vulkanisasi sulfur

Upload: muhammad-ali-syifa

Post on 16-Jul-2015

330 views

Category:

Documents


8 download

TRANSCRIPT

Kurniyasari

Karet alam (natural rubber) merupakan air getah dari tumbuhan Hevea brasiliensis, yang merupakan polimer alam dengan monomer isoprena,Karet alam memiliki daya elastis atau daya lenting yang sempurna, memiliki plastisitas yang baik, tidak mudah panas dan memiliki daya tahan yang tinggi terhadap keretakan. Untuk mengubah sifat fisik dari karet dilakukan proses vulkanisasi.

Mengetahui pengaruh dosis penggunaan sulfur pada compound dalam proses vulkanisasi.Mengetahui komposisi dan kondisi optimum untuk mendapatkan proses vulkanisasi yang lebih baik pada Natural Rubber.

Vulkanisasi Vulkanisasi adalah suatu reaksi kimia yang menyebabkan molekul karet yang linier mengalami reaksi sambung silang (crosslinking) sehingga menjadi molekul polimer yang membentuk rangkaian tiga dimensi.

Perantara vulkanisasi tersebut sebagian besar sulfur, atau peroksida dan kadang-kadang perantara vulkanisasi khusus lainnya.

Jenis-jenis vulkanisasi dengan sulfur : High sulfur system (conventional vulcanization)polysulfide (C-Sx-C, x>2) Semi efficient vulc. (semi-EV)disulfide (C-S-S-C) Very low sulfur & sulfurless vulc. (EV)monosulfide (C-S-C) & disulfide dominan

Faktor-faktor yang mempengaruhi pembentukan crosslink perbandingan antara sulfur dan bahan accelerator yang digunakan, Aktivator suhu, dan lamanya waktu vulkanisasi

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 aliklik 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 pendek.

Mekanisme Reaksi

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 reversi

Molekul karet Akselerator : MBS Aktivator: ZnO Vulkanisator: Sulfur

Pemanasan MBS pada temperatur vulkanisasi berkisar antara 140 - 180C, menyebabkan ikatan S-N dalam accelerator terdisosiasi, membebaskan amina bebas dan 2-mercaptobenzothiazole (MBT) MBT bereaksi dengan benzothiazolesulfenamide (MBS)MBTS

Kemudian ZnO siap membentuk kompleks Zn(SBt)2 dengan MBT selama pemanasan,

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.

Akan tetapi selama pemanasan, reaksi serupa tidak terjadi antara ZnO dengan MBTS

Bt-SS-Bt (MBTS) mungkin terpecah menjadi dua radikal BtS,. 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

Reaksi pembentukan crosslink diinisiasi oleh akselerator polysulfida BtS-Sx-SBt dan BtS-ZnSx-SBt. Crosslink dibentuk melalui prekursor crosslink, yang merupakan intermediet ikatan karet. Prekursor crosslink dibentuk ketika akselerator polysulfida bereaksi dengan rantai karet, menghasilkan struktur RSx-SBt yang terdiri dari akselerator yang diakhiri gugus polisulfida yang berikatan dengan molekul karet (R).

Untuk akselerator polysulfida BtS-Sx-SBt, mekanisme pembentukan prekursor crosslink dijelaskan melalui mekanisme radikal seperti di bawah ini:

untuk akselerator polysulfida 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

Crosslink yang terbentuk diawal biasanya polisulfida dengan kadar sulfur tinggi, yang kemudian dapat mengalami dua reaksi yang saling berkompetisi: (i) Desulfurasi Crosslink, yang melibatkan penataan ulang crosslink polysulfida menjadi crosslink mono- dan disulfida yang lebih stabil dan (ii) Dekomposisi/degradasi crosslink dimana crosslink polisulfida terdegradasi menjadi sulfida siklik yang tidak elastis, modifikasi rantai utama atau inactive pendant groups.

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

Crosslink polisulfida dapat terdegradasi hingga habis dead-ends dan mengalami modifikasi rantai utama, yang mengakibatkan pengurangan crosslink, dengan kata lain, yaitu reversi. 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 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

Formulasi Karet NR Variasi Sulfur Dosis 2 phr Dosis 2.5 phr Dosis 3 phr Dosis 3.5 phr Dosis 4 phr Dosis 5 phr Dosis 6 phr

KOMPOSISI JENIS NAMA MATERIAL PHR R F O RUBBER SIR 10 CARBON HAF N-330 IPC IRAN RPO IPOL EX TAIWAN CHEMICAL, ZnO RED 100 40 8 5 GR 1600 640 128 80

SEALCHEMICAL, STEARIC ACID CHEMICAL, ANTIOXIDANT 4010 NA CHEMICAL, V (BO)

1

16

4

64

ANTIOXIDANT TMQCHEMICAL, PARAFINE WAX CHEMICAL, STRUKTOL A 86 CHEMICAL, RUBBER PROTECTIVE WAX CHEMICAL, DEOFLOW A

2

32

0.5

8

0.3

4.8

4 2

64 32

KODE COMPOUND JENIS MATERI AL PHR Chemical, Acelerator TMTD V (SO) 0.1 GR 0.15 PHR 0.1 GR 0.15 PHR 0.1 GR 0.15 PHR 0.1 GR 0.15 A-1504(1) A-1504(2) A-1504(3) A-1504(4)

Chemical,CBS Chemical, Sulfur Powder

1.2

1.8

1.2

1.8

1.2

1.8

1.2

1.8

2

3

2.5

3.75

3

4.5

3.5

5.25

TOTAL SO

3.3

4.95

3.8

5.70

4.3

6.45

4.8

7.20

KODE COMPOUND JENIS MATERIAL A-1504(5) PHR Chemical, Acelerator TMTD V (SO) 0.1 GR 0.15 A-1504(6) PHR 0.1 GR 0.15 A-1504(7) PHR 0.1 GR 0.15

Chemical, CBSChemical, Sulfur Powder

1.24

1.86

1.25

1.87.5

1.26

1.89

TOTAL SO

5.3

7.95

6.8

9.45

7.3

10.95

ORIGINAL (A-1504)70 60 HS (POINT)

ORIGINAL (A-1504) 59 63TB (KG/CM2) 300 250 200232 150

5040 30 20 10 0

47

48

49

55

57

223

240

221 180 168 169

10050 0 1 2 3 4 5

1

2

3

4

5

6

7

6

7

PHR SULFUR

PHR SULFUR

ORIGINAL (A-1504)800 700 600717 500 EB (%) 400 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 7

642

673

646 510 458 407

PHR SULFUR

AGEING AT 100C X 72H (A-1504)0 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 -10

AGEING AT 100C X 72H (A-1504)2 3 4 5 6 7

HS CHANGE (POINT)

97 6 5 6

TB CHANGE (%)

-20 -30-20 -40 -50 -60 -70

-25

-28 -48 -58 -64PHR SULFUR

4

4

1

2

3

4

5

6

7

-80

-68

PHR Sulfur

AGEING AT 100C X 72H (A-1504)0 -10 1-20 -30-18 -40 -50 -60 -70 -80 PHR SULFUR

EB CHANGE (%)

2

3

4

5

6

7

-29

-23 -50 -66 -74 -73

Sulfur berperan dalam pembentukan crosslink, semakin banyak crosslink yang dibentuk, HS vulkanisat meningkat, TB cenderunga naik kemudian turun dan EB cenderung turun Ageing merupakan perubahan material selama masa penyimpanan dalam waktu lama, yang dapat berupa degradasi, kerapuhan, pelunakan, fatigue, dll

Proses vulkanisasi berlangsung dalam tiga tahap yaitu: pembentukan spesi peng-sulfur aktif, pembentukan crosslink awal, dan pembentukan jaringan crosslink akhir. Hardness sejalan dengan nilai tegangan, meningkat dengan meningkatnya densitas crosslink sampai mencapai tingkat kekerasan karet (ebonit). Nilai Tensile Strength akan terus naik sampai mencapai nilai optimumnya kemudian akan turun seiring dengan bertambahnya jumlah (densitas) crosslink yang terbentuk. Nilai Elongation at Break turun seiring bertambahnya jumlah (densitas) crosslink yang terbentuk.

Untuk mendapatkan proses vulkanisasi yang ideal sebaiknya menggunakan sistem efisien, karena sistem efisien menggunakan sulfur paing sedikit, maka akan membentuk struktur ikatan monosulfida yang mayoritas serta menghasilkan tingkat reaksi kimia rantai utama yang rendah. Sistem ini juga meminimalisasi ataupun meniadakan reversi, kecuali pada suhu vulkanisasi yang terlalu tinggi. Selain itu, diperlukan adanya penambahan akselerator dan aktivator untuk meningkatkan efisiensi reaksi pembentukan crosslink selama vulkanisasi berlangsung.Perlu dilakukan eksperimen formula compound terhadap variasi suhu ( 140C - 180C ) dan lamanya waktu vulkanisasi untuk mendapatkan kondisi ( suhu dan lamanya waktu ) vulkanisasi optimum untuk meminimalisasi terjadinya reversi.