View
13
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
i
LAPORAN AKHIR
PENELITIAN DASAR UNGGULAN PERGURUAN TINGGI
PENAMBAHAN KOMONOMER DIVINYL BENZENA UNTUK
MENINGKATKAN DERAJAT PENCANGKOKAN ANHIDRIDA
MALEAT PADA KARET ALAM SIKLIS
Tahun ke-2 dari rencana 2 tahun
Ketua Peneliti:
Dr. M. SAID SIREGAR, S. Si., M. Si.
NIDN: 0027117002
Anggota Peneliti 1:
MASYURA M. D., S.P., M.Si.
NIDN: 0108067301
Anggota Peneliti 2:
Dr. Ir. Desi Ardilla, M. Si.
NIDN: 0120096702
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SUMATERA UTARA NOPEMBER, 2018
ii
i
iii
RINGKASAN
Telah dilakukan penelitian tentang pencangkokan anhidrida maleat (AM) pada
karet alam siklis (KAS) dengan penambahan komonomer divinyl benzena untuk
meningkatkan derajat pencangkokan (grafting) AM pada KAS pada fase leleh di dalam
pencampur internal (internal mixer). Berdasarkan data spektrum FT-IR dapat dilihat bahwa
telah terjadi pencangkokan gugus Anhidroda Maleat pada Karet Alam Siklis dengan
munculnya serapan pada bilangan gelombang sekitar 1700 cm-1
. Semakin banyak
komonmer Divinyl benzena yang ditambahkan maka semakin tinggi derajat grafting AM
pada KAS. Berdasarkan spektrum DSC diperoleh informasi bahwa pencangkokan
anhidrida maleat mempengaruhi suhu transisi gelas produk pencangkokan, semakin tinggi
derajat pencangkokan maka semakin tinggi suhu transisi gelasnya. Sedangkan berdasarkan
data spektrum TGA dipeloreh data yang menunjukkan produk pencangkokan tidak
mengalami perubahan sifat thermal yang signifikan dengan meningkatnya derajat grafting
AM pada KAS.
Kata kunci: pencangkokan, karet alam siklis, anhidrida maleat, divinyl benzena
ii
iv
PRAKATA
Puji syukur kepada Tuhan yang maha Esa atas segala limpahan rahmad beserta
karunia-Nya sehingga laporan akhir penelitian ini dapat ditulis dengan baik. Laporan akhir
penelitian ini merupakan laporan yang memuat hasil penelitian yang kami lakukan pada
tahun 2018.
Sesuai proposal maka pada tahun kedua (2018) kami melakukan pencangkokan
Anhidrida maleat pada Karet Alam Siklis menggunakan komonomer divinyl benzena
dengan dan tanpa kehadiran peroksida. Kami ingin mempelajari peranan komonomer
divinyl benzene untuk meningkatkan derajat pencangkokan anhidrida maleat pada karet
alam siklis. Dipelajari juga bagaimana derajat pencangkokan ini dengan kehadiran
peroksida.
Pencangkokan dengan berbagai macam komposisi sesuai rancangan penelitian telah
dilakukan dan produk pencangkokan telah diperoleh. Kami telah melakukan karakerisasi
dengan FT-IR untuk melihat derajat graftingnya. Untuk memahami sifat thermal produk
pencangkokan dapat dilihat dari data TGA dan DSC.
Demikian kami sampaikan terkait hasil penelitian secara umum dalam laporan akhir
ini untuk dapat dimaklumi.
Peneliti:
1. Dr. Muhammad Said Siregar, S.Si.,M.Si. (Ketua)
2. Dr. Ir. Desi Ardilla, M.Si. (Anggota)
3. Masyura M.D., S.P, M.Si. (Anggota)
iii
v
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN PENGESAHAN............................................................................... i
RINGKASAN…………………………………………………………………… ii
PRAKATA................................................................................................. iii
DAFTAR ISI…….…………………………………………………………......... iv
DAFTAR TABEL ........................................................................................
DAFTAR GAMBAR.....................................................................................
DAFTAR LAMPIRAN..................................................................................
BAB 1 PENDAHULUAN…………………………………………………….... 1
1.1. Latar belakang………………………………………………........ 1
1.2. Permasalahan……………………………………………….......... 2
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA………………………………………………... 4
2.1. Karet Alam………………………………………………….......... 4
2.2. Modifikasi kimia karet alam……………………………................ 4
2.3. Siklisasi karet alam…………..………….…………………........... 5
2.4. Pencangkokan……………………………………………….......... 6
2.5. Pencangkokan monomer Anhidrid Maleat..………………............ 6
2.6. Road map penelitian........................................................................ 8
BAB 3 TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN............................................ 9
BAB 4 METODE PENELITIAN……………………………………………..... 10
3.1. Alat dan Bahan……………………………………………........... 10
3.2. Prosedur Kerja……………………………………………............ 10
3.2.1. Reaksi dalam Pencampur Internal...................................... 10
3.2.2. Pemurnian produk pencangkokan..………………............. 10
3.2.3. Diagran Tulang Ikan............................................................ 10
BAB 5 HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI............................................ 12
BAB 6 RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA............................................... 13
BAB 7 KESIMPULAN DAN SARAN................................................................ 14
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………......................... 14
LAMPIRAN……………………………………………………………………... 17
iv
vi
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar belakang
Karet alam siklis (Cyclized Natural Rubber/CNR) merupakan produk reaksi
siklisasi karet alam yang dapat terjadi dengan melibatkan senyawa asam atau katalis
Friedel-Craft. Struktur kimia karet alam siklis (KAS) memiliki ikatan cincin enam karbon
dan sisa ikatan rangkap dua karbon-karbon (Mirzataheri, 2000 dan Riyajan, 2006).
Eddiyanto dkk. (2013) telah melaporkan modifikasi proses pembuatan KAS melalui reaksi
pemutusan rantai (chain scission) dan siklisasi.
KAS merupakan polimer alam non-polar yang berat molekulnya tetap tinggi dan
larut dalam pelarut karet dari kelompok pelarut organik/hidrokarbon yang bersifat
nonpolar. Karet alam siklis kurang baik sifat adhesinya terhadap senyawa polar dan atau
permukaan polar (polar surfaces) dan keberadaan sisa ikatan rangkap dua karbon-karbon
dalam strukturnya juga menyebabkan karet alam siklis menjadi kurang stabil.
Pencangkokan merupakan teknik yang secara luas dikenal dalam modifikasi
material polimer alam maupun sintesis. Dengan teknik pencangkokan dapat dihasilkan
produk dengan sifat-sifat yang diinginkan dengan mempertimbangkan sifat-sifat monomer
pemodifikasi (modifier monomer) yang akan digunakan. Untuk meningkatkan sifat adesi
karet alam siklis terhadap permukaan polar, telah dilakukan beberapa pencangkokan
(grafting) menggunakan monomer Anhidrida Maleat (Eddiyanto dkk., 2012; Siregar,
M.S. dkk., 2014 dan 2015), Metil Metakrilat (Siregar, M.S. dkk., 2013).
Pencangkokan dengan proses reaktif (reactive processing) dalam fase leleh
menggunakan peralatan ekstruder (extruder) dan/atau pencampur internal (internal mixer)
telah dilakukan pada pencangkokan Anhidrid Maleat terhadap KAS. Derajat pencangkokan
yang diperoleh masih relatif kecil (Siregar, M.S. dkk., 2014 dan 2015).
Untuk meningkatkan derajat pencangkokan monomer terhadap rantai polimer
beberapa peneliti menggunakan monomer penghubung (comonomer/coagent) yaitu stirena
(Herve Cartier dkk., 1997, 1998; Demin Jia dkk., 2000; J. Saelao dkk. 2004 dan Siregar,
M.S. dkk., 2014), divynil benzen (K. Doudin et al, 2009; Al-Malaika dan Eddiyanto,
2010), trimethylolpropane triacrylate/Tris (Al-Malaika dan W. Kong, 2005; Al-Malaika
dan Eddiyanto, 2010).
Penggunaan komonomer stirena untuk meningkatkan derajat pencangkokan
Anhidrida Maleat pada KAS telah dilaporkan. Komonomer stirena sangat berperan untuk
1
vii
meningkatkan derajat pencangkokan Anhidrida Maleat pada KAS. Dengan penambahan
komonomer stirena sebanyak dua kali jumlah monomer dapat meningkatkan derajat
pencangkokan 185% (Siregar, M.S. 2014).
Pada penelitian ini akan dilakukan penambahan komonomer divinyl benzena untuk
meningkatkan derajat pencangkokan Anhidrida Maleat pada KAS pada fase leleh (molten
state) dalam pencampur internal. Pada akhir penelitian ini ditargetkan akan diperoleh
produk pencangkokan anhidrida maleat pada KAS dengan kepolaran yang meningkat
sehingga sifat adhesinya terhadap senyawa dan atau permukaan polar meningkat untuk
pemanfaatan sebagai pengikat (binder) pada industri cat.
1.2. Permasalahan
1. Bagaimana peranan komonomer divinyl benzena pada reaksi pencangkokan
Anhidrid Maleat pada karet alam siklis.
2. Bagaimana karakteristik fisiko-kimia produk pencangkokan Anhidrida Maleat pada
KAS.
2
viii
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Karet Alam
Karet alam (Natural Rubber/NR), merupakan produk metabolit sekunder yang
dihasilkan oleh lebih dari 2000 jenis spesies tumbuhan. Pada umumnya karet alam
komersial yang dikenal diperoleh dengan penyadapan tumbuhan Hevea Brasiliensis dan
sisanya berasal dari tumbuhan semak dan tumbuhan kecil: milkweed (Asclepias spp.),
dandelion (Taraxacum spp.) dan Guayule. Senyawa isoprena, polimer rantai panjang linier
dengan unit berulang (monomer) isoprena, C5H8 yang terdiri atas 95% (w/w) cis-1,4-
poliisoprena, dengan berat molekul rata-rata 1.000.000 merupakan produk degradasi
utama karet alam, yang diidentifikasi pada tahun 1860 seperti yang dipublikasikan oleh
J.C.F. Williams pada tahun 1862 di Journal Of Chem. Soc. 15 Part 10 (Stevents, M. P.,
2001).
(a) (b)
Gambar 2.1 Rumus kimia cis-1,4-poliisoprena (a) dan trans-1,4-poliisoprena (b)
Pemanfaatan karet alam secara langsung sangat terbatas oleh karena sifatnya yang
tidak tahan terhadap panas, oksigen, ozon, radiasi, sinar matahari dan kelarutannya dalam
pelarut-pelarut hidrokarbon. Keterbatasan ini diakibatkan oleh terdapatnya ikatan rangkap
dua karbon-karbon pada struktur kimia cis-1,4-poliisoprena. Karet alam saat ini telah
diolah menghasilkan beberapa material yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari
seperti ban, balon, sarung tangan karet, benang karet, tabung/pipa/selang, belt
conveyor/transmission, seal, kondom, perekat (adhesive), pengikat (binder) dan lain-lain
(William Klingensmit dan Brendan Rodgers, 2004).
2.2. Modifikasi kimia karet alam
Pemakaian karet alam secara langsung dalam kehidupan manusia sangat terbatas
oleh karena sifat-sifat karet yang tidak stabil. Untuk meningkatkan pemakaian produk karet
CH2
C
H3C
C
H2C
H
CH2
C
H3C
C
H2C
H
3
ix
alam dalam bidang yang lebih luas maka perlu dilakukan modifikasi kimia terhadap
struktur kimia poliisoprena. Modifikasi kimia karet alam yang paling utama adalah terkait
dengan ikatan rangkap dua karbon-karbon dan introduksi gugus pemodifikasi (modifier)
pada rantai karbon polimer cis-1,4-poliisoprena yang bertujuan untuk mendapatkan sifat-
sifat dan stabilitas karet alam tertentu sehingga dapat diaplikasikan dalam bidang yang
lebih luas.
2.3. Siklisasi Karet Alam
Siklisasi karet alam merupakan reaksi pembentukan cincin enam karbon
intramolekuler cis-1,4-poliisoprena menghasilkan karet alam siklis (Cyclized Natural
Rubber/CNR), yang dapat terjadi dengan melibatkan senyawa asam atau katalis Friedel-
Craft. Perubahan karet alam menjadi resin/resinifikasi merupakan reaksi dimana terjadi
pengurangan jumlah ikatan rangkap poliisoprena yang diikuti dengan pembentukan
struktur siklis dan tidak terjadi perubahan rumus empiris karet, C5H8. Sementara itu berat
molekul tetap tinggi dan tetap larut dalam pelarut karet yang menunjukkan tidak terjadi
ikat silang (cross link). Karet kehilangan sifat elastisitasnya dan berubah menjadi material
yang keras dan rapuh. Pengurangan jumlah ikatan rangkat yang terjadi dalam reaksi
siklisasi bervariasi sekitar 40-90% (Mirzataheri, 2000 ; Riyajan, 2006).
Telah diusulkan mekanisme reaksi molekul-molekul poliisoprena dalam
pembentukan cincin enam karbon sebagai mekanisme ion karbonium. Reaksi ini dapat
terjadi sepanjang rantai poliisopren pada karet untuk menghasilkan struktur polisiklik
(Mirzataheri, 2000).
Sifat produk karet alam siklis bervariasi tergantung pada derajat siklisasi produk
yang dihasilkan. Dengan kata lain jumlah ikatan rangkap yang masih terdapat pada produk
mempengaruhi sifat karet alam siklis yang dihasilkan. Disamping itu bobot molekul juga
berpengaruh terhadap sifat karet alam siklis tersebut.
Rata-rata ukuran struktur siklis yang terbentuk selama proses siklisasi ditemukan
bahwa tidak tergantung pada konsentrasi karet dan katalisnya tetapi ditentukan oleh
temperatur reaksi siklisasi. Ikatan rangkap yang masih terdapat pada produk karet alam
siklis lebih kecil dari 20%.
4
x
n p q
Karet Alam Karet Alam Siklis/ CNR
20% 80%
Gambar 2.2 Reaksi siklisasi karet alam menghasilkan karet alam siklis
2.4. Pencangkokan
Pencangkokan (grafting) merupakan teknik yang secara luas dilakukan untuk
memodifikasi bahan polimer dengan tujuan mendapatkan sifat-sifat tertentu polimer yang
diinginkan. Pada reaksi pencangkokan terbentuk ikatan kovalen antar monomer dengan
rantai polimer. Teknik pencangkokan telah dilakukan dengan menggunakan inisiator panas
(Zhen Yao dkk., 1998), bahan kimia, radiasi, fotokimia, induksi plasma dan enzimatik (A.
Bhattacharya dan B. N. Misra, 2004).
2.5. Pencangkokan monomer Anhidrid Maleat
Anhidrid Maleat (AM) merupakan salah satu monomer polifungsional yang banyak
digunakan memodifikasi material polimer untuk menghasilkan material teknik, bioteknik
(bioengineering) dan nanoteknik (nanoengineering) berkinerja tinggi (high performance),
baik polimer alam maupun sintesis. Penggunaan Anhidrid Maleat telah berhasil
memperbaiki sifat-sifat kopolimer cangkok (graft copolymerization) polimer thermoplastik
seperti poliolefin, polistiren, poliamida dan juga biopolimer dapat terdegradasi
(biodegradable polymers), polisakarida dan karet alam dan sintesis (Zakir M. O. Rzayev,
2011).
Introduksi molekul anhidrid maleat pada molekul nonpolar senyawa poliolefin dan
karet mengatasi kelemahan akan rendahnya energi permukaan polimer ini, meningkatkan
hidrofilitas permukaannya sehingga bermanfaat pada aplikasi di bidang pelapisan (coating)
dan tinta cetak (printing ink) dan adhesinya terhadap polimer bersifat polar (poliamida),
logam dan serat kaca (glass fiber) (Zakir M. O. Rzayev, 2011).
Pada masa dekade terakhir ini, pencangkokan anhidrid maleat pada berbagai jenis
polimer thermoplastik terutama poliolefin dan pembuatan material teknik berkemampuan
tinggi (high performance engineering materials) dan nanokomposit dengan menggunakan
5
xi
sistim pereaksi reaktif (reactive extruder systems) dan in situ kompatibelisasi campuran
polimer telah sangat berkembang, bahkan beberapa berhasil secara komersial.
Sejarah pencangkokan anhidrid maleat pada polyolefin khususnya polipropilen (pp)
telah dimulai pada tahun 1969, dan berkembang sampai saat ini baik dalam fase larutan,
cairan (molten process) dan padatan (solid phase grafting process). Ide dan Hasegawa
telah melakukan pencangkokan anhidrid maleat pada polipropilen dalam fase cair
menggunakan benzoil peroksida sebagai inisiator dan plastograph Brabender menghasilkan
kopolimer cangkok yang kemudian digunakan dalam campuran poliamida dan polipropilen
(pp) sebagai pencampuran reaktif (Zakir M. O. Rzayev, 2011).
Untuk mempelajari mekanisme pencangkokan, fungsionalisasi pp dengan anhidrid
maleat telah diakukan penelitian dalam fase larutan (J. L. White, A. Sasaki, 2003) dan fase
leleh (N. G. Gaylord, R. Mehta, 1988) menggunakan berbagai jenis sistem ekstruder.
Dengan pertimbangan biaya yang lebih rendah dan peralatan maka dipilih metode dengan
fase leleh melalui proses reaktif.
Pencangkokan anhidrid maleat pada low density polietilena (LDPE) dengan
kehadiran dikumil peroksida dalam fase cair menghasilkan produk yang kemudian
digunakan sebagai kompatibeliser pada campuran polietilen dengan poliamida 66. Juga
dilaporkan bahwa reaksi berlangsung dalam pencampur internal dan ekstruder ganda
(twin-extruder) dan disampaikan kinetika reaksi pencangkokannya (J. Cha, J. L. White,
2001).
Pencangkokan anhidrid maleat pada polimer menggunakan sistim ekstruder screw
ganda (twin-screw extruder) sangat menguntungkan untuk memproduksi material baru
secara komersial. Twin-screw extruders berfungsi sebagai reactor aliran kontinu berperan
penting dalam produksi material termoplastik berkinerja tinggi (J. Cha, J. L. White, 2001).
Penelitian pencangkokan AM pada pp menggunakan proses reaktif di dalam Haake
torque rheometer diperoleh kesimpulan bahwa meningkatnya konsentrasi monomer
anhidrid maleat, inisiator, kecepatan rotor dan waktu reaksi mengakibatkan naiknya drajat
grafting AM pada pp ( Bettini dan Agnelli, 1999).
Pencangkokan AM pada karet alam dapat meningkatkan kompatibilitas antara karet
alam dengan elastomer polar dan plastic seperti poliamida. Belakangan ini pencangkokan
AM pada karet alam banyak dilakukan dalam fase leleh menggunakan pencampur seperti
roll mill dan pencampur internal/internal mixer ( J. Saelao, P. Phinyocheep, 2005).
6
xii
Penggunaan karet alam terfungsionalisasi AM sebagai kompatibeliser dalam
campuran poliamida/karet alam dan karet alam terfungsionalisasi maleat memperlihatkan
meningkatkanya kompatibilitas dan sifat mekanik campuran yang diakibatkan oleh
terjadinya interaksi intermolekuler antara gugus ujung poliamida atau gugus hidroksil dari
makromolekul cassava starch (Nakason dkk., 2001).
Peranan komonomer stirena dan divinyl benzena pada pencangkokan AM pada
karet alam sangat nyata meningkatkan derajat grafting yang diperoleh pada perbandingan
mol AM dan stirena/divinyl benzena 1:1. Stirena/divinyl benzena sebagai monomer
electron donor, dapat berinteraksi dengan AM melalui kompleks bermuatan membentuk
kopolimer stirena/divinyl benzena-AM yang selanjutnya dapat beraksi menghasilkan
kopolimer cangkok AM-g-PP (Eddiyanto, 2007).
Penambahan stirena/divinyl benzena sebagai monomer kedua dalam sistim
pencampuran fase leleh dapat membantu meningkatkan derajat grafting AM pada PP.
Monomer stirena dapat menjembatani jarak antara makroradikal PP dan monomer AM,
dimana stirena terlebih dahulu bereaksi dengan makroradikal PP membentuk makroradikal
stirena/divinyl benzena yang lebih stabil untuk selanjutnya bereaksi dengan AM
membentuk kopolimer AM-g-PP (Eddiyanto, 2007; Siregar, M. S., 2014).
Gambar 2.3 Roadmap penelitian
1. Pencangkokan MMA
pada KAS (2013); 2. Pencangkokan AM pada
KAS dengan dan tanpa
Inisiator Peroksida (2011-2015);
3. Pencangkokan AM pada
KAS dengan dan tanpa
Inisiator Peroksida,
menggunakan
komonomer Stirena
(2014).
Roadmap Penelitian Pencangkokan Anhidrida Maleat
pada Karet Alam Siklis (Cyclized Natural Rubber/CNR)
Penelitian pendahulu
2011-2015
Penelitian yang
Direncanakan pd
Usulan Tahun 2016
Rencana
Penelitian:
2020-2022
1.Pencangkokan AM pada
KAS dengan dan tanpa
Inisiator Peroksida,
menggunakan komonomer
DVB;
2.Penentuan Derajat
Pencangkokan;
3.Uji sifat fisiko-kimia,
karakterisasi FT-IR, SEM,
TGA, DSC.
Modifikasi kimia KAS dgn
berbagai jenis modifier dan
komonomer untuk
meningkatkan kepolaran
KAS untuk pemanfaatannya
sebagai binder cat alami
terbarukan (Renewable
Natural Paint Binder).
7
xiii
BAB 3
TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
3.1. Tujuan Penelitian
1. Menghasilkan produk pencangkokan Anhidrida Maleat pada KAS yang memiliki
sifat adhesi yang baik terhadap senyawa dan atau permukaan polar.
2. Memahami karakteristik fisiko-kimia produk pencangkokan Anhidrida Maleat pada
KAS.
3.2. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat:
1. Memberikan informasi tentang teknik, kondisi dan peranan komonomer divinyl
benzena pada reaksi pencangkokan Anhidrid Maleat pada rantai KAS.
2. Menjadi salah satu cara meningkatkan nilai tambah produk-produk karet dan
turunannya.
8
xiv
BAB 4
METODE PENELITIAN
Penelitian ini bersifat eksperimen laboratorium untuk menghasilkan material baru,
kemudian dikarakterisasi dengan melakukan uji sifat fisik dan kimia, uji FT-IR, thermal
(Thermography Analysis/TGA dan Differential Scanning Chalorimetry/DSC).
3.1 Alat dan Bahan
Alat: Neraca Analitis, Alat-alat Gelas, Oven, Alat Pemanas, Stopwatch, Viskometer Ford 4
Cup, Lovibond Orbecco-Hellig, Scanning Electron Microscopy (SEM), Thermometer,
Internal mixer, Spektrofotometer FTIR, Differential Scanning Calorimetry (DSC),
Thermographymetry Analysis (TGA), Agrimsa pelletizer.
Bahan: Kalium Hidroksida, Xylena, Aseton, Metanol, Etanol, Propanol, Anhidrid Maleat,
Benzoil Peroksida, Trichloroacetic acid (TCA), CNR (Cyclized Natural Rubber), Indikator
Phenolftalein, Divinyl benzena, poliamida.
3.2 Prosedur Kerja
Prosedur kerja penelitian dalam bentuk diagram alir ditampilkan pada Lampiran 3.2
3.2.1 Reaksi dalam Pencampur Internal Brabender Plasticorder
Kopolimerisasi Anhidrid Maleat terhadap karet alam siklik dilakukan di dalam
pencampur internal Brabender Plasticorder PLE 331 (Duisberg, Germany), baik dengan
inisiasi panas maupun inisiasi radikal bebas menggunakan benzoil peroksida. Pada
pencangkokan dengan inisiasi panas, AM dicampurkan dengan karet alam siklis dalam
wadah (chamber) tanpa ada benzoil peroksida, sedangkan dalam hal inisiasi radikal bebas
digunakan benzoil peroksida sebagai inisiator reaksi.
Pencampur internal digunakan untuk melelehkan sebanyak 30 gram karet alam
siklis pada suhu 150 oC dengan kecepatan putar rotor 80 rpm selama 4 menit. Kemudian
ditambahkan anhidrid maleat, benzoil peroksida dan komonomer divinyl benzena dengan
konsentrasi tertentu (Lampiran Tabel 3.1) kedalam chamber sehingga tercampur, dan
dibiarkan selama 8 menit. Selanjutnya produk pencampuran diambil dan dijadikan dalam
bentuk granul.
9
xv
3.2.2. Pemurnian produk pencangkokan
Sebanyak 1 gram produk kopolimerisasi dilarutkan dalam 50 mL toluena.
Campuran dipanaskan pada suhu 60oC sampai semua produk larut sempurna. Padatan tak
terlarut yang masih terdapat dipisahkan dengan penyaringan. Kemudian larutan produk ini
ditambahkan secara perlahan ke dalam aseton sehingga terbentuk endapan. Selanjutnya
dipisahkan endapan dengan filtratnya. Endapan yang diperoleh dibilas dengan aseton
sebanyak 3 kali kemudian dikeringkan dalam oven 120oC selama 24 jam.
3.2.4. Karakterisasi produk pencangkokan
Produk pencangkokan dikarakterisasi sifat-sifat fisiko-kimia dengan penentuan Softening
point (Capillary Method), Bilangan Asam (Acid Value), Warna (Gadner Scale 1963, in
60% TL, Viskositas (Ford 4CCup) In Toluene, Massa Jenis (Specific Gravity).
Karakterisasi dengan Fourier Transformed Infra Red (FT-IR), Differential Scanning
Calorimetry (DSC) dan Thermographymetry Analysis (TGA).
3.2.5. Diagram Tulang Ikan (Fishbone diagram)
Gambar 4.1 Diagram tulang ikan (Fishbone diagram)
FT-IR, SEM, TGA, DSC
Variasi [AM], [peroksida], [DVB]
Karet Alam
Siklis (KAS)
Meningkatnya Derajat
Pencangkokan AM
pada KAS
Karakterisasi fisiko-kimia
Penentuan derajat pencangkokan
2017
2017
2018
2018
10
xvi
BAB 5
HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI
Telah dihasilkan produk pencangkokan Karet Alam Siklis dengan Anhidrida
Maleat yang diproses pada pencampur internal (Internal Mixer) dengan berbagai macam
komposisi sesuai dengan rancangan penelitian (Lampiran 1). Akan ditentukan derajat
pencangkokan (grafting) untuk masing-masing produk pencangkokan dengan menghitung
derajat karbonil dari spektrum FT-IR masing-masing produk. Sifat-sifat fisika kimia
produk pencangkokan akan dipelajari. Berdasarkan data spektrum FT-IR dapat dilihat
bahwa telah terjadi pencangkokan gugus Anhidroda Maleat pada Karet Alam Siklis dengan
munculnya serapan pada bilangan gelombang sekitar 1700 cm-1
. Semakin banyak
komonmer Divinyl benzena yang ditambahkan maka semakin tinggi derajat grafting AM
pada KAS. Berdasarkan spektrum DSC diperoleh informasi bahwa pencangkokan
anhidrida maleat mempengaruhi suhu transisi gelas produk pencangkokan, semakin tinggi
derajat pencangkokan maka semakin tinggi suhu transisi gelasnya. Sedangkan berdasarkan
data spektrum TGA dipeloreh data yang menunjukkan produk pencangkokan tidak
mengalami perubahan sifat thermal yang signifikan dengan meningkatnya derajat grafting
AM pada KAS.
Luaran yang dicapai dari penelitian ini adalah publikasi internasional pada jurnal
Oriental Journal of Chemistry ISSN: 0970-020X, online ISSN 2231-5039.
11
xvii
BAB 6
RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA
Pada tahun kedua ini (2018) yang merupakan tahun terakhir rencana penelitian ini
dapat dipahami sifat-sifat fisika dan kimia produk pencangkokan. Karakterisasi dengan
Fourier Transformed Infra Red (FT-IR), Thermografimetry Analysis (TGA) dan
Differential Scanning Chalorimetry (DSC) dilakukan untuk memahami sifat-sifat produk
pencangkokan.
Rencana tahapan berikutnya adalah mempelajari penggunaan komonomer lain yang
diharapkan dapat meningkatkan derajat grafting Anhidrida Maleat pada Karet Alam Siklis.
Kemudian produk pencangkokan akan digunakan sebagai pengikat/binder pada campuran
cat.
12
xviii
BAB 7
KESIMPULAN DAN SARAN
7.1 Kesimpulan
Telah dihasilkan produk pencangkokan Karet Alam Siklis (KAS) dengan Anhidrida
Maleat (AM) pada pencampur internal (internal mixer) dengan penambahan komonomer
Divinyl Benzena dengan dan tanpa kehadiran peroksida, Benzoil peroksida.
Berdasarkan data spektrum FT-IR dapat dilihat bahwa telah terjadi pencangkokan
gugus Anhidroda Maleat pada Karet Alam Siklis dengan munculnya serapan pada bilangan
gelombang sekitar 1700 cm-1
. Semakin banyak komonmer Divinyl benzena yang
ditambahkan maka semakin tinggi derajat grafting AM pada KAS. Kehadiran benzoil
peroksida mempengaruhi derajat grafting. Berdasarkan spektrum DSC diperoleh informasi
bahwa pencangkokan anhidrida maleat mempengaruhi suhu transisi gelas produk
pencangkokan, semakin tinggi derajat pencangkokan maka semakin tinggi suhu transisi
gelasnya. Sedangkan berdasarkan data spektrum TGA dipeloreh data yang menunjukkan
produk pencangkokan tidak mengalami perubahan sifat thermal yang signifikan dengan
meningkatnya derajat grafting AM pada KAS.
DAFTAR PUSTAKA
Al-Malaika, S., W. Kong, 2005, Reactive processing of polymers: effect of in situ
compatibilisation on characteristics of blends of polyethylene terephthalate and
ethylene-propylene rubber, Polymer 46: 209–228.
Al-Malaika, S., E. Eddiyanto, 2010, Reactive processing of polymers: Effect of
bifunctional and tri-functional comonomers on melt grafting of glycidyl
methacrylate onto polypropylene, Polymer Degradation and Stability,95: 353-
362.
Bettini,V J. A. M., Agnelli, 1999, Grafting of maleic anhydride onto polypropylene by
reactive processing. I. Effect of maleic anhydride and peroxide concentrations on
the reaction, J. Appl. Polym. Sci. 74:247-255.
Bhattacharya, A. dan B.N. Misra, 2004, Grafting: a versatile means to modify polymers
techniques, factors and applications, Prog. Polym. Sci. 29: 767–814.
13
xix
Demin Jia, Yuanfang Luo, Yanmei Li, Hui Lu, Weiwen Fu, W. L. Cheung, 2000,
Synthesis And Characterization Of Solid-Phase Graft Copolymer of
Polypropylene with Styrene and Maleic Anhydride, Journal of Applied Polymer
Science, Vol. 78: 2482–2487.
Eddyanto, 2007, Functionalisation Of Polymers: Reactive Processing, Structure and
Peformance Characteristics, Thesis, Aston University.
Eddiyanto, M. Said Siregar dan Ichlas Rawo Syaputra, 2012, Grafting Maleat Anhidrat
Pada Karet Alam Siklis (Cyclic Natural Rubber/CNR) Dengan Inisiator Dicumyl
Peroksida, AGRIUM, Volume 17 Nomor 2 Hal. 128-133.
Eddyanto, Yuslina Wati Ardina dan M. Said Siregar, 2013, Modifikasi Proses Pembuatan
Karet Alam Siklis (Cyclic Natural Rubber) Melalui Reaksi Pemutusan Rantai
(Chain Scission) Dan Siklisasi, AGRIUM, Volume 18 No 1 Hal. 55-61.
Herve Cartier dan Herve ´ Cartier, Guo-Hua Hu, 1998, Styrene-Assisted Melt Free Radical
Grafting of Glycidyl Methacrylate onto Polypropylene, Journal of Polymer
Science: Part A: Polymer Chemistry, Vol. 36: 1053–1063.
Herve ´ Cartier, Guo-Hua Hu, 1998, Styrene-Assisted Free Radical Grafting Of Glycidyl
Methacrylate onto Polyethylene in the Melt, Journal of Polymer Science: Part A:
Polymer Chemistry, Vol. 36: 2763–2774.
J. Cha, J. L. White, 2001, Maleic anhydride modification of polyolefin in an internal mixer
and a twin-screw extruder: Experiment and kinetic model, Polym. Eng. Sci. 41:
1227-1237.
J. L. White, A. Sasaki, Free Radical Graft Polymerization, 2003, Polym.-Plast. Technol.
Eng. 42: 711-735.
J. Saelao dan P. Phinyocheep, 2004, Influence of Styrene on Grafting Efficiency of Maleic
Anhydride onto Natural Rubber, J. Appl. Polym. Sci., 95: 28–38.
K. Doudin, A. Ahmad, S. Al-Malaika, 2009, Reactive processing of polymers: Structural
characterisation of products by 1H and 13C NMR spectroscopy for glycidyl
methacrylate grafting onto EPR in the absence and presence of a reactive
comonomer, Polymer Degradation and Stability, 94: 1599–1614.
Mirzataheri, M., 2000, The Cyclization of Natural Rubber, Iran J. Chem. & Chem.
Eng.,Vol.19.
14
xx
N. G. Gaylord, R. Mehta, 1988, Peroxide-catalyzed grafting of maleic anhydride onto
molten polyethylene in the presence of polar organic compounds, J. Polym. Sci.
Part A: Polym. Chem. 26: 1189-1198.
Nakason,C. A., A. Kaesman, S. Homsin, S. Kiatkamjornwong, 2001, Rheological and
Curing Behavior of Reactive Blending. I. Maleated Natural Rubber–Cassava
Starch, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 81: 2803–2813.
Riyajan, S., 2006, Cationic Cyclization of Deproteinized Natural Rubber Latex using
Sulfuric Acid, Elastomer and Plastic, 104-109.
Siregar, M. S., Thamrin, Basuki W.S. dan Eddiyanto, 2012, Modifikasi Kimia Karet
Alam Siklis (Cyclic Natural Rubber/CNR) Dengan Teknik Grafting:
Menggunakan Monomer Metil Metakrilat dan Inisiator Benzoil Peroksida,
AGRIUM, Volume 17 Nomor 3 Hal. 172-175.
Siregar, M. S., Thamrin, Basuki W.S., Eddiyanto dan J.A. Mendez, 2014, Grafting Of
Maleic Anhydride Onto Cyclized Natural Rubber By Reactive Processing: The
Effect of Maleic Anhydride Concentrations, Chemistry and Material Research,
Vol.6 No.11, 2014 Hal. 15-20.
Siregar, M. S., 2014, Modifikasi dan Karakterisasi Karet Alam Siklis (Resiprena 35)
dengan Anhidrida Maleat Sebagai Substituen Bahan Pengikat Cat Sintetis,
Thesis, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Siregar, M.S., Thamrin, Basuki W.S., Eddiyanto dan J.A. Mendez ,2015, Grafting Of
Maleic Anhydride Onto Cyclized Natural Rubber By Reactive Processing: The
Effect of Peroxide, Chemistry and Material Research, Vol.7 No.8, 2014 Hal. 49-
54.
Stevens, M. P., 2001, Kimia Polimer, Terjemahan Lis Sopyan, Pradnya Paramita, Jakarta.
William Klingensmit dan Brendan Rodgers, 2004, Rubber Compounding: Chemistry and
Applications, Taylor dan Francis.
Zakir M. O. Rzayev, 2011, Graft Copolymers of Maleic Anhydride and Its Isostructural
Analogues: High Performance Engineering Materials, International Review of
Chemical Engineering, volume 3 No 2.
Zhen Yao, Bo-Geng Li, Kun Cao dan Zu-Ren Pan, 1998, Semicontinuous Thermal Bulk
Copolymerization of Styrene and Maleic Anhydride: Experiments and Reactor
Model, J. Appl Polym Sci 67: 1905–1912.
15
xxi
LAMPIRAN
Lampiran 1. Rancangan penelitian pencangkokan Anhidrid Maleat pada KAS
No CNR
(g)
Anhidrid Maleat Benzoil
Peroksida
Divinyl
benzena Kec. rotor
(rpm)
T
(oC)
T
(min) (phr) (g) (phr) (g)
(mol
ratio/MA)
1 30 - - - - - - - -
2 30 - - - - - 80 150 8
3 30 2 0.6 - - - 80 150 8
4 30 4 1.2 - - - 80 150 8
5 30 8 2.4 - - - 80 150 8
6 30 16 4.8 - - - 80 150 8
7 30 2 0.6 1 0.3 - 80 150 8
8 30 4 1.2 1 0.3 - 80 150 8
9 30 8 2.4 1 0.3 - 80 150 8
10 30 16 4.8 1 0.3 - 80 150 8
11 30 16 4.8 1 0.3 0.5 80 150 8
12 30 16 4.8 1 0.3 1.0 80 150 8
13 30 16 4.8 1 0.3 2.0 80 150 8
16
xxii
Lampiran 2. Draft Publikasi Ilmiah Internasional pada Oriental Journal of Chemistry
GRAFTING OF MALEIC ANHYDRIDE ONTO
CYCLIZED NATURAL RUBBER IN THE MELT PHASE:
THE EFFECT OF DIVINYL BENZENE
M. Said Siregar1, Desi Ardilla
1, Masyura MD
1, Eddiyanto
2,
Asmara Sari Nasution3, Novesar Jamarun
4*
1Deapartment of Agriculture Product Technology, University of Muhammadiyah
Sumatera Utara, Medan, Indonesia
2Departement of Chemistry, State University of Medan, Indonesia
3Department of Agrotechnology, Al Azhar University, Medan, Indonesia
4Department of Chemistry, Andalas University, Padang, Indonesia
*E-mail : e-mail id of Corresponding Author please mention here
Mobile No.: of Corresponding Author Please mention here
Address for Postal Correspondance: Please mention here
ABSTRACT
Grafting of Maleic Anhydride onto Cyclized Natural Rubber has been performed in
an Internal Mixer 150oC and 80 rpm in the presence of divinyl benzene comonomer. The
grafted product were analyzed by Fourier Transform Infra Red to determine the presence
of Maleic Anhydride onto Cyclized Natural Rubber and Thermalgravimetric and
Differential Scanning Calorimetry to investigate its thermal properties. Fourier Transform
Infra Red spectra confirmed that the grafted product of Maleic anhydride onto Cyclized
Natural Rubber formed with absorption at 1720 cm-1
, 1854 cm-1
and 700 cm-1
. The higher
concentration of Maleic Anhydride reacted the higher of grafting degree of Maleic
Anhydride with the high intensity of absorption at 1732 cm-1
and 1854 cm-1
. Divinyl
benzene comonomer increased the grafting degree 126%. Futhermore, the glass transition
temperature values increase with increasing the grafting degree of Maleic Anhydride.
Keywords: grafting, cyclized natural rubber, maleic anhydride, divinyl benzene
INTRODUCTION
Natural rubber can be chemically modified through cyclization reaction to produce
cyclized natural rubber (CNR). Cyclized natural rubber is produced by treatment natural
rubber with hard acids1 (such as sulfuric acid, p-toluensulphonic acid) or friedel-crafts
catalyst2 (such as FeCl3, SnCl4, TiCl4). In such a reaction, the rubber loses its elasticity and
turns into a hard and brittle material3. The average size of the cyclical structure formed
during the cyclization process was found was not depends on the concentration of the
rubber and the catalyst but was depends on the reaction temperature. The double bonds still
present in the cyclized natural rubber products are less than 20%4.
CNR has poor adhesion properties to polar molecules / surfaces. To improve the
adhesion of CNR to the polar surface and to improve its stability it is necessary to modify
the chemical structure so that the CNR product can further be utilized in the wider field.
xxiii
Chemical modification by grafting of monomers has been widely performed to
produce products in accordance with the desired specifications. The technique of grafting
is a relatively simple and easy and widely applied technique. Various substances have been
used as graft monomers in various types of polymer chains using grafting techniques, such
as synthesis PP-g-MA5, NR-g-GMA
5 and NR-g-MA
6-8, MA grafted paraffin
9, LLDPE-g-
AA10
, PB-g-MA11
; NR-g-MMA12
.
Maleic anhydride (MA) is one of the most widely used monomers to modify
polymeric materials to produce high performance, high quality natural and biotechnical
(nanoengineering) materials, both natural and synthetic polymers. The use of Maleic
Anhydride has improved the properties of thermoplastic polymer graft copolymerization
such as polyolefins, polystyrene, polyamide and also biodegradable polymers,
polysaccharides and natural rubber and synthesis rubber13
.
Grafting of polar maleic maleate increase the polarity of cyclized natural rubber.
The presence of maleic groups is expected to improve the interface adhesion properties and
their compatibility with polar and metal polymeric materials and their mixtures. Grafting
of AM onto non-polar polymer chain has overcome the weakness of the interface adhesion
to the polar surface. This not only increases the hydrophilicity of the polymer surface for
the purposes of printing and coating applications but also the adhesion and compatibility of
these polymers with polar polymers such as polyamides, metals, and glass fibers. The
maleic functionalized polymer is also used as a compatiblizer in polymer blends14-15
.
Reactive processing in the melting phase using an extruder and / or internal mixer
has been developed by many researchers on grafting MA onto polypropylene5, 16-20
polyethylene21-24
polystyrene25
and natural rubber7 in which some succeed in commercially
product.
In general the grafting degree of MA onto the polymer chain is low, since MA has
a low reactivity due to the lack of dual bond electron density. To increase the grafting
degree of MA on the polymer chain some researchers used a comonomer/coagent. The
addition of the comonomer is intended as a donor electron to activate the MA monomer in
the polymerization reaction of the graft. Divinyl benzene is a comonomer that has been
used to increase the graftng degree of AM onto polypropylene polymers26
and natural
rubber27
.
The studies on the graftng of MA in the melting phase by using divinyl benzene
comonomers in the presence and absence of benzoyl peroxide have not been reported. In
this study grafting of Maleic Anhydride onto cyclized natural rubber in molten state in
internal mixer with presence of divinyl benzene comonomer.
EXPERIMENITAL
Materials and Methode
The chemicals used were commercial grade CNR (Cyclized Natural Rubber)
produced by PTPN 3 Indonesia; ethanol, methanol, toluene, divinyl benzene supplied by
Merck, Germany; maleic anhydride (MA) is supplemented by Riedel-deHaen, Seelze,
Germany.
The equipment used consists of Glassware, Agrimsa pelletizer Sant Adria` de
Besos, Spain, Brabender Internal Mixer PLE 331 Duisburg Germany, Differential
xxiv
Scanning Calorimetry (DSC) Model: Q INSTRUMENTS Q2000, Thermo Scientific™
Nicolet™ iS™10 FT-IR spectrometer, Mettler Toledo Analytical Balance, Memmert
Oven, PMC Heating Tools and Thermographymetry Analysis (TGA).
Procedures
Preparation of Plasticorder Brabender Internal Mixer
Grafting of AM onto cyclized natural rubber were carried out in an internal mixers
of Brabender Plasticorder PLE 331 Duisberg Germany, with and without of divinyl
benzene comonomers. It was first setting the operational temperature and the internal rotor
speed in accordance with the exerimental design of the study to be carried out. The internal
mixing device can be used for grafting process onces the chamber temperature is in
accordance with the experimental design.
Grafting Maleic Anhydride in the absence and presence of divinyl benzene
comonomer
The 30 grams of CNR loaded into the chamber slowly and left for about 4 minutes
until completly melt. Then added a number of 16 phr (per hundred rubber) maleic
anhydride into the chamber so that it is mixed and undergoes a grafting reaction for 8
minutes. The process is stopped by pressing the STOP button. Furthermore, in a hot
condition the grafting product is removed quickly from the chamber. After it is cool, it is
made into granules form.
Grafting Maleic Anhydride in the presence of divinyl benzene comonomer
The 30 grams of CNR loaded into the chamber slowly and left for about 4 minutes
until completly melt. Then added a number of 16 phr maleic anhydride and a certain
amount of divinyl benzene (mole ratio of St/MA) into the chamber so that it is mixed and
undergoes a grafting reaction for 8 minutes, the process is stopped. Furthermore, in a hot
condition the grafting product is removed quickly from the chamber. After it is cool, it is
made into granules. The St / AM mole ratio used is 1: 2; 1: 1 and 2: 1.
Pencangkokan AM dengan kehadiran Komonomer Divinyl benzene
Sebanyak 30 gram karet alam siklis dimasukkan ke dalam chamber secara
perlahan-lahan dan dibiarkan selama lebih kurang 4 menit sampai semua meleleh
sempurna. Kemudian ditambahkan sejumlah 16 phr Anhidrida maleat dan sejumlah
tertentu divinyl benzene (rasio mol St/AM) kedalam chamber sehingga tercampur dan
mengalami reaksi pencangkokan. Setelah berlangsung selama 8 menit, proses dihentikan
dengan menekan tombol STOP. Selanjutnya dalam keadaan panas dengan cepat produk
pencangkokan dikeluarkan dari dalam chamber. Setelah dingin dijadikan dalam bentuk
granul. Rasio mol St/AM yang digunakan adalah masing-masing 1:2; 1:1 dan 2:1.
RESULTS AND DISCUSSION
Analisa FTIR KAS-c-AM
Untuk mengetahui pengaruh penambahan komonomer divinyl benzene (St)
terhadap derajat pencangkokan AM pada KAS dilakukan percobaan dengan konsentrasi
AM 16 phr dan penambahan komonomer divinyl benzene dengan variasi rasio mol.
Banyaknya divinyl benzene yang digunakan dinyatakan dengan rasio mol (mol ratio).
xxv
Rasio mol divinyl benzene terhadap AM yang digunakan dalam penelitian ini masing-
masing adalah 1:2, 1:1 dan 2:1. Gabungan (overlay) spektrum-spektrum FT-IR produk
hasil pencangkokan dengan penambahan divinyl benzene ditampilkan seperti Gambar 1.
Dari Gambar1 dapat dilihat bahwa telah berhasil diperoleh produk pencangkokan
AM pada KAS. Hal ini dapat dikonfirmasi dengan munculnya pita serapan pada bilangan
gelombang 1720-1780 cm-1
dan 1854 cm-1
, yang merupakan serapan khas gugus karbonil
(C=O) dan cincin suksinik dari molekul AM [5, 7, 26]. Semakin banyak divinyl benzene
yang ditambahkan maka semakin tinggi intensitas serapan pada bilangan gelombang 1720-
1780 cm-1
dan 1854 cm-1
.
Selanjutnya pada Gambar 1. juga terlihat serapan baru pada bilangan gelombang
700 cm-1
yang merupakan serapan khas fenil dari stirena [26-28]. Serapan pada daerah
bilangan gelombang 700 cm-1
juga menunjukkan intensitas yang meningkat dengan
meningkatnya jumlah divinyl benzene yang dilibatkan dalam reaksi. Meningkatnya
intensitas pada daerah 1720-1780 cm-1
sebanding dengan peningkatan intensitas serapan
pada bilangan gelombang pada 700 cm-1
.
Gambar 2 memperlihatkan hubungan antara indeks karbonil dengan rasio mol
St/AM yang terdapat dalam reaksi. Semakin tinggi rasio mol St/AM, semakin banyak
jumlah St yang ditambahkan dalam reaksi maka semakin tinggi indeks karbonilnya.
Dengan penambahan komonomer divinyl benzene maka semakin tinggi derajat
pencangkokan AM pada KAS. Semakin tinggi rasio mol St/AM maka semakin tinggi
derajat pencangkokan AM pada KAS.
Pada Gambar 2. juga dapat dilihat bahwa peningkatan indeks karbonil, yang
menujukkan intensitas serapan pada bilangan gelombang pada 1720 cm-1
sebanding
dengan peningkatan indeks fenil. Dari observasi ini dapat dikatakan bahwa jumlah molekul
AM yang tercangkok pada KAS sebanding dengan jumlah molekul komonomer divinyl
benzene yang terlibat dalam reaksi pencangkokan.
Gambar 1. Spektra FT-IR gabungan KAS tercangkok AM dengan penambahan
divinyl benzene yaitu: blanko (1), rasio mol St/AM=1:2 (2), 1:1 (3) dan 2:1 (4).
5001000150020002500300035004000
1780
1854 706
xxvi
Gambar 2. Indeks serapan fenil divinyl benzene (1) dan karbonil (2) pada berbagai
rasio mol St/AM.
Divinyl benzene dilaporkan penggunaannya sebagai elektron donor untuk
mengaktivasi AM pada reaksi polimerisasi cangkok pada polietilena dan polipropilena
[26]. Divinyl benzene memiliki kemampuan yang lebih tinggi untuk berpolimerisasi
dibanding AM secara langsung pada rantai polipropilena. Komonomer divinyl benzene
dapat berperan sebagai medium untuk menjembatani antara makroradikal karet alam dan
AM [27].
Dalam penelitian ini ditemukan bahwa dengan penambahan divinyl benzene
sebanyak dua kali jumlah molekul AM maka akan meningkatkan derajat pencangkokan
sebesar 126%. Hal ini berhubungan dengan jumlah makroradikal KAS-St yang terbentuk.
Semakin banyak komonomer divinyl benzene yang ditambahkan maka semakin banyak
makroradikal KAS-St yang terbentuk. Selanjutnya maka semakin banyak kemungkinan
terbentuk produk cangkok AM yang berikatan dengan makroradikal KAS-St untuk
membentuk produk akhir KAS-St-AM.
Analisis Thermografimetri (TGA)
Thermogram TGA gabungan (overlay) produk reaksi pencangkokan AM pada KAS
untuk semua variasi rasio mol St/AM diperlihatkan seperti pada Gambar 3. Dari
thermogram TGA pada Gambar 3. dapat dilihat bahwa terjadi kecenderungan yang sama
untuk semua sampel. Baik sampel KAS tanpa penambahan AM/blanko maupun sampel
KAS yang sudah mengalami reaksi pencangkokan dengan penambahan komonomer
divinyl benzene memperlihatkan perubahan pada kisaran suhu dan kuantitas yang sama.
Ditemukan dua fase suhu pengurangan massa sampel yaitu: suhu 100-an sampai 200-an
dan suhu 300-an sampai 500-an.
Pada suhu 113oC sampai 289
oC terjadi pengurangan massa sampel 2,3% sampai
3,4%. Kemudian pada suhu 301oC sampai 532
oC terjadi pengurangan massa sampel 95%
sampai 96%. Selanjutnya pada suhu 661oC ditemukan sampel sisa (signal value) 2,6%
sampai 3,1%.
xxvii
Pengurangan massa sampel pada suhu 113oC sampai 289
oC ini diduga karena
terjadi penguapan senyawa-senyawa yang mudah menguap (mosture) yang terdapat
bersama sampel. Terdapatnya mosture dalam sampel dimungkinkan karena sampel
disimpan dalam wadah yang dapat kontak dengan udara pada saat penyimpanan, setelah
dikeringkan dalam oven dan sebelum dilakukan karakterisasi thermal TGA.
Kemudian pada suhu 310oC sampai 532
oC terjadi pengurangan massa yang drastis
pada semua sampel yaitu 95% sampai 96%. Hal ini diduga bahwa semua sampel
mengalami dekomposisi. Dan pada suhu 661oC ditemukan sisa sampel sebagai abu (signal
value) untuk semua sampel, masing-masing 2,6% sampai 3,1%.
Secara umum dapat dinyatakan bahwa sifat thermal KAS tercangkok AM tidak
berubah secara nyata dibandingkan dengan KAS blanko. Sampel blanko dan yang sudah
mengalami reaksi pencangkokan di dalam Pencampur Internal memiliki sifat thermal yang
sama, tidak terjadi perubahan sifat thermal dengan adanya reaksi pencangkokan di dalam
Pencampur Internal. Demikian juga sampel KAS tercangkok AM dengan penambahan
komonomer divinyl benzene tidak menunjukkan sifat thermal yang berbeda pada
produknya. Rasio mol St/AM yang berbeda tidak memberikan pengaruh nyata terhadap
sifat thermal KAS tercangkok AM, seperti juga dapat dilihat dalam Gambar 3.
Gambar 3. Thermogram TGA gabungan KAS tercangkok AM dengan penambahan
divinyl benzene yaitu: blanko (1), rasio mol St/AM=1:2 (2), 1:1 (3) dan 2:1 (4).
xxviii
Gambar 4. Thermogram DSC KAS tercangkok AM dengan penambahan divinyl
benzene yaitu: blanko (1), rasio mol St/AM=1:2 (2), 1:1 (3) dan 2:1 (4)
Analisis Differential Scanning Calorimetry (DSC)
Hasil karakterisasi dalam bentuk thermogram DSC gabungan (overlay) sampel
KAS tercangkok AM diperlihatkan pada Gambar 4. Dari Gambar 4. dapat dilihat bahwa
KAS tercangkok AM dengan penambahan komonomer divinyl benzene rasio mol 1:2. 1:1
dan 2:1 memiliki suhu transisi gelas (Tg) masing-masing 80,33oC, 81,03
oC dan 87,25
oC.
Suhu transisi gelas (Tg) memiliki kecendrungan yang meningkat dengan terjadinya
pencangkokan AM pada KAS. Suhu transisi gelas produk pencangkokan AM dengan
penambahan komonomer divinyl benzene meningkat dibandingkan dengan KAS blanko.
Demikian juga semakin banyak komonomer yang ditambahkan semakin tinggi suhu
transisi gelas produknya.
Meningkatnya konsentrasi AM terlihat meningkatkan suhu transisi gelas (Tg)
produk reaksi pencangkokannya. Hal ini juga menunjukkan bahwa telah terjadi
pencangkokan gugus maleat pada KAS. Semakin banyak gugus maleat yang tercangkok
maka produk KAS menjadi lebih bulky atau lebih rigid, polar dan meningkatnya massa
molekul. Struktur yang bulky dan meningkatnya sifat polar serta bertambahnya massa
molekul suatu zat akan meningkatkan suhu transisi gelas zat itu[29].
CONCLUSION
Pencangkokan Anhidrida Maleat pada Karet Alam Siklis berhasil dilakukan dalam
fase leleh di dalam Internal Mixer. Banyaknya Anhidrida Maleat yang tercangkok pada
Karet Alam Siklis meningkat dengan meningkatnya rasio mol Anhidrida Maleat/Divinyl
benzene. Penambahan divinyl benzene sebanyak dua kali jumlah molekul AM
meningkatkan derajat pencangkokan sebesar 126%.
xxix
ACKNOWLEDGEMENT
The authors are grateful to Ministry of Research, Technology, and Higher
Education of the Republic Indonesia for the finance support and to Mr. Suprianto, Manager
of PT. Industri Karet Nusantara (Nusantara Rubber Industry) Indonesia for providing
Resiprena 35 and access to their Laboratory.
REFERENCES [1]. Golub, A.M., & Heller, J., The Reaction Of Polyisoprene With Titanium
Tetrachloride, Canadian Journal Of Chemistry, (1963) Vol.41. 937
[2]. Mirzatheri, M., The Cyclization of Natural Rubber, Iran J. Chem. &Chem. Eng., 19
(2000) 91-96.
[3]. Riyajan, S., Sakdapipanich, J.T., Cationic Cyclization Of Deproteinized Natural
Rubber Latex Using Sulfuric Acid, Elastomers And Plastics, (2006) 104-109.
[4]. Saunders, K.J.,(1988), Organic Polymer Chemistry, Second Edition, Blackie
Academic & Professional, Glasgow.
[5]. Eddyanto, (2007), Functionalitation Of Polymers: Reactive Processing, Structure
and Peformance Characteristics, Thesis, Aston University.
[6]. Nakason, C., A. Kaesaman., Z.Samoh., S.Homsin., S.Kiatkomjornwong., (2002),
Rheological properties of maleated natural rubber and natural rubber blends,
Polymer Testing 21: 449-455.
[7]. Nakason, C., A. Kaesaman., P. Supasanthitikul., (2004), The grafting of maleic
anhydride onto natural rubber, Polymer Testing 23; 35-41.
[8]. Nakason, C., S. Saiwaree., S Tatun., A. Kaesaman., (2006), Rheological, thermal and
morphological properties of maleated natural rubber and its reactive blending with
poly(methyl methacrylate), Polymer Testing 25: 656-667.
[9]. Krump, H., P. Alexy., A.S. Luyt., (2005), Preparation of a maleated Fischer-
Tropsch paraffin wax and FTIR analysis of grafted maleic anhydride, Polymer
Testing 24: 129-135.
[10]. Yohan., Rifaid M.Nur., Lilik Hendrajaya., E.S. Sirajd., (2006), Sintesis Kopolimer
Tercangkok Asam Akrilat pada Film LLDPE, Jurnal Kimia Indonesia, Vol.1(1): 32-
38.
[11]. Ferrero, F., (2005), Solvent effect in grafting of liquid polybutadienes with maleic
anhydrate, Progress in Organic Coatings 53: 50-55.
[12]. George, Valsa., I. Jhon Britto., M.Sunny Sebastian., (2003), Studies on radiation
grafting of methyl methacrylate onto natural rubber for improving modulus latex
film, Radiation physics and chemistry 66: 367-37.
[13]. Zakir M. O. Rzayev, Graft Copolymers of Maleic Anhydride and Its Isostructural
Analogues: High Performance Engineering Materials, International Review of
Chemical Engineering, volume 3, No 2, March, 2011.
[14]. S. Cimmino, F. Coppola, L. D’Orazio, Greco R, G. Maglio, M. Malinconico, C.
Mancarella, E. Martuscelli, G. Ragosta, Ternary nylon-6/rubber/modified rubber
blends: Effect of the mixing procedure on morphology, mechanical and impact
properties, Polymer 27 (1986) 1874-1884.
xxx
[15]. Y. Kayano, H. Keskkula, D. R. Paul, Fracture behaviour of some rubber-toughened
nylon 6 blends, Polymer 39 (1998) 2835-2845.
[16]. S. N. Sathe, G. S. Srinivasa Rao, S. Devi, Grafting of maleic anhydride onto
polypropylene: Synthesis and characterization, J. Appl. Polym. Sci. 53 (1994) 239-
245.
[17]. S. H. P. Bettini, J. A. M. Agnelli, Grafting of maleic anhydride onto polypropylene
by reactive processing. I. Effect of maleic anhydride and peroxide concentrations on
the reaction, J. Appl. Polym. Sci. 74 (1999) 247-255.
[18]. Zakir M. O. Rzayev, Graft Copolymers of Maleic Anhydride and Its Isostructural
Analogues: High Performance Engineering Materials, International Review of
Chemical Engineering, volume 3, No 2, March, 2011.
[19]. Jaehyug Cha dan James L. White, Maleic Anhydride Modification of Polyolefin in
an Internal Mixer and a Twin-Screw Extruder: Experiment and Kinetic Model,
Polymer Engineering And Science, July 2001, Vol. 41, No. 7 pp. 1227-1237.
[20]. Yılser Guldogan, Sinan Egri, Zakir M. O. Rzaev, Erhan Piskin, Comparison of
Maleic Anhydride Grafting onto Powder and Granular Polypropylene in the Melt by
Reactive Extrusion, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 92, 3675–3684 (2004).
[21]. W. Heinen, M. van Duin, C. B. Wenzel, H. C. Rosenmoller, M. de Groot, L.
Lugtenburg, 13C NMR study of the grafting of 13C labelled maleic anhydride onto
PE, PP and EPM. Macromol. Symp. 129 (1998) 119-125.
[22]. L. Yong, F. Zhang, T. Endo, T. Hirotsu, Structural characterization of maleic
anhydride grafted polyethylene by 13C NMR spectroscopy, Polymer 43 (2002)
2591-2594.
[23]. B. M. Dorscht, C. Tzoganakis, Reactive extrusion of polypropylene with
supercritical carbon dioxide: Free radical grafting of maleic anhydride, J.Appl.
Polym. Sci. 87 (2003) 1116-22.
[24]. N. G. Gaylord, R. Mehta, D. R. Mohan, V. Kumar, Maleation of linear low-density
polyethylene by reactive processing, J. Appl. Polym. Sci. 44 (1992) 1941-1949.
[25]. G. Moad, The synthesis of polyolefin graft copolymers by reactive extrusion, Prog.
Polym. Sci. 24 (1999) 81-142.
[26]. Demin Jia, Yuan Fang Luo, Yan Mei Li, Hui Lu, Wei Wen Fu, W. L. Cheung,
Synthesis and Characterization of Solid-Phase Graft Copolymer of Polypropylene
with Styrene and Maleic Anhydride, Journal of Applied Polymer Science, (2000)
Vol. 78, 2482–2487.
[27]. J. Saelao, P. Phinyocheep, Influence of styrene on grafting efficiency of maleic
anhydride onto natural rubber, J. Appl. Polym. Sci. 95 (2005) 28-38.
[28]. Herve´ Cartier dan Guo-Hua Hu, Styrene-Assisted Melt Free Radical Grafting of
Glycidyl Methacrylate onto Polypropylene, Journal of Polymer Science: Part A:
Polymer Chemistry, Vol. 36, (1998) 1053–1063.
[29]. F.W. Fifield dan D. Kealey, 2000, Principles and Practice of Analytical Chemistry,
Edisi ke-5, Blackwell Science Ltd, Oxford, UK.
xxxi
Lampiran 3. Alat Pencangkokan Internal Mixer
xxxii
Lampiran 4. Produk pencangkokan
2
Recommended