View
225
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
PENGARUH KOMPOSISI ADITIF DAN PENGADUKAN
TERHADAP STRUKTUR POLYURETHANE FOAM DARI POLYOL BERBASIS CASTOR OIL
2308100107 EDHI PRATONDO R ADITYO W. HANGGORO
2308100129
Laboratorium Teknologi Material
Jurusan Teknik Kimia
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
DOSEN PEMBIMBING Dr. Ir. Sumarno, M.Eng
Eva Oktavia Ningrum, ST, MSc
LATAR BELAKANG
RUMUSAN MASALAH
TUJUAN DAN MANFAAT
TINJAUAN PUSTAKA
METODOLOGI PENELITIAN
HASIL DAN PEMBAHASAN
KESIMPULAN
LATAR BELAKANG
Polyurethane merupakan salah satu material yang luas
aplikasinya
elastomer
foam
coating
adhesive
aplikasi
• fleksibel : busa kasur, jok mobil
• rigid : insulasi Porsi terbesar
70 %
polyol
Inovasi
Sintesa polyurethane foam isocyanate + polyol + aditif
Umum
digunakan petroleum based
• ethylene glycol • Prophylene glycol
Unrenewable
natural-based
• castor oil (minyak jarak)
Dikombinasikan
Renewable
Mengapa polyol dapat dikombinasikan dengan castor oil ?
Polypropylene Glycoll Castor Oil
Untuk menghasilkan properti polyurethane foam sesuai yang
diharapkan, beberapa aditif perlu ditambahkan, misalnya :
Blowing Agent
Chain Extender
Surfaktan
Katalis
Ogunniyi dan Fakayejo (1996) melakukan penelitian tentang tentang pembuatan polyurethane foam dari toluene diisocyanate dan campuran castor
oil dan polyol. Castor oil dengan rasio lebih besar dari 20/80 terhadap polyol tidak cocok untuk aplikasi cushioning. Semi-rigid foam dihasilkan dari 100% castor oil
Muhibbuddin dan Sony (2003) meneliti tentang pengaruh surfaktan terhadap fleksibel polyurethane foam
Ilhamsyah dkk. (2004) meneliti tentang pengaruh chain extender terhadap struktur dan properti mekanis fleksibel polyurethane
foam dengan blowing agent methylene
chloride dan karbondioksida
RUMUSAN MASALAH
Chain extender dan Surfaktan
Perbaikan struktur dengan penambahan aditif
Struktur foam yang cenderung rigid
Castor oil dapat dikombinasi dengan polyol yang umum digunakan
Castor oil memiliki tiga gugus fungsi hidroksil
Penambahan chain extender dan surfaktan
harus homogen
Pengadukan yang baik
Tipe pengaduk dan
tata cara pengadukan
TUJUAN DAN MANFAAT
PENELITIAN
Mempelajari pengaruh jumlah chain extender dan surfaktan
serta pengaruh penggunaan pengaduk tipe propeller dan turbin
terhadap struktur polyurethane foam yang dihasilkan dari
polyol berbasis castor oil
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Dapat memberikan informasi tentang pengaruh jumlah chain
extender dan surfaktan serta pengaruh pengaduk tipe propeller
dan turbin terhadap struktur foam yang dihasilkan dari polyol
berbasis castor oil
TINJAUAN PUSTAKA
NCO – R – NCO + OH – R’ – OH NCO- R -NHCOO-R’-OH
isocyanate polyol urethane
1. Gelation Reaction
2. Blow reaction
Tahap I : R-NCO + H2O R-NH2 + CO2
isocyanate karbondioksida air amine
Tahap II : R-NH2 + R’-NCO R-NH-CO-NH-R’
amine isocyanate urea
• Senyawa-senyawa yang memiliki 2 gugus fungsi dengan
berat molekul rendah.
• Berfungsi untuk memperpanjang rantai hard segment.
Chain Extender
Etilen glikol
Mekanisme Pemanjangan Hard Segment Oleh Chain Extender
Surfaktan
• Molekul yang memiliki gugus polar (hidrofil) dan
gugus nonpolar (hidrofob) sekaligus
• Mengemulsikan komponen liquid
• Menurunkan tegangan permukaan liquid foam
Proses One Shot
isocyanate
polyol
additives
mixing
Polymer
formation and
gas generation
foam
Perkembangan Morfologi Makroskopis Selama
Proses Foaming
METODOLOGI PENELITIAN
• Polyol : polypropylene glycol dan
castor oil
• Isocyanate : toluene diisocyanate
• Katalis logam : stannous octoate
• Katalis basa : triethylene diamine
• Surfaktan : silicone glycol
• Blowing agent : methylene chloride dan air
• Chain extender : ethylene glycol
Keterangan:
1. Reaktor berbahan stainless
steel
2. Seperangkat sistem pengaduk
3. Cetakan dari kayu 1
2
3
Memasukkan Polyol, TEDA, SG, Air, EG,
SO, MC
Pengadukan Penambahan
TDI
Pengadukan Cetakan Curing 2 hari
Prosedur Penelitian
Variabel Penelitian
1. Komposisi Castor Oil : 50% terhadap polyol
2. Konsentrasi chain extender : 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1 pphp
2. Konsentrasi surfaktan : 1, 2, 3, 4, 5 pphp
3. Tipe pengaduk : turbin dan propeller
pphp= part per hundred polyol
tlp
mbulk
rbulk = bulk density foam (g/cm3)
m = massa foam (gram)
p, l, t = panjang, lebar, tinggi foam (cm) spesimen
Bulk density
Gugus fungsi
Struktur molekul dan ikatan yang terdapat dalam
polyurethane dapat diamati dengan spektroskopi
Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR).
23
A
nN
c
f
Nf = jumlah sel per unit volume foam
A = luas mikrograph, cm2
nc = jumlah sel dalam mikrografdari hasil SEM
PROPOSAL
Menganalisa fotograf potongan permukaan hasil
Scanning Electron Microscope untuk mendapatkan ukuran
dan jumlah sel
Jumlah nukleasi sel per satuan volume foam
dapat ditentukan dengan persamaan :
Diameter dan densitas sel
%1000
xV
VVVE
i
if
VE = volume ekspansi
Vfo = volume foam setelah curing
Vi = volume larutan setelah pengadukan
Rasio ekspansi volume
Properti mekanis
Uji tarik dilakukan pada alat INSTROM dengan kecepatan tarik 500
mm/menit hingga putus. Sampel dipotong berbentuk dog-bone
dengan ukuran sesuai standar.
𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑙𝑒 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ = 𝐵𝑟𝑒𝑎𝑘𝑖𝑛𝑔 𝐹𝑜𝑟𝑐𝑒 𝑖𝑛 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛
𝑂𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑐𝑟𝑜𝑠𝑠 − 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛 𝑚𝑚
𝐸𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑡 𝐵𝑟𝑒𝑎𝑘 % =𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛
𝑖𝑛𝑖𝑡𝑖𝑎𝑙 𝑙𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ 𝑥 100 %
HASIL DAN
PEMBAHASAN
Hasil spektrum FTIR pada polyurethane; NON CO – polyol jenis PPG, CO –
polyol campuran PPG dan CO
Perubahan Struktur Molekul Polyurethane Foam pada Penggunaan
Castor Oil 50%
-CH=CH- N-H deformation C=O Pada urethane
N-H pada urethane
Pengaruh Chain Extender terhadap Struktur Molekul
Polyurethane Foam
Hasil spektrum FTIR pada komposisi ethylene glycol 0,0 pphp, 0,4
pphp dan 0,8 pphp
C-N C=O
Pengaruh Chain Extender terhadap Diameter dan Densitas
Sel Polyurethane Foam
Hasil Foto SEM Cured Polyurethane Foam Perbesaran 50 kali pada Komposisi Ethylene Glycol Berubah: (a) 0.0 pphp (b) 0.2 pphp (c) 0.4 pphp (d) 0.6 pphp (e) 0.8 pphp dan (f) 1.0 pphp
Pengaruh Chain Extender terhadap Diameter dan Densitas
Sel Polyurethane Foam
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Dia
met
er S
el (
cm)
Komposisi Ethylene Glycol
(pphp)
Hubungan Komposisi Ethylene Glycol
terhadap Diameter Sel
0
50
100
150
200
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Den
sita
s S
el
(sel
/cm
3)
Komposisi Ethylene Glycol
(pphp)
Hubungan Komposisi Ethylene Glycol
terhadap Densitas Sel
0,0230
0,0240
0,0250
0,0260
0,0270
0,0280
0,0290
0,0300
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Bu
lk D
en
sity
(gr
/cm
3 )
Komposisi Ethylene Glycol (pphp)
Hubungan Komposisi Ethylene Glycol
terhadap Bulk Density
1820,00
1840,00
1860,00
1880,00
1900,00
1920,00
1940,00
1960,00
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Ra
sio
ek
spa
nsi
va
olu
me
( %
)
Komposisi Ethylene Glycol (pphp)
Hubungan Konsentrasi Ethylene Glycol
terhadap Rasio Ekspansi Volume
Pengaruh Chain Extender Terhadap Properti Mekanis
Polyurethane Foam
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
160,00
180,00
0,03
20,03
40,03
60,03
80,03
100,03
120,03
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Elo
ng
ati
on
at
Bre
ak
(%
)
Ten
sile
Str
egh
(k
N/m
2)
Komposisi Ethylene Glycol
(pphp)
Tensile Strengh (kN/m2)
Elongation at Break (%)
Hubungan Komposisi Ethylene Glycol dengan Tensile Strengh
dan Elongation at Break
Pengaruh Surfaktan terhadap Diameter dan Densitas Sel
Polyurethane Foam
Hasil Foto SEM Cured Polyurethane Foam Perbesaran 50 kali pada Komposisi Silicone
Glycol Berubah;(a) 1 pphp (b) 2 pphp (c) 3 pphp (d) 4 pphp (e) 5 pphp
Pengaruh Komposisi Surfaktan Silicone Glycol pada
Castor oil 50%
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
1 2 3 4 5
Dia
met
er S
el (
cm)
Komposisi Silicone Glycol
(pphp)
0
50
100
150
200
250
300
350
1 2 3 4 5
Den
sita
s S
el (
cm3)
Komposisi Silicone Glycol
(pphp)
Hubungan Komposisi Silicone Glycol
terhadap Densitas Sel Hubungan Komposisi Silicone Glycol
terhadap Diameter Sel
0,0275
0,0280
0,0285
0,0290
0,0295
0,0300
0,0305
0,0310
1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
Bu
lk D
ensi
ty (
g/c
m3)
Komposisi Silicone Glycol
(pphp)
1820,0
1840,0
1860,0
1880,0
1900,0
1920,0
1940,0
1960,0
1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
Ra
sio
Ek
spa
nsi
Vo
lum
e (%
)
Komposisi Silicone Glycol
(pphp)
Hubungan Komposisi Silicone Glycol
terhadap Rasio Ekspansi Volume
Hubungan Komposisi Silicone Glycol
terhadap Bulk Density
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
1 2 3 4 5
Elo
nga
tio
n a
t B
reak
(%
)
Ten
sile
Str
ength
(k
N/m
2)
Komposisi Silicone Glycol
(pphp)
Tensile Strengh (kN/m2)
Elongation at Break (%)
Hubungan Komposisi Silicone Glycol terhadap Tensile Strength
dan Elongation at Break
Pengaruh Surfaktan Terhadap Properti Mekanis
Polyurethane Foam
Pengaruh Pengadukan Terhadap Struktur Polyurethane
Foam
Hasil Foto SEM Cured Polyurethane Foam Perbesaran 20 Kali
pada Pengaduk (a) Propeller (b) Turbine
Parameter Tipe
Propeller
Tipe
Turbine
Diameter sel (cm) 0.168 0,158
Densitas sel (sel/cm3) 113 61
Bulk density (g/cm3) 0,0282 0,0303
Rasio ekspansi volume (%) 1924,84 1785,08
Perbandingan Struktur Polyurethane Foam Antara Dua
Jenis Pengaduk
KESIMPULAN
1. Modifikasi struktur polyurethane berbasis CO dapat
dilakukan dengan memodifikasi komposisi chain extender
dan surfaktan
2. Penambahan chain extender pada polyurethane berbasis CO
mampu mendorong terjadinya pemisahan fase
3. Diameter sel minimum terjadi pada komposisi ethylene
glycol 0,4 pphp yaitu 0,163 cm
4. Pada berbagai komposisi ethylene glycol, bulk density
cenderung semakin besar seiring penambahan komposisi
ethylene glycol namun sebaliknya pada rasio ekspansi
volume
5. Diameter sel paling kecil ditunjukkan pada penambahan
komposisi silicone glycol 3 pphp yaitu 0,137 cm
6. Untuk perubahan komposisi silicon glycol, bulk density
menurun sampai komposisi 3 pphp, dan mengalami kenaikan untuk komposisi diatas 3 pphp
7. Ekspansi volume mengalami fluktuasi pada perubahan komposisi silicone glycol, dan mencapai nilai maksimum pada komposisi 2 pphp
8. Pengaduk tipe propeller lebih cocok digunakan untuk sintesa polyurethane foam
9. Komposisi ethylene glycol yang paling baik pada 0,4 pphp ditandai dengan tensile strengh yang tinggi tetapi menyebabkan elongation at break yang rendah
10.Penambahan komposisi silicone glycol dari 1 sampai 5 pphp menyebabkan tensile strengh cenderung menurun dan nilai elongation at break mengalami fluktuasi
TERIMA KASIH
Recommended