BAB I

PENDAHULUAN

A. Sejarah HDPE dan Pipa HDPE

SPI resin dengan kode 2. HDPE merupakan polimer termoplastik yang dibuat

dari petroleum. Untuk membuat 1 kg HDPE dibutuhkan 1,75 kg petroleum.

Akhir abad 18, kimiawan Jerman Hans von Pechman membuat catatan

penting, ketika mereaksikan seuatu metana dengan eter. Tahun 1900, miawan jerman

lainnya Eugen Bamberger dan Friedrich Tschirner mengidentidfikasi seyawa ini

sebagai polimetilen, saudara dekat polietilen. Tiga puluh tahun kemudian, residu

dengan densitas tinggi ditemukan oleh Kmiawan Amerika E.I. du Pont de Nemours &

Company, Inc., Carl Shipp Marvel, dengan cara memberikan tegangan dalam jumlah

besar kepada etilen. Dengan cara ini pula, kimiawan Ingris Eric Fawcett and Reginald

Gibson membuat polietilen dalam fasa padat pada tahun 1935. Aplikasi PE komersil

pertama kalinya ketika berlangsung Perang Dunia II , ketika Inggris menggunakannya

sebagai insulator untuk kabel radar. Tahun 1953, Karl Ziegler of the Kaiser Wilhelm

Institute ( nama baru dari Max Planck Institute) dan Erhard Holzkamp menemukan

high density polyethylen (HDPE). Proses pembuatannya melibatkan penggunaan

katalis dan temparatur rendah, yang merupakan dasar pembentukan berbagai jenis

senyawa polietilen. Dua tahun kemudian, HDPE diproduksi sebagai pipa. Untuk

keberhasilannya itu, Ziegler dianugerahi nobel di bidang kimia.

Saat ini , material plastik yang digunakan utnuk pipa digolongkan menjadi

termoset dan termoplastik. Pipa plastik untuk drainase jalan raya biasanya

menggunakan termoplastik (umumnya HDPE, PVC, dan ABS). Pipa dari jenis ini

memiliki sifat uletan, fleksibel, tahan zat kimia dan isolator. Pipa-pipa ini telah

digunakan untuk ddrainase jalan raya sejak tahun 1970. Sejak saat itu, seiring

pertumbuhan apikasi drainase utnuk pertanian, penggunaan pipa HDPE juga seamkin

berkembang.

B. Sifat-sifat HDPE

HDPE (densitas: 935–956 kg/m3) adalah senyawa termoplastik dari atom

karbondan 2ystem2e yang bergabung menghasilkan berat molekul yang tinggi. Gas

metana diubah menjadi etilen, kemudian dengan aplikasi panas dan tekanan, diubah

lagi menjadi polietilen. Rantai polimer yang terbentuk memiliki unit karbon berkisar

antara 500.000 sampai 1.000.000. rantai cabang yang panjang atau pendek muncudi

sepenjang rantai utama. Semakin panjang rantai jumlah cabang semakin banyak.

PE merupakan polimer semikristalin. Resin HDPE meiliki daerah kristalin

yang lebih luas dari LDPE. Ukuran dan distribusi luas daerah kristalin menentukan

kekuatan tarik dan ketahan ratak dari produk akhir. HDPE dengan rantai yang lebih

sesikit dari MDPE atau LDPE, memiliki bagian kristal yang lebih besar, sehingga

densitasnya lebih besar dan lebih kuat.

Material yang paling sering dipakai untuk membuat produk pipa drainase

adalah logam, plastik, beton, dan tanah liat. Pipa dari bahan termoplastik dan tanah

liat bersifat isolator tidak seperti logam atau beton. Hal ini meneybabkan pipa ini

tidak memerlukan perlindungan katodik untuk mencegah degradasi karena listrik.

(korosi). Empat material termoplastik yang paling sering dipakai untuk pembuatan

pipa adalah HDPE, PVC, ABS, dan PP. Dari semuaya, HDPE memiliki ketahanan

kimia yang paling baik.

Sifat HDPE yang inert dan rantai molekul yang fkelksibel menghasilkan

ketahanan korosi yang tinggi.

HDPE mempunyai sedikit cabang, yang membuat HDPE memiliki ikatan

intermolekular dan kekuatan tarik yang lebih besar dari LDPE. HDPE juga lebih

lebuh keras dan opak, dan tahan temperatur tinggi (120oC untuk waktu yang singkat,

110oC kontinyu). Sedikitnya cabang dipengaruhi oleh pemakaian katalis yang tepat

(contoh katalis Ziegler-Natta) dan kondisi reaksi. Katalis Zieger Natta mampu

mempoduksi rantai polimer pendek, sedang, atau panjang.

LDPE memiliki cabang panjang dan pendek. Karena daerah kristral lebih

sedikit dari HDPE maka lebih fleksibel tapi kurang kuat. LLDPE memiliki struktur

yang berbeda dengan LDPE. Struktunya memiliki cabang yang pendek, yang

membuat rantai menjadi sangat dekat. HDPE merupakan material viskoelastis linear

yang sifat-sifatnya bergantung dengan waktu.

Berdasarkan hal-hal di atas maka HDPE memiliki keuntungan sebagai berikut:

Toughness bagus

Strength kuat

Chemical-resistance

Heat-resistance

Harga rendah

Pemrosesan mudah

Recycleable (dapat di daur ulang)

C. Aplikasi HDPE:

HDPE memiliki ketahan terhadap banyak larutan dan diaplikasikan secara

meluas,mencakup :

1. botol

2. tupperware

3. botol deterjen

4. botol susu

5. tanki pada kendaraan

6. kantong olastik

7. penahan zst kimis tertentu

8. System pipa tahan kimia

9. pipa ledeng

10. pelindung korosi untuk pipa saluran baja.

BAB II

DEGRADASI PADA POLIETILEN

Foto oksidasi pada polimer merupakan hasil kombinasi dari cahaya dan

oksigen. Cahaya mathari yang bereaksi dengan udara (oksigen) adalah contoh yang

paling penting. Sebagai aturan, maka oksidasi termal merupakan bagaian dari oksidasi

foto.

Hal yang nyata yang bisa dilihat sebagai akibat dari adanya foto oksidasi

adalah penampilan material menjadi lebih buruk. Pada saat yang sama, juga sifat-sifat

mekanik dan fisika-kimia juga mengalami penurunam.

Disebabkan banyak resin sintetik yang mudah terserang oksidasi foto, telah

diupayakan cara untuk mencegahnya, pada industri umumnya terjadai oksidasi proses

selama operasi. Hasil dari penelitian bahan kimia spesial yangdiebri nama UV-

Stabilizer telah dikembangkan, yang mempengaruhi sifat-sifat fisik dan kimia dari

polimer.

PE kurang sensintif terhadap foto oksidasi dibanding PP. Meskipun begitu,

kombinasi dari sinar UV dan udara dapat menyebabkan degradasi. Oksidasi foto pada

PE lebih kompleks karena poliolefin jenis ini terdiri dari bermacam-macam bagian.

Hasil dari oksidasi foto pada PE adalah berupa senyawa vinil alkena, asam,

keton, lakton, dan ester. Perbedaan utama dari oksidasi foto pada PP adalah jumlah

vinil yang banyak dan ester yang sedikit. Perlu dicatat, aldehid tidak muncul selama

oksidasi foto pada PE. Hal sebagai konsekuensi dari oksidasi yang cepat dan

pemnbentukan yang lama, khususnya pada asam.

Perbedaan selanjutnya adalah sifat hidroperoksida yang muncul. Pada PE

hidroperoksida yang muncul tidak terakumulasi seperti pada PP. Inilah hasil yang

kontras dari oksidari termal.

BAB IIIADITIF PADA PE-HD

A. ANTIOKSIDANAntioksidan yang cocok utuk HDPE diperoleh dari campuran fenol dan fosfat

(jenis AO-18/PS-2). Fosfat dikonsumsi selama proses.

Tabel 1. HDPE pada suhu 220oC dan 260oC. Efek campuran fenol-fosfat terhadpa

MFI selama multiple extrusion.

Phenol/

Phospite

MFR, Multiplr Extrusion

220o 260o

1 5 1 5

None 2 1,2 2,8 0,9

0,05% AO 18 4 3,6 4,2 3,3

0,05% AO 18

+ 0,05% PS-2

4,6 4,3 4,4 4

0,05% AO 18

+ 0,1% PS-2

4,8 4,6 4,8 4,4

0,05% AO 18

+ 0,2% PS-2

4,8 4,9 4,9 5

Tabel 2. HDPE pada suhu 220o dan 260o. Komposisi Antioksidan setelah multiple

extrusion.

Antioxidants Multiple extrusion, Esidual Stabilizer Concentration

220o 260o

1 5 1 5

%AO %PS %AO %PS %AO %PS %AO %PS

0,05% AO 18 +

0,5% PS-2

0,035 0,026 0,027 0,007 0,029 0,014 0,024 0,005

0,05% AO 18 +

0,2% PS-2

0,039 0,169 0,033 0,089 0,035 0,155 0,025 0,079

B. NUCLEATION (NUCLEATING AGENT)

Nucleating agent meningkatkan kecepatan kristalisasi dan porsentase

kristalisasi pada polimer. Adanya kecepatan kristalisasai yang tinggi menyebabakan

produktivitas meningkat selama moulding dan ektrusion. Prosesntase kritalinitas

meningkatkan kekauan dan heat deflection temperature.

Karena HDPE mempunyai kecepatan pertumbuhan kristal yang tinggi,

polimer ini susah untuk mengalami nukleasi. Oleh karena itu, telah ditemukan

beberapa nucleating agent untuk HDPE. Contoh benzoic acid, potassium stearat,

sodium benzoat, talc, dan Na2CO3. Ketika nucleating agent ditambahkan pada HDPE

kristalisasi akan meningkat, morfologi pada pencetakan lebih seragam, dan

mempunyai ketahanan korosi yang baik.

C. HALS

HDPE digunakan khususnya untuk blow moulding dan injecton moulding, dan

ekstrusi. Aplikasi utama HDPE dalah HDPE tapes dan injection molded plaques.

Walapun film HDPE tidak mempunyai banyak aplikasi luar ruangan, mereka cocok

dipakai untuk memperbandingkan kinerja dari light stabiliser.

Table1. Light Stability of HDPE tapes

Light

Stabilization

T50 E50

Unpigmented

(h)

0,4% TiO2

(Rutile) (h)

Unpigmented

(kJ cm-2)

0,4% TiO2

(Rutile) (kJ

cm-2)

Without 945 1025 410 390

0,05% HALS-1 4280 4560 540 750

0,1% HALS-1 6500 9250 880 1090

0,05% HALS-2 2920 3770 630 800

0,1% HALS-2 4370 6100 770 940

0,05% HALS-3 5850 7200 920 1030

0,1% HALS-3 10200 10700 1150 1440

UVA-19 1690 1600 470 420

T50 = time to 50% retained tensile strength, E50 = energy to 50% retained tensile

strength

D. ACID SCAVENGER

Acid scavenger berguna untuk meningkatkan kinerja katalis untuk

polimersasi. Jenis:

metallic stearat (Ca searat, Zn stearat)

Hydrotalcite

Hydrocalumite

Zinc Oxide

Formulasi Acid Scavenger yang direkomendasikan untuk HDPE

Acid

Scavenger

300 -1000 ppm CaSt

300 -1000 ppm ZnSt

200 - 800 ppm ZnO2

200 - 500 ppm hydrotalcite

Efek penambahan acid scavenger pada MFI selama proses multiple extrusion untuk

HDPE.

E. LUBRICANT

Pada HDPE tape, Amide wax biasa digunakan sebagai external lubricant.

F. COLORANT SYSTEM (PIGMENT)

Kualitas dalam penggunaan koloran untuk produk polimer,

bergantung kepada empat hal, yaitu:

- Komposisi dari kompon

- Sifat pigment (pewarna)

- Teknologi proses

- Keperluan aplikasi

Berikut ini adalah tabel penggunaan pigmen pada poliolefin (HDPE), sesuai dengan

grade processingnya

Process

Pigment

blends

powder

Colour

compound

pellets

Color concentrares

pellets

Fine grains/

coarse

powder

Pastes &

liquid

colors

Mono

concentrates

Custom

color

Mono

concentrates

Custom

color &

Mono

concentrates

Extrusion

of blow

flexible

films

- O O ++ O O

Fiber /

tape /

monofil

extrusion

- O ++(1) ++ + O

Fiber

extrusion- - - - ++ O

Sheet

extrusion- ++ O ++ O ++

Pipe

extrusionO ++ O ++ -- +

Blow O + O ++ O ++

Molding

Injection

Molding+ ++ O ++ O ++

Rotational

Molding+ ++ (2) - -- -- O

Monomer

casting- - - -- -- ++

Ket: ++ = preferred, + = suitable, O = possible but not usual, -- = not possible

G. FILLER & REINFORCEMENT

Untuk polietilen, kalsium karbonat dan kalsin kaolin banyak digunakan.dalam industri

agrikultur terutama dalam pembuatan greenhouse films.

Berikut ini adalah tabel data penggunaan filer pada HDPE

HDPE

Filler % Stiffness Toughness HDT Processing Remarks

Ca-Carbonate

Talc

Kaolin

Glass Fibre

20-75

20-40

20-40

20-30

+

++

+

++

+

--

-

++

-

+

+

++

++

+

-

- Creep

resist

Ket: ++ = sgt baik, + = baik, ~ = no effect, - = buruk, -- = sgt buruk

H. COUPLING AGENT

Coupling agent digunakan untuk mengikat molekul dari filler dan matrixnya. Jenis

dari coupling agent ada tiga, yaitu Silanes, Titanates & Zirconates, Anhydrides &

Unsaturated Polimeric acids. Untuk poliolefin (HDPE) biasa digunakan:

- Gol Silanes : Amino & Vinyl functional group

- Gol Titanates : Pyro-phospato & Benzene-sulfonil functional group

- Gol Unsaturated Polimeric acid : Maleinized polybutadiene (MPBD)

I. FLAME RETARDANT

Digunakan agar polimer tahan api. Pada HDPE biasa digunakan Decabromo byphenil,

Ethylene-bis(tetrabromophytalimide), & Decabromo dipheniloxyde.

J. ANTI BLOCKING & SLIP ADDITIVE

Anti blocking digunakan agar PE dlm bentuk film, karena layer dari PE sering

menempel satu sama lain sehingga sulit dipisahkan. Slip additive jg digunakan agar

layer film pada PE tidak saling menempel dan mudah dipisahkan. Untuk Jenis PE,

digunakan aditif amida. Penjelasan berikut dalam tabel.

Amida Tipe Fungsi

Oleamide

Erucamide

Stereamide

Behenamide

Ethylene-bis-stereamide

Ethylene-bis-oleamide

Stearyil erucamide

Primary

Primary

Primary

Primary

Secondary bis amide

Secondary bis amide

Secondary amide

Slip

Slip & Antiblock

Antiblock

Antiblock

Antiblock

Slip & Antiblock

Slip & Antiblock

K. ANTISTATIC

Antistatic digunakan untuk menghilangkan listrik statik yg ada pada material. Hal ini

dikarenakan dapat mengganggu karena dapat terjadi kejutan listrik ketika disentuh.

Untuk material PE biasa digunakan adtitif seperti Fatty acid esters, Ethoxylated

amines dan Diethanol amides. Berikut adalah contoh grafik penggunaan aditif

tersebut.

REFERENSI

I. BUKU

Crawford, R. J., Plastic Engineering 3rd Ed.. Woburn: Butterworth-Heinemann,

1998.

Zwifel, Hans. Plastic Additives Handbook 5th Ed Munich: Carl Verlag Hanser, 2001.

Harper, Charles A. Handbook of Plastics, Elastomers, and Composites 4th Ed. New

York: MCGraw-Hill, 2002.

II. DOKUMEN PDF

1. Chapter 1: History and Physical Chemistry of HDPE

Oleh Plastics Pipe Institute

III. URL

http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=HDPE