PENGARUH ANTIOKSIDANTERHADAP PEMBENTUKAN …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1410-2897-1997-1-240.pdf · oksidan yang baik untuk polietilen dengan urutan sebagai ... suhu dibawah

Prosidin Pertemuan IlmiahSains Materi 1997 ISSN 1410 -2897

PENGARUH ANTIOKSIDANTERHADAP PEMBENTUKANIKATAN SILANG DALAM POLIETILEN1

A. Sunami2, G. Trimulyadi2 Marlijanti2 daD M.T. Razzak2

ABSTRAK.PENGARUH PENAMBAHAN ANTI OKSIDAN TERHADAP PEMBENTUKAN IKATAN SILANG DALAM

POLIETILEN. Telah dilakukan penelitian pengaruh penambahan anti oksidan terhadap sifat fisik polimer polietilen berikatan silang.Tujuan daTi penelitian ini adalah untuk mendapatkan komposisi polietilen dengan bahan anti oksidan yang tepat untuk prosespengikatan silang dengan teknik radiasi. Pada Polietilen densitas rendah (LDPE) ditarnbahkan masing masing aditif anti oksidanSanlowhile Powder, Irganox 1010 dan Irganox 1076, sebanyak 0,2, 0,5, dan 1,0 %. Campuran tersebut dicampur denganmenggunakan alat pencampur Laho Plaslomil pada temperatur 1300 C selama 8 menit kemudian dibuat menjadi lembaran film denganketebalan 0,15 mm dengan mempergunakan alat cetak tekan pada temperatur 130 0 C dan tekanan 150 kg/cm2 .Film tersebut

selanjutnya diiradiasi dengan mesin berkas elektron energi 300 keY ,10 mA dengan dosis 100,200, dan 300 kGy. Setelah diiradiasikadar fraksi padatan, sifat mekanik dan uji pengusangan dilakukan secara seksama untuk melihat unjuk kerja aditif anti oksidan. Hasilyang diperoleh menunjukan bahwa penambahan anti oksidan optimal adalah sebanyak 0,2 % dengan dosis radiasi 300 kGy dan antioksidan yang baik untuk polietilen dengan urutan sebagai berikut ; Irganox 1076 lebih baik dibandingkan Irganox 1010 danSantowhite Powder.

ABSTRACTTHE INFLUENCE OF THE THE ANTIOXIDANT ADDITION TO THE CROSSLINKING OF POLYETYLENE.

The influence of addition of antioxidant have been observed. The aim of this experiment was to get the right compositions ofpolyetylene and antioxidant for the crosslinking process by radiation technique. The antioxidant Santowhite powder, Irganox 1010,and irganox 1076 each of 0.2, 0.5 and I % was added respectively to the LDPE. The compound were mixed by laboplastomill at 130-C for 8 minutes and than have made film by hot press machine at 130" C and the pressure of 150 kg! cm2 .The film were irradiated byelectron beam 300 keY, 10 mA and 100,200 and 300 kGy irradiation doses The chemical and the physical properties were measuredsuch as gel fraction, mechanical test and aging test. The result showed that the optimum of addition of antioxidant was 0,2 % at anirradiation dose 300 kGy and the utilization of the Irganox 1076 as antioxidant was better than the utilizations otlrganox 1010 and

Santowhite powder.

KEY WORD:Antioxidant, Cross/inking, Po/yety/ene

PENDAHULUAN

Polietilen merupakan polimer yang palingbanyak digunakan sebagai bahan isolasi kabel (I).Ada beberapa kelebihan yang dimiliki polietilensebagai bahan isolasi kabel diantaranya murah daDmudah didapat, ringan daD tleksibel , mempunyaisifat isolasi listrik yang baik daD yang palingpenting adalah sifat sifatnya dapat dimodifikasikanuntuk tujuan tertentu. Namun bahan isolasi inimasih memiliki kelemahan yaitu peka terhadapoksidasi.Sedang PE mumi tahan terhadapoksidasi,adanya bahan tambahan atau monomeryang ditambahkan pacta PE ,akan terperangkapsehingga teroksidasi. Akibatnya bahan isolasitersebut akan mengalami pelapukan dalam kurunwaktu tertentu. Untuk memcegah proses pelapukanbiasanya diguna-kan zat anti oksidan yang mampumemper-panjang umur polietilen sebagai bahanisolasi kabel. Karena itu penambahan zat antioksidan dalam formulasi kompon polietilen menjadiamat penting.

Antioksidan didefinisikan sebagai zat yangmencegah oksidasi atau menghambat reaksi yangditimbulkan oleh oksigen atau peroksidaAntioksidan umumya molekul polar dan mempunyaikelarutan yang sangat rendah dalam polietilen padasuhu dibawah 800 C dan sebagian akan terdeaktifasiselama proses radiasi.(2)

Pada pene]itian ini te]ah diamati pengaruhtiga macam antioksidan yaitu Santowhite, Irganox]0]0 dan Irganox ]076 ketiganya merupakan namadagang. Santowhite powder dengan nama IUPAC4,4 -buti//idenebis (3-methyl-6-tert-buthyl phenol)banyak digunakan pada industri plastik, Irganox10]0 daD Irganox ]076 dengan nama IUPACPentaerythrityl tetrakis { 3 ( 3.5-di-tert-4-hydroxyphenyl)) propionat don IUPAC [octadecyl-

3- {3 ~ 5' -di(tert-butyl)-4 '-hydroxyphenyl} propionate, digunakan untuk indutri po]io]efin yangmemerlukan kestabi]an panas yang lama, sedangIrganox ]076 digunakan sebagai bahan stabiliseruntuk semuajenis polietilen.

1 Dipresentasikan pada pertemu; IImiah Sains Materi 19972 Pusat Api ikasi Isotop dan Radiasi -BAT AN

240

Pros;d;nJ! Pertemuan /lm;ah Sa;ns Mater; 1997 ISSN 1410 -2897

Penelitian ini mempergunakan mesinberkas elektron yang menghasilkan elektron cepatsebagai sumber radiasi dengan dosis radiasidivariasikan yaitu sebesar 100, 200 d~n 300 kGy.Sifat fisika clan mekanika diuji clan dianalisismenurut ASTM 02655-83. (3) Hasil yang diperoleh

masing masing dibandingkan baik denganmenggunakan zat antioksidan maupun tidakmenggunakan untuk mendapatkan yang terbaik.

BAHAN DAN METODE.

BahanPolimer polietilen densitas rendah (LDPE)

berbentuk pelet dengan nama dagang Malene PFS4020 buatan Polandia. Antioksidan dengan namadagang Santowhite powder buatan Monsanto Co,serta Irganox 1010 clan 1076 buatan Ciba Geigy.

Metode.Polimer polietilen sebanyak 40 gram

dilelehkan pada temperatur 130°C clan dicampurdengan bahan antioksidan mempergunakan peralatanlabo-p.lastomill model 30R 150 buatan Toyoseiki &Co selama 8 men it pada temperatur 130°C.Konsentrasi antioksidan yang dicampur dibuatbervariasi dari 0 sampai 0,5 %. Setelah tercampurhomogen , campuran tersebut dibuat menjadilembaran film dengan ketebalan 0,15 mmmempergunakan alat cetak tekan dengan tekanan150 kg/cm2 pada temperatur 130°C.

Film tersebut selanjutnya diiradiasi denganberkas elektron, energi 300 keY, 10 mA dari mesinberkas elektron buatan Nisshin High Voltage Ltd,pada dosis bervariasi 100, 200 clan 300 kGy clan

temperatur kamar.Setelah diiradiasi , pengujian kadar fraksi

padatan clan sifat mekanik dilakukan secaraseksama. Uji pengusangan juga dilakukan untukmelihat unjuk kerja aditif anti oksidan clan sifatmekanik diukur terutama harga tegangan putus clanperpanjangan putus dengan menggunakan alatInstron tester tipe 1122. Uji pengusangan dilakukandengan menempatkan sampel pada oven temperatur121°C selama 168 jam clan fraksi padatanditentukan berdasarkan berat padatan yang tertinggalsetelah diekstraksi dengan pelarut xylene selama 24jam dengan mempergunakan soxhlet.

Fraksi padatan (gel). Pengukuran fraksipadatan atau fraksi gel diperlukan untuk mengetahuiapakah basil iradiasi mengalami pengikatan silang.Bertambah banyak pengikatan silang yang terjadiberarti bertambah besar fraksi padatan yang tidaklarut akibat ekstraksi.Pada gambar I. ditunjukkan hubungan fraksipadatan dengan kandungan antioksidan Santowhitedengan berbagai dosis radiasi. Fraksi padatan mulaimenunjukkan nilai pada dosis 50 kGy baik padabahan yang mengandung antioksidan atau tidak.Pada dosis 100 kGy, nilai fraksi padatan sekitar 35% daD fraksi padatan ini menurun denganbertambahnya kandungan antioksidan Santowhite,demikian pula halnya pada dosis 200 daD 300 kGy,fraksi padatan menurun dengan bertambahnya kadarSantowhite dalarn campuran polietilen.

Penurunan fraksi padatan tersebut dapatditerangkan sebagai efek interaksi radiasi denganSantowhite. Seperti diketahui proses pengikatansilang polietilen berlangsung menurut mekanismeradikal bebas. Adanya kandungan Santowhite akanmengurangi kesempatan pembentukan radikal padarantai polietilen atau sekurangnya terjadi kompetisiantara reaksi pembentukan ikatan silang antarpolietilen dengan reaksi pengikatan silangSantowhite pada rantai polietilen.

Hasil pengukuran tegangan putus (Tb) daTipolietilen yang mengandung berbagai konsentrasiSantowhite ditunjukan pada garnbar 2. Sebagaimanadapat dilihat pada gambar, tanpa antioksidan ataudengan penarnbahan antioksidan tegangan putusmeningkat dengan meningkatnya dosis radiasi. Halini sesuai dengan fenomena bahwa kenaikan dosismenyebabkan kenaikan ikatan silang, dengandemikian dapat disimpulkan bertarnbah tinggi fraksipadatan akan didapat tegangan putus yang semakinbaik, akan tetapi dengan penarnbahan antioksidanakan menurunkan tegangan putus pada dosis yang

sarna.Hasil pengujian tegangan putus daTi penelitian inimasih berada diatas batas minimal daTi standartASTM yang besamya 127 kg/ cm2.

Hasil uji pengusangan ( ageing)ditunjukkan pada Tabel I. dalam hal ini sampeldimasukan dalam Gear oven selama 168 jam pada121 0 C kemudian diukur tegangan daD perpanjangan

putusnya. Selanjutnya dapat dilihat pada Tabel I ,semua film LDPE tanpa antioksidan tidak dapatdiukur tegangan putusnya pada semua dosis iradiasi.Bahkan juga tidak untuk film LDPE yangmengandung 0, I % antioksidan. Hanya film LDPEiradiasi yang mengandung antioksidan lebih besar

HASIL DAN PEMBAHASAN

Antioksidan Santowhite

241

Prosid;nJ! Pertemuan Ilmiah Sa;ns Mater; 1997 1SSN 1410 -2897

mengandung berbagai konsentrasi Irganox. Dapatdilihat bahwa harga perpanjangan putus (Eb)menu run dengan kenaikan dosis radiasi .Hal inidisebabkan karena sifat kekakuan (st{ffness)meningkat akibat pengikatan silang.

dari 0,2% dan dosis iradiasi lebih besar dari 200 kGyyang dapat memberi harga tegangan putus.

Dengan demikian kandungan antioksidanyang tahan radiasi menjadi penting dan effisienuntuk uji pengusangan.

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkanbahwa penambahan antioksidan optimal adalahsebanyak 0,2 % dengan dosis iradiasi 300 kGy danantioksidan yang baik untuk polietilen (LDPE)dengan urutan sebagai berikut :lrganox 1076 lebih baik dibandingkan Irganox 1010dan Santowhite powder.

UCAP AN TERIMA KASm

Penulis menyarnpaikan ucapan terimakasih kepada Bilter Sinaga, Dewi S.P. , daD rekan-rekan yang telah membantu terlaksananyapenelitian ini, daD penelitian ini telah dibiayai olehRUT I sehingga terlaksana dengan baik.

DAFT AR PUST AKA.

[1]. MARK HERMAN F., Encylopedia of polymerScience and Technology, Vol 2, John Wiley,(1965).

[2], , SCABEL W.,Polymer Degradation,Principlesand Practical Application,( 1981).

[3] Annual Book of ASTM Stand art, PhiledelphiaAmerican Society Testing & Material ,(1984).

Antioksidan IrganoxFraksi padatan .Pengaruh antioksidan

Irganox pada pembentukan fraksi padatanditunjukan pada gambar 3 clan 4. Fraksi padatanXLOPE menurun dengan dengan meningkatnyapenambahan antioksidan pada setiap dosis iradiasi ,dosis iradiasi yang memenuhi standar ASTM02655-83 mengenai fraksi padatan ( > 70 %) adalah

pada dosis 300 kGy. Hasil pengukuran teganganputus (Tb) clan perpanjangan putus (Eb) dari XLOPEyang mengandung berbagai konsentrasi Irganox1010 clan 1076 sebelum pengusangan clan sesudahpengusangan ditunjukkan pada Tabel 2 clan 3.

Sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 2 clanTabel 3 tegangan putus (Tb) meningkat dengankenaikan dosis radiasi. Hal ini sesuai denganfenomena bertambah tinggi kadar ikatan silang akandidapat tegangan putus semakin baik.

Hasil uji pengusangan juga ditunjukkanpada Tabel 2 clan 3 .Hanya film XLOPE yangmengandung Irganox 1010 clan 1076 sebesar lebihdari 0,2 % dengan dosis radiasi lebih besar dari 200kGy yang masih memberikan nilai tegangan putus(Tb). Oosis dibawah 200 kGy semua sampelmelebur , ini mungkin dikarenakan belumterbentuknya secara sempuma struktur jaringan tigadimensi dari polietilen, sehingga berubah bentukfisiknya akibat pemanasan yang lama.

Pada uji pengusangan yang datanya dapatdilihat pada tabel 1,2 clan 3, menunjukkan bahwahasil yang diperoleh pada penambahan zatantioksidan Irganox 1076 clan Irganox 1010 lebihbaik dibandingkan dengan penambahan zat antioksidan Santowhite powder. Hal ini memberikankesimpulan bahwa penambahan zat antioksidanterbaik adalah sebesar 0,2 % dengan urutan Irganox1076 lebih baik dari Irganox 1010 clan Santowhite.

Pada tabel 4 clan 5. menunjukan nilaiperpanjangan putus dari film XLOPE yang

[4]. DOLE MALCOLM DAN PATEL VM., RodPhys. Chern.. Vol 9, (1977), 433 -444.

[5] WIEDENMANN, Radial. Phys. Chern(1977),1701 -709.

Vol 9,

[6] COOPER DANIEL T., Radiation Processing,International Science and Technology ,( 1969).

242

Pros;d;nf! Pertemuan I/m;ahSa;ns Mater; 1997 ISSN 1410 -2897

LAMPIRANTransfer rantai

Perkembangan antioksi clan dimulai padaakhir abad sembilan belas, dimana Semon clanDuffraise mengembangkan antioksidan untuk karet.Antioksidan umumnya molekul polar. Antioksidanmempunyai kelarutan yang sangat rendah dalampolietilen pada suhu dibawah 80°C clan sebagianakan teraktiflkasi selama proses radiasi. Banyak paraahli kimia memperkirakan mekanisme kerjaantioksidan , diantaranya postulat Shelton seperti

berikut.<)

ROOH + A"AH +R

(6)(7)

RO2A"

+AH+RH

Terminasi

produk stabil..produk stabil...produk stabil

(8)(9)(10)

+ RO2Ao

2Ao

2RO2

Inisiasi

Keterangan:

RH + O2 ~ R. + H02.AH + O2 A. + H2OROOH RO.,R02, HO.

(1)(2)(3)

RH =AH =A. =RO2. =ROOH =

Propagasi

molekul polimerantioksidanradikal antioksidanradikal polimer peroksida

polimer peroksida(4)(5)

RO2"

ROOH + R'

80-0- santow hite 0.0 %

--santowhite 0.1 %

-0- santow hite 0.2 %

--santow hite 0.3 %

--santow hite 0.4 %

--santow hite 0.5 %

-~-cca-ca~caCo

II)~caL.-

60

40

20

0a

I I I I I I I

100 200 300 400

Oasis radiasi (kGy)

Gambar 1. Pengaruh penambahan antioksidan santowhite terhadap fraksi padatandengan variasi dosis.

243

Pros;d;nJ! Pertemuan Ilm;ah Sa;ns Mater; 1997 ISSN 141Q -2897

300-~u 250(:?

~ 200(/)jI- 150jno

,

100

50

0 I I I I I I I

0 100 200 300 400

DOSIS RADIASI ( kGy )

Gambar 2. Pengaruh penambahan antioksidan santowhite terhadap tegangan putusdengan variasi dosis

80

60

40

20

0

-0- irganox 1010,0.0 %

-b- irganox 1010,0.2 %

-0- irganox 1010,0.5 %

-0- irganox 1010, 1,0 %

~-z«f-

~«a.Ci5~~u.

400100 200 300

DOSIS RADIASI (kGy)

0

Gambar 3. Pengaruh penambahan antioksidan Irganox 1010 terhadap fraksi padatandengan variasi dosis.

80-~0~

z~I-~C~a-U)~~a:II.

--Irganox 1076, 0.0 %

-6- irganox 1076,0.2 %

---Irganox 1076,0.5 %

--irganox 1076,1.0 %

60

40

20

0 .,I I I I I I I

0 100 200 300 400

DOSIS RADIASI (kGy)

Gambar 4. Pengaruh penambahan antioksidan Irganox 1076 terhadap fraksipadatan dengan variasidosis

21111

Pros;d;nJ! Pertemuan J/m;ah Sa;ns Mater; 1997 ISSN 1410 -2897

Tabell. Pengaruh penambahan antioksidan daD Santowhite terhada tegangan putusdengan variasi dosis setelah pengusangan selama 168 jam.

Tabel 2. Tegangan putus dari film polietilen (XLDPE) iradiasi yang mengandung berbagaiKonsentrasi Irganox 1010.

Tabel 3. Tegangan putus dari film polietilen (XLDPE) iradiasi yang mengandungberbagai konsentrasi Irganox 1076.

Tabel4. Perpanjangan putus (Eb) dari film XLDPE iradiasi yang mengandung berbagaikonsentrasi Irganox 1010.

Tabel5. Perpanjangan putus (Eb) dari film XLDPE iradiasi yang mengandung berbagaikonsentrasi Irganox 1076.

245