Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1996

KESTABILAN TERMAL KOPOLIMER KARETALAM METIL MET AKRILA T 1

Auring

Rachminisari 2 , Evy Hertinvyana 2 , Marga Utama 3

ABSTRAKKESTABILAN TERMAL KOPOLIMER KARET ALAM METIL METAKRILAT. Karet alam sebelum daD

sesudah kopolimerisasi radiasi dengan metil metakrilat pada kadar 50.70 daD 100 psk (perseratus bagian berat karet ) .telahdipelajari kestabilan terrnalnya dengan menggunakan metoda DTA -TG. Pemanasan dilakukan pada temperatur 30 °C sampai500 °C dengan kecepatan pemanasan 5 .10.20. daD 30° C per menit. Parameter yang diamati adalah suhu puncak dekomposisi(Tm). energi aktivasi (E.) dan waktu setengah umur (Tin) kopolimer karet alam metil metakrilat. Temyata dengan naiknyakecepatan pemanasan suhu puncak dikomposisi terrnal meningkat. Sementara dengan naiknya kadar MMA energi aktivasikopolimer karet alam MMA juga meningkat. Ada kecenderungan waktu setengah umur kopolimer karet alam MMA makin besardengan naiknya kadar MMA. Pada kopolimer karet alam yang berkadar 100 psk waktu setengah umumya lebih besar dari padakaret alamo dengan kata lain kopolimer karet alam MMA yang berkadar 100 psk lebih stabil dari pada karet alam .

ABSTRACTTHERMAL STABILITY OF NATURAL RUBBER METHYL METACRYLAT COPOLYMER. ThennaI

stability of natural rubber in a condition after and before copolymerisation radiation, with metil metacrylat at concentration of50.70, and 100 pbr, have been studied through DTA-TG methode. Heating treatment have been done at temperature range of 30-700 °C with heating rate of 5, 10,20 and 30 °C/rninute. Decomposition temperature peak (Tm>. activation energy (E.) and halflife (TI/2 ) are some parameters of copolymer natural rubber metil mecrylat that have been researched. lnfact, increament ofheating rate will increase the decomposition temperature of sample. Therefore within additional of MMA concentrate will affectto increase of activation energi MMA of natural rubber copolymer. The results shows that half life (TI/2) copolymer naturalrubber MMA with concentration of 100 pbr is greater than half life (TI/2) of natural rubber. With other word, copolymer naturalrubber MMA. with concentration of 100 pbr, is more stable than natural rubber

(Termogravimetri). Untuk menentukanparameter kinetik degradasi tennal digunakanteori FL YN clan OSA W A .Menurut FL YN padakonversi tertentu grafik In 13 terhadap Iff akan

berupa garis Iurus, dengan 13 menyatakankecepatan kenaikan suhu pada analisistermogravimetri (TG) clan T adalah temperatur.Kemiringan garis dinyatakan oleh EJR, Eaadalah energi aktivasi degradasi termal clan Rtetapan gas umum. Dengan tehnik ini, hargaenergi aktivasi ditentukan dari kemiringangrafik In 13 terhadap Iff, sementara waktuparuh dihitung meIaIui persamaan sbb :

Tin = A-I In [100/100 -C]exp[Ea/RTm] (I)

T 1/2 : adalah waktu setengah umur dinyatakandalam satu~ menit

A : adalah faktor eksponensial dan Cmenyatakan tingkat konversi.

Harga A dapat dihitung melalui persamaan

A= Ea I RTm] exp [Ea I RTm ] (2)

BAHAN DAN METODABAHAN. Karet aIam Polimetil

metakrilat daD 3 macam kopolimer karet aIammetil metakrilat dengan kadar 50,75, daD 100psk, yang dibuat dengan kopolimerisasi radiasi ,masing-masing dengan kode KAM33 , KAM43daD KAM50, diuji kestabilan termalnya. GasUHP daD Helium dengan kemurnian 99,999%

PENDAHULUANStudi proses kopolimerisasi karet alam

dengan bermacam-macam monomer secararadiasi telah banyak dikerjakan, tetapimengenai kestabilan termalnya belum banyakdipelajari (1). Kestabilan termal kopolimerkaret alam mempunyai peranan penting, yaituuntuk mengetahui ketahanan suatu bahanterhadap kerusakan karena panas. Disini akandipelajari kestabilan termal dari kopolimerkaret alam metil metakrilat. Bahan ini terbuatdari lateks karet alam yang dicampur denganmonomer metil metakrilat. Komposisicampuran dibuat dalam 3 variasi, yaitu 50 psk,75 psk, clan 100 psk (perseratus bagian karet).Untuk mempermudah bahan-bahan tersebutdiberi kode: KAM33, KAM43 clan KAM50.Dari ke tiga bahan tersebut akan diketahuibahan mana yang mempunyai kestabilan termalyang terbaik. Bahan-bahan tersebut kemudiandiradiasi dengan sinar y CO-60 dengan dosisradiasi sebesar 5 Kgy. Setelah itu bahantersebut dibuat menjadi film karet. Dalambentuk film karet bahan tersebut siap untukdikarakterisasi termalnya. Parameter untukmengetahui kestabilan termal bahan antara lainialah energi aktivasi clan waktu setengah umurbahan tersebut (2).

Pengamatan sifat-sifat termalkopolimer karet alam metil metakrilat dilakukandengan menggunakan alat ST A ( SimultaneusThermal Analysis), dengan metoda DTA(Diferinsial Termal Analisis) -TG

1. Dipresentasikan pada Seminar Ilmiah PPSM 19962. Pusat Penelitian Sains Materi BATAN, Serpong3. Pusat Aplikasi Isotop Radiasi BATAN, Jakarta

266

semakin tinggi pula suhu puncakendotermiknya. Semakin rendah kecepatanpemanasan berarti semakin lama bahan terse butmengalami pemanasan akan mendapatkan basilyang lebih teliti. Jadi dapat dikatakan bahwakopolimer karet alam sangat sensitif terhadappanas.

Gambar 2. menunjukkan termogramDT A- TG karet alam. Pada termogram tersebutdapat diketahui suhu dekomposisi karet alamdengan kecepatan pemanasan yang berbeda-hecla. Dari termogram TG dengan kecepatanpemanasan yang berbeda-beda dapat dihitungenergi aktivasi clan waktu setengah umur karetalam. Besarnya energi aktivasi rata-rata karetwarn ialah 54,61 kkaVmol, sedangkan waktusetengah umurnya ialah 1,36 X 1021 menit.

digunakan untuk atrnosflr selama alat tersebutberoperasi, sedang cawan aluminium 100mikron digunakan sebagai tempat contoh .

ALA T. Seperangkat alat SimultaneusThermal Analysis ( ST A ) SET ARAM TAG24S (DTA-TG) yang dilengkapi dengan tabunggas berisi gas Ar clan He , neraca analitik clan

peralatan gelas.METODA. Sekitar 20 mg contoh

kopolimer karet alam metil metakrilatdimasukkan ke dalam cawan, selanjutnyadimasukkan ke dalarn ruang pemanas.Pemanasan dilakukan dengan kecepatan 5 , 10 ,20 , clan 30 °C/menit. Kemudian diamati suhuendotermik I eksotermik, clan denganmenggunakan data TG pada kecepatanpemanasan berbeda maka dapat dihitung energiaktivasi ( Ea ) clan waktu setengah umur (T 1/2 ).

HASIL DAN PEMBAHASANTermogram DTA -TG polimetil

metakrilat (PMJ\.:IA) yang beredar dipasar danyang dibuat dengan tehnik polimerisasi radiasi,dalam bentuk emulsi, disajikan pada Gambar 1a dan 1 b. Kedua gambar ini menunjukkanbahwa nilai suhu puncak endotermik PMMAyang diolah dengan tehnik polimerisasi sedikitlebih rendah daripada PMMA yang beredardipasar, yaitu pada pemanasan 30°C, masing-masing bemilai 378,5 dan 384,30 °C.

~~;;~~~

,\~

-,, ,..,.--, ..,_.

~,\ \ '0' 1,.-, ,~ ~~~=~ "':-~""o' I

Oarnbar 2 b. Termograrn TO karet alarn

Termogram DT A- TG Kopolimer -MMAdengan berbagai kadar MMA disajikan padaGambar 3 , 4 dan 5. Ada kecenderungan bahwasuhu endotermik pada kopolimer karet alamMMA lebih tinggi dibandingkan denganPMMA saja. Hal ini terjadi karena kopolimerkaret alam MMA terdiri daTi 4 fraksi yaitu karetalam, karet alam berikatan silang, kopolimerkaret alam MMA, dan homopolimer PMMA(4). Dari gambar-gambar tersebut juga dapatdievaluasi bahwa suhu endotermik adalahantara 150 -250 DC. Hal ini menunjukkanadanya titik lunak, bahkan pada kopolimer karetalam MMA berkadar 100 psk MMA, adatanda-tanda titik leleh yaitu kurva endotermik

't". - 0

..-,..-I

-to

..,"

I. ,

I ..,.,..,..I.u .'I...',-" ". 'I..."

.,. '" 'I ,- ,... ,to...,

...1- ~ ~ .~ 8!0 8!0 8!0

v~

Gambar 1 b. Tennogram DT A PMMA radiasi

Perbedaan ini disebabkan pengolahannyaberbeda. Dari gambar tersebut terlihat pulabahwa semakin tinggi kecepatan pemanasan

267

yang tajam. Apabila hat ini benar, makakopolimer karet alam MMA merupakantermoplastik .

-,,.-.,.,.-.'.B'_',

...

.....

..oM,.. ~ -."-Tl.',

Gambar 5 b. Termogram TG KAM50

Disamping itu terlihat pula bahwa dengannaiknya kecepatan pemanasan, suhu puncakdekomposisi termal (T m) meningkat (Tabel 1),rnisalnya untuk kopolimer kode KAM 33 padakecepatan 5 °C/menit suhu dekomposisi termal= 364,87 °C meningkat menjadi 371 ,57°C padakecepatan 30 °C/menit.

Nilai energi aktivasi baik karet alam,poli MMA maupun kopolimer karet alam MMAdisajikan pada Tabel 2. Temyata nilai energiaktivasi maksimum pada karet alam terjadi padakonversi 40 %, PMMA 70 %, sedangkan padakopolimer berkode KAM 33, KAM 43 daDKAM 50 masing-masing pada konversi 50,70daD 70 %, dengan nilai energi aktivasi masing-masing 79,17; 49,53; 37,29; 69,40 daD 113,86kkal. Perbedaan ini diduga karena komposisimasing-masing polimer tersebut berbeda (4).Data tersebut juga menunjukkan bahwakopolimer karet alam MMA yang berkadar 100psk nilai energi aktivasinya lebih besar datipada karet alam atau poli MMA .

Gambar 4 a. Termogram DT A KAM43

268

TABEL 2. Energi Aktivasi Karet Alam, Kopolimer Karet Alam MMA Berkadar50,75,100 Psk Dan Poli MMA.

1

m osisi MMA

0

SO75100100

~~

~M43M50

PMMA

KA1001001001000

~

~~

~22,~

~~

~~44,16

62,3236,0745,53

71,1844,01

~

~~~44,95

~~

~~

44.45

~

~~~

48,44

~~~!!M-_~3

J!!.~4

I 54.61 I

44,67

Waktu setengah umur ( T 1/2 ) clanenergi aktivasi pada konversi 50 % disajikanpada Tabel 3. Dari tabel inipun menunjukkanbahwa energi aktivasi karet alam lebih rendahdari pada kopolimer karet alam-MMA yangberkadar MMA 100 psk. Ada kecenderunganbahwa waktu setengah umur ( T 1/2 ) kopolimerkaret alam MMA semakin besar denganmeningkatnya kadar MMA, daD pada kopolimerkaret alam MMA yang berkadar 100 psk waktusetengah umurnya lebih besar daripada karetalam Hal ini mencirikan bahwa kopolimer karetalam yang berkadar 100 psk lebih stabilterhadap kerusakan karena panas dari padakopolimer karet alam yang berkadar dibawah75 psk, maupun terhadap karet alamo Jadikopolimer karet alam MMA yang berkadar 100psk mempunyai kestabilan termal yang terbaikdibandingkan dengan yang lainnya. Disampingitu ada kecenderungan bahwa kopolimer karet

alam MMA mempunyai titik lunak pada suhuantara 170 -1900 c.

KESIMPULANDari uraian tersebut dapat disimpulkan

bahwa suhu puncak dekomposisi termal (T m)

meningkat dengan naiknya kecepatan suhupemanasan. Ada kecenderungan bahwakopolimer karet alam MMA yang berkadarMMA dibawah 75 psk (perseratus bagian karet)mempunyai energi aktivasi (EJ dan waktusetengah umur (T 1/2 ) yang lebih rendah daTipada karet alam atau PMMA, tetapi padakopolimer karet alam MMA yang berkadar 100psk justru sebaliknya, baik energi aktivasi (EJmaupun waktu setengah umur (T 1/2 )lebihtinggi daTi pada karet alam atau PMMA. Jadikopolimer karet alam yang berkadar 100 pskmempunyai kestabilan termal yang terbaikdibandingkan dengan karet alam atau PMMA.

T ABEL 3. Energi Aktivasi (E.) Dan Perkiraan Waktu Setengah Umur Karet Alam (TIn>Kopolimer Karet Alam Dan Poli MMA Pada Konversi 50% daD Suhu 303 K

Kom~os~-~

W~_setengah umurKodeK.A.

KAM33KAM43KAM50PMMA

K.A.1001001001000

MMA05075

100100

EakkaVmol

67,3737,2960,4390.5044.45

..(.,~~}:.wenit1,36XIO

~~~~-M~~~

~~~~~1.O7XIO

MBI daD BTK yang telah berkenan memberibantuan baik berupa pemikiran maupun fasilitassehingga penelitian ini dapat dilaksanakan.

UCAPAN TERIMA KASIHTerima kasih kami sampaikan kepada :

Kepala PPSM-BATAN DR.Wuryanto, Kepalabidang MBI Drs. Syahfandi Ahda, Kepala Balai

Teknokimia Dra.Rukihati SU daD seluruh stat

269

DISKUSITatun B.N.:Mengapa naiknya kadar MMA, mengakibatkanenergiaktivasi kopolimer karet alarn MMA jugameningkat ?

Auring:Dengan naiknya kadar MMA, energi aktivasikopolimer karet alarn MMA juga meningkat.Hal ini disebabkan karena semakin banyaknyaMMA, akan semakin besar pula energi yangdibutuhkan untuk memutuskan fraksi-fraksiyang terdapat pada kopolimer karet alarn metilmetakrilat, yaitu fraksi karet alarn berikatansilang, kopolimer karet alarn MMA, karet alarnclan kopolimer PMMA.

DAFfARPUSTAKA1. F. SUNDARI, KADARIJAH: " Sifat

tennal kopo1imer tempel karet alamstirene dan karet alam nBA " ,Risalah

Seminar Nasional Proses Radiasi, PAIR-BAT AN, Jakarta (1986).

2. E.A. TURI : "Thermal characterization ofpolimeric materials", Academic Press,Inc London ( 1981 ).

3. NISHIZAKI, H., YOSffiOA K., andWONG, J.H: ., comparative study of

varios methods for thennografimetrianalysis of poly-styren degradation", J.Appl. Polym Sci., XXV (1980)

4. A. CHARLESBY: "Atomic radiation andpo1imers ", Pergamon Press, New York(1960).

270