Upload
yuli-astuti-sheilakeke
View
409
Download
13
Embed Size (px)
Citation preview
BAB IPENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Seiring perkembangan zaman kebutuhan manusia secara terus menerus akan
meningkat sesuai berjalannya waktu. Berbagai kebutuhan sehari-hari pun terus
dikembangkan agar manusia dapat menggunakan dengan efisien sesuai
kebutuhan. Salah satu alat atau benda yang sangat dipergunakan oleh manusia
berbahan dasar dari karet.
Karet merupakan hasil bumi yang bila diolah dapat menghasilkan berbagai
macam produk yang amat dibutuhkan dalam kehidupan. Teknologi karet sendiri
semakin berkembang dan akan terus berkembang seiring berjalannya waktu dan
akan semakin banyak produk yang dihasilkan dari industri ini. Ada dua jenis karet
yang biasa digunakan dalam industri yaitu karet alam dan karet sintesis. Karet
alam (natural rubber) merupakan air getah dari tumbuhan Hevea brasiliensis,
yang merupakan polimer alam dengan monomer isoprena, sedangkan karet
sintetis sebagian besar dibuat dengan mengandalkan bahan baku minyak bumi.
Perkembangan teknologi karet yang sangat luas ini, menuntut agar di masa
yang akan datang manusia dapat menggunakan karet sebaik dan seefisien
mungkin. Bukan hanya sedikit melainkan banyak sekali kebutuhan manusia yang
menggunakan karet, seperti pakaian, kebutuhan rumah tangga, transportasi, bahan
bangunan dan lain lain. Oleh sebab itu kita perlu mengetahui hal-hal apa saja yang
berkaitan dengan karet tersebut. Salah satunya yang harus kita ketahui adalah
teknik pembuatan karet itu sendiri dan bagaimana cara meningkatkan kualitas
karet tersebut.
Cara meningkatkan kualitas suatu karet ialah dengan cara vulaknisasi karet.
Vulkanisasi adalah proses pembentukan ikatan silang (cross-linking) kimia dari
rantai molekul yang berdiri sendiri, meningkatkan elastisitas dan menurunkan
plastisitas. Reaksi ini dapat terjadi jika di dalam molekul-molekul karet berkontak
dengan bahan-bahan tertentu, seperti: sulfur dan peroksida.
1
Maka dari itu vulkanisasi karet sangat amat penting bagi pembentukan suatu
karet agar tercapai kualitas karet yang diinginkan dan yang terpenting dapat
berguna bagi masyarakat luas.
1.2. Tujuan1. Agar pembaca memahami konsep tentang vulkanisasi
karet, mekanisme dan tahapan proses vulkanisasi serta
semua hal yang berkaitan dengan vulkanisasi
2. Menambah wawasan pembaca tentang vulkanisasi karet
1.3. Rumusan Masalah
1. Menjelaskan tentang pengertian proses vulkanisasi
2. Menjelaskan fungsi bahan-bahan aditif dalam proses vulkanisasi
3. Menjelaskan mekanisme dan tahapan proses vulkanisasi
4. Menjelaskan sifat mekanik dan morfologi produk vulkanisasi
2
BAB IIPEMBAHASAN
2.1. Pengertian Vulkanisasi Karet
Vulkanisasi adalah proses perbaikan sifat karet, terutama kekuatan dan
keelastisitasannya. Sifat karet akan lebih baik setelah vulkanisasi terjadi karena
adanya perubahan pada struktur molekul polimer karet yaitu terbentuknya
ikatan silang antar rantai polimer karet oleh atom-atom belerang. Adanya ikatan
ini membuat molekul polimer karet menjadi tidak bergerak bebas lagi. Ini artinya
karet berubah jadi lebih kaku atau kekuatan dan keelastisitasannya bertambah.
Selama proses vulkanisasi terjadi perubahan sifat kompon karet yang plastis
menjadi elastis dengan cara pembentukan ikatan silang didalam struktur
molekulnya.
Gambar 2.1. Rantai penyusun karet
Keterangan:
a. Dua rantai polimer karet (poli-isoprena) yang belum membentuk ikatan silang
b. Dua rantai polimer karet (poli-isoprena) yang sudah membentuk ikatan silang
atau jembatan oleh atom belerang
Sistem vulkanisasi sangat mempengaruhi sifat fisik dan sifat pengusangan
barang karet. Mutu produk karet yang baik yang dapat memenuhi spesifikasi yang
diisyaratkan dapat dihasilkan dengan mempelajari dan menggunakan sistem
vulkanisasi yang tepat. Karakteristik vulkanisasi memberikan informasi mengenai
waktu pravulkanisasi, waktu pemasangan, laju vulkanisasi dan modulus torsi
untuk sistem vulkanisasi yang diberikan pada suhu pemasakan yang diinginkan.
3
Meskipun dalam beberapa hal, kadar bahan yang terlibat langsung dalam
proses vulkanisasi tidak lebih dari 0,5-5% berat keseluruhan pencampuran,
vulkanisasi menjadi kunci keseluruhan teknologi karet. Dan proses vulkanisasi
memegang peranan yang sangat penting dalam pembentukan sifat fisik dan sifat
kimia yang diinginkan. Dalam proses vulkanisasi ini sifat karet yang pada
awalnya plastis berubah menjadi elastis, mantap dan kuat dengan cara
menambahkan sejumlah aditif (bahan tambahan) dalam vulkanisasi elastomer.
Pembentukan ikatan silang belerang antara belerang dan accelerator adalah
sistem vulkanisasi yang paling banyak digunakan dalam industri barang jadi karet.
Sistem yang dipakai untuk membentuk ikatan silang yang dijembatani oleh atom
belerang antara lain sistem donor belerang, sistem konvensional, semi efisien, dan
sistem efisien. Sistem vulkanisasi tanpa belerang adalah dengan uretan, peroksida,
amina, resin khusus, atau iradiasi yang digunakan spesifik untuk elastomer khusus
atau elastomer umum untuk mendapatkan sifat khusus.
Menurut Good Year yang disitasi oleh De Boer (1952) bahwa karet mentah
bila dihangatkan dengan belerang akan dapat memperbaiki sifat-sifat fisis karet.
Tujuan dari proses vulkanisasi adalah untuk mendapatkan karet jadi yang
mempunyai sifat fisis yang baik sehingga menjadi barang yang lebih berguna.
Eurich (1978) mengatakan bahwa proses vulkanisasi adalah membuat bahan
(karet mentah) menjadi elastis. Pada umumnya terjadi pembentukan jaringan
molekul dengan cara kimia dari rantai molekul yang bebas. Molekul karet akan
bereaksi dengan zat kimia yang ditambahkan membentuk jaringan yang stabil
sehingga tak mudah berubah bentuknya.
Abednego (1979) mengatakan bahwa proses vulkanisasi adalah merupakan
reaksi, karena molekul-molekul karet yang mula-mula bebas dan dapat bergerak-
gerak dengan bebas, bereaksi dengan bahan pemvulkanisasi membentuk jaringan
3 dimensi yang mantap. Kompon karet yang pada mulanya lembek, lengket, dan
plastis, setelah divulkanisasi menjadi elastis.
Barron (1947) mengatakan bahwa penambahan belerang sebagai bahan
pemvulkansasi mempunyai pengaruh karet menjadi matang, tensile strength
bertambah tinggi, sukar larut dalam rolveat, dan karet menjadi elastis.
4
Abednego (1979) mengatakan bahwa pada proses vulkanisasi dapat
dilakukan dengan cara :
a. Vulkanisasi dengan pemanasan serta tekanan dalam acuan (moulding).
b. Vulkanisasi dengan uap terbuka (open steam) dalam otoklaf, barang karet yang
dimasukkan dalam mandret atau digantung dalam bak yang berisi talk.
c. Vulkanisasi dengan kain berlapis, kompon karet atau belting secara kontinyu
pada silinder pemisah.
Vulkanisasi dikenal juga dengan istilah “cure” merupakan proses
pengaplikasian tekanan dan panas terhadap campuran elastomer dan bahan kimia
untuk menurunkan plastisitas dan meningkatkan elastisitas, kekuatan, dan
kemantapan. Curing menyebabkan molekul karet yang panjang dan saling terkait
diubah menjadi struktur 3 dimensi melalui pembentukan crosslinking (ikatan
silang) secara kimia. Dalam proses vulkanisasi dipakai bahan kimia yang dapat
bereaksi dengan gugus aktif pada molekul karet untuk membentuk crosslinking
antara molekul. Bahan kimia ini dikenal dengan istilah curing agent.
Gambar 2.2. Reaksi antara poly (isoprene) dengan sulfur membentuk cross-
linked poly (isoprene)
Bahan yang pertama kali dan terutama dipakai untuk vulkanisasi/curing
agent adalah belerang (sulfur). Crosslinking akan terbentuk lebih cepat jika sulfur
dikombinasikan dengan bahan accelerator dan bahan kimia lainnya. Bahan lain
yang dapat dipakai sebagai curing agent untuk menghasilkan karet vulkanisir
dengan membentuk crosslinking sulfur misalnya sulfur donor seperti TMTD
5
(tetramethylthiuram disulfide) atau DTDM (4,4-dithiodimorpholine). Untuk
vulkanisasi karet jenuh dan karet tidak jenuh digunakan peroksida, sedangkan
untuk vulkanisasi kloropren, fluorocarbon, bromobutil, digunakan ZnO dan MgO
(metal oksida).
2.2. Bahan-Bahan Tambahan
Banyak reaksi kimia yang berhubungan dengan vulkanisasi divariasikan,
tetapi hanya melibatkan sedikit atom dari setiap molekul polimer. Definisi dari
vulkanisasi dalam kaitannya dengan sifat fisik karet adalah setiap perlakuan yang
menurunkan laju alir elastomer, meningkatkan tensile strength dan modulus serta
preserve its extensibility. Meskipun vulkanisasi terjadi dengan adanya panas dan
sulfur, proses itu tetap berlangsung secara lambat. Reaksi ini dapat dipercepat
dengan penambahan sejumlah kecil bahan organik atau anorganik yang disebut
akselerator. Untuk mengoptimalkan kerjanya, akselerator membutuhkan bahan
kimia lain yang dikenal sebagai aktivator, yang dapat berfungsi sebagai aktivator
adalah oksida-oksida logam seperti ZnO.
Tabel berikut menguraikan pengaruh penambahan beberapa bahan kimia
yang berperan dalam proses vulkanisasi dan pengaruhnya terhadap waktu
vulkanisasi dalam perkembangan proses vulkanisasi.
Tabel 2.1. Pengaruh bahan kimia terhadap vulkanisasi pada suhu 142oC
No. Formula Komposisi (phr) Waktu vulkanisasi
1Karet alamBelerang
1008
5 jam
2Karet alamBelerangZnO
10085
3 jam
3
Karet alamBelerangZnOThiokarbanilida
100652
2 jam
4
Karet alamBelerangZnOMBTAsam stearat
1003511
20 menit
Sumber : Santo Rubber (2013)
6
Formula 4 merupakan formula dasar vulkanisasi belerang yang dapat
berlangsung cepat terdiri dari karet, belerang sebagai curing agent, MBT sebagai
accelerator, ZnO dan asam stearat sebagai activator. Untuk menghasilkan barang
karet yang terhadap pengusangan perlu penyesuaian sistem vulkanisasi dan
ditambahkan anti oksidan, anti ozon, dsb. Untuk memperkuat sifat fisik dan
menekan biaya pengolahan dengan memperbesar volume dapat ditambahkan
bahan pengisi.
Untuk membuat barang-barang plastik dan karet agar mempunyai sifat-sifat
seperti yang dikehendaki, maka dalam proses pembuatannya selain bahan baku
utama diperlukan juga bahan tambahan atau aditif. Penggunaan bahan tambahan
ini beraneka ragam tergantung pada bahan baku yang digunakan dan mutu produk
yang akan dihasilkan.
2.2.1. Pencepat (accelerator)
Accelerator adalah senyawa-senyawa kimia yang apabila ditambahkan pada
kompon karet sebelum proses vulkanisasi akan mempercepat proses vulkanisasi.
Selain itu, penggunaan accelerator akan mengurangi jumlah bahan
pemvulkanisasi yang digunakan. Accelerator berfungsi untuk membantu
mengontrol waktu dan temperatur pada proses vulkanisasi dan dapat memperbaiki
sifat vulkanisasi karet.
Beberapa jenis bahan pencepat antara lain bahan pencepat organik.
Misalnya, Marcapto Benzhoathizole Disulfida (MBTS), Marcapto Banzhoathizole
(MBT), dan Diphenil Guanidin (DPG), Tetra Metil Thiura Disulfarat (TMTD)
dan bahan pencepat anorganik, misalnya Karbonat, Timah hitam, Magnesium, dan
lain-lan. Gambar 2.3 Menunjukkan beberapa bahan pencepat untuk karet alam.
Gambar 2.3. Beberapa bahan pencepat (accelerator)
7
Keterangan :
(a). Tetra Metil Thiura Disulfarat (TMTD)
(b). Marcapto Banzhoathizole
Abednego (1979) mengatakan bahwa bahan pencepat adalah katalisator
dalam proses vulkanisasi. Beberapa keuntungan yang diperoleh dengan
menggunakan accelerator antara lain :
Penggunaan panas alat dapat dikurangi
Hasil akhir lebih seragam
Dapat digunakan bahan dasar kualitas rendah
Dapat memperbaiki sifat-sifat fisis barang jadinya
Dapat memperbaiki performansi dan kemampuan untuk diberi warna
Meningkatkan daya tahan terhadap aging
Mengurangi kecenderungan untuk memisahkan diri dari permukaan
Sedangkan De Boer (1952) mengatakan bahwa pemberian bahan pencepat
di dalam belerang karet, akan memberikan kebaikan seperti: waktu vulkanisasi
lebih pendek, penggunaan belerang berkurang. Berikut merupakan klasifikasi
bahan pencepat.
Tabel 2.2. Klasifikasi accelerator
No.
Accelerator Modulus Tenstile strength Activity
1 Dithiocarbamate 2
2 Xanthates H H 1
3 Theurans disulfida H H 3
4Mercapto benzo thiarok
L L 6
5 Vulkanol H H 7
6 Aldehyde amine H H 8
7P. Nitroso dimethyl amine
L L 5
8 Echylidene aniline L L 9
9 Aldehyde amonia L L 10
10 Guanidine H H 11
11 Hexa H H 12
8
Keterangan tabel :
H : High (tinggi) L : Low (rendah)Modulus : Daya tahan terhadap kekuatan tarik pada waktu karet
ditarik 200% terhadap panjang mula-mula.Tensile strength : Daya tahan terhadap kekuatan tarik pada waktu karet
putus.Activity : Urutan aktivitas bahan pencepat, makin tinggi nilainya
makin bagus aktivitasnya.
Bahan pencepat yang digunakan dapat berupa satu atau kombinasi dari dua
atau lebih jenis pencepat. Berdasarkan fungsinya bahan pencepat dapat dibedakan
menjadi bahan pencepat primer dan bahan pencepat sekunder.
Gambar 2.4. Skema klasifikasi accelerator berdasarkan fungsi
Keterangan bagan :
Accelerator primer
Thiazol (semi cepat), contoh : MBT, MBTS
Sulfenamida (cepat-ditunda), contoh : CBS
Accelerator sekunder
Guanidine (sedang), contoh : DPG, DOTG
Thiuram (sangat cepat), contoh : TMT, TMTD
Dithiokrabamat (sangat cepat), contoh : ZDC, ZDMC
Dithiofosfat (cepat),contoh : ZBPP
9
2.2.2. Aktivator
Keberadaan oksida logam atau garam dari kalsium, seng atau magnesium
diperlukan untuk mencapai efek penuh dari hampir semua jenis akselerator.
Kelarutan dari bahan sangat penting. Oleh karena itu, oksida-oksida logam banyak
digunakan bersama asam organik seperti asam stearat atau sabun dari logam yang
digunakan (stearat, laurat). Disamping kebutuhan akan aktivator, dengan
akselerator seperti merkaptobenzotiazol, adanya oksida logam menjadi sangat
penting dalam menentukan jenis reaksi ikatan silang yang terjadi. Ikatan yang
terbentuk adalah jembatan ion yang kuat yang terbentuk ketika vulkanisasi.
2.2.3. Penstabil (Stabillizer)
Stabilizer berfungsi untuk mempertahankan produk plastik dari kerusakan,
baik selama proses, dalam penyimpanan maupun aplikasi produk. Ada 3 jenis
bahan penstabil yaitu: penstabil panas (heat stabilizer), penstabil terhadap sinar
ultra violet (UV Stabilizer) dan antioksidan.
UV stabilizer
UV stabilizer berfungsi mencegah kerusakan barang plastik akibat pengaruh
sinar matahari. Hal ini dikarenakan sinar matahari mengandung sinar ultra violet
dengan panjang gelombang 3000 – 4000 A yang mampu memecah sebagian besar
senyawa kimia terutama senyawa organik.
Antioksidan (Antioxidan)
Antioksidan adalah molekul yang mampu memperlambat ataupun mencegah
oksidasi molekul lain, seperti udara (O2), sinar matahari, dan ozon. Oksidasi
merupakan suatu reaksi kimia yang mentransfer elektron dari satu zat ke
oksidator. Reaksi oksidasi dapat menghasilkan radikal bebas dan memicu reaksi
rantai, menyebabkan kerusakan sel tubuh. Antioksidan menghentikan reaksi
berantai dengan melengkapi kekurangan elektron yang dimiliki radikal bebas dan
menghambat reaksi oksidasi lainnya dengan sendirinya teroksidasi. Oleh karena
itu, antioksidan sering kali merupakan reduktor seperti senyawa tiol, askorbat
ataupun polifenol.
10
Model pengisian ruang antioksidan dan glutasion. Bola kuning merupakan
atom sulfur yang memberikan aktivitas antioksidan, manakala bola merah, biru,
putih, dan kelabu mewakili atom oksigen, nitrogen, hidrogen, dan karbon secara
berturut-turut.
Gambar 2.5. Model pengisian ruang antioksidan glutasion
Bahan yang digunakan sebagai antioksidan pada karet alam adalah sunproof
dan wingstay L. Fungsi bahan ini adalah untuk melindungi benang karet dari
kerusakan karena pengaruh oksigen maupun ozon yang terdapat di dalam udara.
Bahan kimia ini biasanya juga tahan terhadap pengaruh ion-ion tembaga, besi dan
mangan.
Bahan antioksidan adalah bahan yang digunakan untuk mengurangi proses
oksidasi pada vulkanisat. Antioksidan dapat memperlambat pengerusakan pada
produk barang jadi karet. Penambahan bahan antioksidan diperlukan karena kadar
antioksidan alam dari karet cukup rendah, akibatnya dapat menyebabkan karet
mudah lengket, keras, retak-retak dan rapuh. Proses oksidasi dapat terjadi karena
panas, radiasi, ozon, oksigen, cuaca dan sebagainya. Antioksidan berfungsi
mencegah atau mengurangi kerusakan produk plastik karena pengaruh oksidasi
yang dapat menyebabkan pemutusan rantai polimer.
Pemakaian anti oksidan harus memenuhi beberapa syarat, antara lain :
Mudah terdispersi pada seluruh bagian karet
Inert terhadap hasil-hasil vulkanisasi pada setiap jenis tegangan
Tidak mempunyai pengaruh terhadap warna hasil vulkanisasi
Contoh bahan anti oksidan adalah :
Waxes, dipakai terutama untuk mencegah proses aging yang disebabkan oleh
sinar matahari dan ozon.
11
Phenol, baik digunakan untuk mencegah proses aging yang disebabkan oleh
flexing.
Butilated Hidroksi Toluen (BHT) dan Phenil-Beta-Naphthyl-amine (PBN).
Tanda-tanda yang terlihat apabila produk plastik rusak adalah sebagai
berikut.
Polimer menjadi rapuh
Kecepatan alir polimer tidak stabil dan cenderung menjadi lebih tinggi
Sifat kuat tariknya berkurang
Terjadi retak-retak pada permukaan produk
Terjadi perubahan warna
2.2.4. Inisiator
Inisiator sering digunakan untuk membentuk radikal bebas. Sebagian besar
polimer sintetik dihasilkan melalui proses polimerisasi reaksi rantai yang sering
disebut polimerisasi adisi. Inisiator organik seperti benzoil peroksida banyak
digunakan sebagai perekat yang bagiannya sama dari suatu inisiator dan suatu
cairan seperti dibutil flatat. Peroksida organik mudah diuraikan dan dapat
dipercepat dengan pemanasan. Penambahan dalam jumlah sedikit dari amina
tersier seperti : C6H6N(CH2)2 atau N,N-dimetil aniline atau dengan garam-garam
organik dari logam-logam kuat seperti kobal naphthenat.
2.2.5. Bahan Pengisi (filler)
Bahan pengisi adalah bahan yang berfungsi untuk mengubah atau
memperbaiki sifat fisis barang jadi karet, seperti daya tahan terhadap gesekan,
irisan, dll.
Klasifikasi filler berdasarkan fungsinya
Gambar 2.6. Skema klasifikasi filler berdasarkan fungsi
12
Keterangan bagan :
Reinforcing filler : filler yang selain berfungsi sebagai pengisi juga akan
berpengaruh terhadap sifat-sifat fisis karet dan akan menambah kekuatan tarik,
daya tahan terhadap gesekan, dll.
Contoh : carbon black, ZnO, magnesium karbonat
Inert filler : filler yang hanya berfungsi sebagai penambah volume saja.
Contoh : CaCO3, kaolin, BaSO4
Vulkanisat dengan komposisi karet, sulfur, akselerator, aktivator dan asam
organik relatif bersifat lembut. Nilainya dalam industri modern pun relatif rendah.
Untuk memperbaiki nilai di industri perlu ditambahkan bahan pengisi.
Penambahan ini meningkatkan sifat-sifat mekanik seperti tensile strength,
stiffness, tear resistance, dan abrasion resistance. Bahan yang ditambahkan
disebut reinforcing fillers dan perbaikan yang ditimbulkan disebut reinforcement.
Hanya sedikit bahan pengisi yang bersifat memperbaiki satu atau dua sifat karet
alam. Sementara yang lainnya melemahkan vulkanisat pada satu atau dua sifat.
Bahan tersebut dikenal sebagai inert fillers.
Kemampuan filler untuk memperbaiki sifat vulkanisat dipengaruhi oleh sifat
alami filler, tipe elastomer dan jumlah filler yang digunakan. Komposisi kimia
dari filler menentukan kemampuan kerja dari filler. Karbon hitam adalah filler
yang paling efisien meskipun ukuran partikel, kondisi permukaan dan sifat lain
dapat dikombinasikan secara luas. Sifat elastomer juga turut menentukan daya
kerja dari filler. Bahan yang baik untuk memperbaiki sifat karet tertentu, belum
tentu bekerja sama baiknya untuk jenis karet lain. Peningkatan jumlah filler
menyebabkan perbaikan sifat vulkanisat. Karbon hitam adalah satu-satunya bahan
murah yang dapat memperbaiki ketiga sifat penting vulkanisat yaitu tensile
strength, tear resistance dan abrasion resistance.
2.2.6. Bahan pelunak (softener)
Adalah bahan yang berfungsi untuk melunakkan karet mentah agar mudah
diolah menjadi kompon karet. Karet yang diberi bahan pelunak bisa menjadi
empuk. Penambahan bahan pengisi yang cukup banyak perlu diimbangi dengan
penambahan bahan ini. Bahan pelunak yang banyak digunakan antara lain minyak
13
naftenik, minyak nabati, minyak aromatik, terpinus, lilin parafin, faktis, damar,
dan bitumen.
2.2.7. Bahan kimia tambahan lainnya
Bahan ini ditambahkan ke dalam kompon karet dengan tujuan tertentu dan
sesuai dengan kebutuhan, misalkan :
Bahan pewarna
Bahan penghambat (inhibitor)
Bahan pewangi
Bahan peniup (blowing agent)
Bahan bantu olah (homogenizer, peptizer, senyawa pendispersi, tackifier, dsb)
2.3. Mekanisme Vulkanisasi Belerang
Berdasarkan penelitian Shelee, Moore, Bateman, dll, mekanisme vulkanisasi
belerang dapat ditunjukkan seperti gambar berikut.
Gambar 2.7. Mekanisme vulkanisasi belerang
Pada awal reaksi terjadi pemutusan lingkaran S8 dan terbentuk zat perantara
berbentuk kompleks pengaktif belerang yang melibatkan bahan pencepat dan
ZnO. Zat perantara melepaskan rantai belerang oligomer yang reaktif dan
oligomer tersebut menyerang posisi atom C asiklik pada molekul karet dan
membentuk ikatan silang. Selama pemanasan yang relatif lama pada proses
pemasakan, ikatan polisulfida akan putus dan membentuk ikatan silang yang lebih
14
pendek. Sebagai akibatnya monomolekuler belerang yang putus membentuk
ikatan silang yang baru atau ikatan intermolecular sepanjang molekul karet.
Terbentuknya ikatan belerang intermolecular menyebabkan berkurangnya ikatan
silang dan peristiwa ini disebut reverse.
Gambar 2.8. Struktur silang dan ikatan intermolekuler pada vulkanisat karet
Keterangan :
S1 : monosulfida
S2 : disulfide
Sx : polisulfida (x ≥ 3)
1 : gugus pencepat
2 : ikatan belerang intermolekuler
2.3.1. Tahap pertama: pembentukan spesi peng-sulfur aktif
Pemanasan MBS pada temperatur vulkanisasi berkisar antara 140°-180°C,
menyebabkan ikatan S-N dalam accelerator terdisosiasi, membebaskan amina
bebas dan 2-mercaptobenzothiazole (MBT). MBT bereaksi dengan benzothiazole-
sulfenamide (MBS) menghasilkan MBTS. Reaksinya adalah sebagai berikut.
Gambar 2.9. Reaksi pembentukan MTBS
15
Kemudian ZnO siap membentuk kompleks Zn(SBt)2 dengan MBT selama
pemanasan. Reaksinya berikut ini.
Gambar 2.10. Reaksi pembentukan kompleks Zn(SBt)2
Kompleks Zn-akselerator mengaktifkan sulfur dengan bantuan amina bebas
yang terbentuk di tahap awal vulkanisasi. Sehingga satu atom sulfur pada
kompleks Zn-akselerator melakukan penyerangan nukleofilik pada cincin S8.
Gambar 2.11. Reaksi penyerangan nukleofilik pada cincin S8
Akan tetapi selama pemanasan, reaksi serupa tidak terjadi antara ZnO
dengan MBTS.
Gambar 2.12. Tidak terjadinya reaksi antara MBTS dengan ZnO
Bt-SS-Bt (MBTS) mungkin terpecah menjadi dua radikal Bt-S•,. Karena
dekatnya sepasang radikal BtS• dan adanya belerang dalam konsentrasi tinggi
selama tahap awal vulkanisasi, itu lebih memungkinkan bahwa pasangan radikal
BtS• awalnya mengambil sulfur dan membentuk spesi seperti BtS-Sx-SBt.
2.3.2. Tahap Kedua: Pembentukan crosslink
Reaksi pembentukan crosslink diinisiasi oleh akselerator polisulfida BtS-
Sx-SBt dan BtS-Zn-Sx-SBt. Crosslink dibentuk melalui prekursor crosslink, yang
merupakan intermediet ikatan karet. Prekursor crosslink dibentuk ketika
akselerator polysulfida bereaksi dengan rantai karet, menghasilkan struktur RSx-
16
SBt yang terdiri dari akselerator yang diakhiri gugus polisulfida yang berikatan
dengan molekul karet (R).
Untuk akselerator polisulfida BtS-Sx-SBt, mekanisme pembentukan
prekursor crosslink dijelaskan melalui mekanisme radikal seperti di bawah ini:
Untuk akselerator polisulfida BtS-Zn-Sx-SBt, mekanisme pembentukan
prekursor crosslink dijelaskan melalui mekanisme kepolaran.
Crosslink dapat dibentuk melalui reaksi disproporsionasi dua gugus
prekursor yang melibatkan pertukaran tempat ikatan S-S yang dikatalisis oleh BtS ,
atau semacam ion persulfenyl, khususnya :
Selain itu, reaksi disproporsionasi juga dapat terjadi dengan melibatkan
reaksi antara molekul prekursor dan molekul karet.
17
2.3.3. Tahap Ketiga
Crosslink yang terbentuk diawal biasanya polisulfida dengan kadar sulfur
tinggi, yang kemudian dapat mengalami dua reaksi yang saling berkompetisi :
a. Crosslink Desulfuration
Desulfurasi Crosslink, yang melibatkan penataan ulang crosslink polysulfida
menjadi crosslink mono- dan disulfida. Desulfurasi melibatkan pelepasan sulfur
dari crosslink polysulfida yang lebih panjang dan memicu pembentukan crosslink
di- dan monosulfida yang lebih stabil. Sulfur yang dilepaskan dari crosslink
digunakan kembali untuk proses vulkanisasi untuk memproduksi crosslinks
tambahan.
Gambar 2.13. Proses vulkanisasi untuk memproduksi crosslinks tambahan.
Crosslink polisulfida dapat terdegradasi hingga habis “dead-ends” dan mengalami
modifikasi rantai utama, yang mengakibatkan pengurangan crosslink, dengan kata
lain, yaitu reversi.
b. Dekomposisi crosslink
Dekomposisi/degradasi crosslink dimana crosslink polisulfida terdegradasi
menjadi sulfida siklik yang tidak elastis, modifikasi rantai utama atau inactive
pendant groups. Dekomposisi Crosslink diinduksi secara termal, biasanya pada
kenaikan temperatur, dan mekanisme dekomposisi mungkin radikal, polar, atau
kombinasi keduanya. Dekomposisi crosslink polisulfida bergantung pada energi
pemutusan ikatan dan laju reaksi. Polisulfida dengan panjang rantai S lebih dari 4,
paling mudah dirusak (putus) karena energi disosiasi ikatannya yang rendah
18
sekitar 150 kJ/mol. Pembentukan radikal di- dan tri-sulfida lebih sulit karena
melibatkan energi disosiasi ikatan yang lebih tinggi, masing-masing 289 dan 193
kJ/mol.
Crosslink monosulfida Crosslink polisulfida
Gambar 2.14. Contoh reaksi pembentukan crosslink
19
BAB IIIKESIMPULAN
Dari penjelasan rumusan masalah tersebut, dapat disimpulkan bahwa:
1. Vulkanisasi adalah proses perbaikan sifat karet, terutama kekuatan dan
keelastisitasannya. Sifat karet yang lebih baik setelah vulkanisasi terjadi
karena adanya perubahan pada struktur molekul polimer karet yaitu
terbentuknya ikatan silang antar rantai polimer karet oleh atom-atom belerang.
2. Meskipun vulkanisasi terjadi dengan adanya panas dan sulfur, proses itu tetap
berlangsung secara lambat. Reaksi ini dapat dipercepat dengan penambahan
sejumlah kecil bahan organik atau anorganik yang disebut akselerator. Untuk
mengoptimalkan kerjanya, akselerator membutuhkan bahan kimia lain yang
dikenal sebagai aktivator, yang dapat berfungsi sebagai aktivator adalah
oksida-oksida logam seperti ZnO.
3. Dalam mekanisme reaksinya, proses vulkanisasi dibagi atas 3 tahap, yaitu:
Pembentukan spesi peng-sulfur aktif,
Pembentukan crosslink, dan
Pembentukan jaringan crosslink akhir.
20