleamida yang dihasilkan dimasukkan ke dalam pipa kapiler.
2. Kemudian pipa kapiler yang berisi sampel oleamida dimasukkan pada alat melting block yang telah dilengkapi dengan pipa kapiler.
3. Kemudian dipanaskan menggunakan spiritus dan dilihat apakah oleamida yang melebur telah sesuai teori yaitu melebur pada suhu 70°C (TCI, 2019). 
4. Oleamida yang dihasilkan siap untuk dicampurkan ke persenyawaan/kompon karet alam berpengisi silika.

Komponding Karet

Formulasi untuk penyediaan kompon-kompon karet alam mengikuti formulasi sistem vulkanisasi sulfur terakselerasi semi efisien. Prosedur komponding dikerjakan sesuai dengan American Society for Testing and Materials (ASTM) - Designation D 3184 - 80. Alat yang digunakan adalah two- roll mill.

Berikut adalah prosedur dalam penyediaan kompon karet:

1. Karet alam dan bahan-bahan yang diperlukan pertama sekali dicampur sampai homogen pada suhu yang dijaga konstan 70 oC 5 oC.
2. Untuk menghasilkan kompon karet tanpa pengisi diperlukan waktu  18 menit dan untuk kompon karet berpengisi 25 menit.
3. Kompon karet yang berupa lembaran disimpan pada freezer setidaknya selama 24 jam dengan suhu 23 2 oC.
4. Dilakukan  penentuan  waktu  vulkanisasi/pematangan  yang  optimum (optimum cure time) dengan menggunakan Monsanto Oscillating-Disk Rheometer dengan suhu 150 oC.

Penyediaan Sampel dan Pengujian

Senyawa-senyawa karet alam dicetak dengan pemampatan (compression molding) menjadi lembaran-lembaran spesimen pada suhu 150 oC selama waktu pematangan (cure times) yang telah ditentukan oleh rheometer. Sampel-sampel dengan model dumbell diperoleh dengan memotong lembaran vulkanisat karet yang mempunyai ketebalan 2 mm dengan pisau pemotong yang juga berbentuk dumbell. Panjang dan lebar sampel adalah 33 2 mm dan 6.3 0.1 mm. Sampel berbentuk dumbell ini untuk pengujian sifat-sifat uji tarik vulkanisat karet alam.

Prosedur pengujian sifat-sifat uji tarik dilakukan dengan mengikuti standardisasi   ASTM D 412-92 Test Method A, yaitu dengan menggunakan tensometer monsanto (Model T10), yang beroperasi dengan kecepatan 50 cm/min. Sifat-sifat uji tarik didapat dengan melakukan pembacaan kekuatan tarik (tensile strength) dan persentase pemanjangan pada saat putus (% elongation at break) yang juga terekam pada tampilan dari tensometer T10 pada akhir dari setiap pengujian.

Ciri-ciri Pematangan (Cure Characteristics) Kompon Karet Alam

Kompon karet alam diuji ciri-ciri pematangannya dengan menggunakan rheometer monsanto MDR 2000 yang melakukan gerak dengan frekuensi osilasi 1,66 Hz dan amplitude osilasi 0.5 derajat. Pengujian sampel kompon karet alam dilakukan mengikuti ASTM D 2084 dan pengujian dilakukan pada 150oC. Pada pengujian ini data yang terekam:

Tmax : Tork maksimum

Tmin : Tork minimum

1. ts1 : Waktu yang diperlukan kurva S' (tork) untuk muncul sebesar satu unit (dNm) diatas tork minimum
2. ts2 : Waktu yang diperlukan kurva S' (tork) untuk muncul sebesar dua unit (dNm) diatas tork minimum
3. t10: Waktu yang diperlukan kurva S' (tork) untuk mencapai 10% dari nilai (tork maksimum – tork minimum)
4. t90: Waktu yang diperlukan kurva S' (tork) untuk mencapai 90% dari nilai (tork maksimum – tork minimum).

ts2 diambil sebagai waktu skorj, dan t90 diambil sebagai waktu pematangan optimum, yaitu waktu yang diperlukan untuk mematangkan/memvulkanisasi kompon karet alam. 

Pencetakan dengan Penekanan (Compression Molding)

Kompon karet alam yang akan dimatangkan/divulkanisasi dipersiapkan menurut ASTM 3182. Spesimen vulkanisat karet alam untuk keperluan pengujian dicetak dengan KAO - Tech Compression Moulding Machine dengan tenaga tekan 100 kg/cm2  pada suhu 150 oC. Lama pematangan sesuai dengan nilai t90, yang diperoleh dari curva pematangan dari kompon karet alam yang dihasilkan Rheometer Monsanto MDR 2000.

Uji Tarik (Tensile Strength)

Untuk keperluan uji tarik dan kekuatan koyak, lembaran vulaknisat karet alam dengan ketebalan 2 mm dicetak dengan menggunakan KAO - Tech. Compression Moulding Machine dengan tenaga tekan 100 kg/cm2 pada suhu 150 oC. Mengikuti ASTM D 638, spesimen berbentuk dumbbell (untuk uji tarik), dan bulan sabit (untuk kekuatan koyak) ditarik hingga putus dengan alat Tensometer tipe Tensometer 10. Laju penarikan spesimen-spesimen adalah 50 cm/min. dan pengujian berlangsung pada suhu kamar. Lima buah spesimen dilakukan pengujian tariknya, lalu diambil nilai rata-ratanya, untuk dilaporkan sebagai kekuatan tarik vulkanisat karet alam. Demikian juga untuk pengujian kekuatan koyak vulkanisat karet alam.

Uji Ketahanan Kikis (Abrasion Resistance)

Sampel dicetak dengan mesin cetakan KAO-Tech dengan gaya 100 kg/cm2 pada suhu 150°C selama t90  selama 5 menit. Sampel yang dihasilkan berbentk piringan dengan ketebalan 12,7 mm, diameter 63,5 mm dengan diameter lubang tengah 12,7 mm. Walace Abrasion Tester digunakan untuk menguji vulkanisat sampel yang terkikis. Sampel dijalankan dengan kecepatan konstan pada roda pengikis.

Berikut adalah proses pengujian ketahanan kikis kompon karet alam dan stirena butadiena:

1. Sampel ditimbang dan dipasang pada poros mesin dan dieratkan pada sisi sampingnya.
2. Setelah 1000 atau 3000 percobaan putaran, sampel ditimbang lagi. 
3. Berat yang hilang pada karet dikonversi menjadi volume yang dihitung dengan menggunakan vulkanisat densitas.

Uji Pembengkakan (Swelling Percentage)

Pengukuran swelling percentage dilakukan dengan merendam sampel vulkanisat karet di dalam toluena (ASTM D471-12a). Prosedur pengujian kerapatan sambung silang vulkanisat karet adalah sebagai berikut:

1. Sampel (30 mm × 5mm × 2 mm) ditimbang pada timbangan elektrik
2. Sampel direndam dalam toluena selama 72 jam pada suhu kamar
3. Sampel bengkak diambil, dibersihkan dari toluena, lalu ditimbang
4. Selanjutnya sampel dikeringkan di oven bersuhu 80 oC hingga beratnya konstan.