150-340-1-SM

8/17/2019 150-340-1-SM

1/11

PENGARUH ORGANOBENTONIT DAN ASAM STEARAT TERHADAPKARAKTERISTIK PEMATANGAN DAN SIFAT MEKANIK

VULKANISAT KARET ALAM

Effect of Organobentonite and Stearic Acid on Curing Characteristic and MechanicalProperties of Natural Rubber Vulcanizates

1,2 2 1,2Arief RAMADHAN , Bambang SOEGIJONO , dan M. Irfan FATHURROHMAN

1Pusat Penelitian Karet, Jalan Salak No. 1 Bogor 16151

Email : [email protected]

2Ilmu Material, Universitas IndonesiaGedung Fakultas Ilmu Keperawatan Lantai 3, Jalan Salemba Raya No. 4 Jakarta

Diterima : 20 November 2013 / Direvisi : 5 Desember 2013 / Disetujui : 23 Januari 2014

Jurnal Penelitian Karet, 2014, 32 (1) : 45 - 55Indonesian J. Nat. Rubb. Res. 2014, 32 (1) : 45 - 55

Abstract

Organobentonite has been successfullysynthesized from natural bentonite with theaddition of surfactant. Organobentonite is used asan alternative filler material in natural rubbercompound. All compounds were made by using themethod of melting compound in the open mill. Theresults showed that the maximum torque (S ),max minimum torque (S ), and torque differencemin (S –S ) of na tu ral ru bber fill ed wit hm a x m i n organobentonite (NR/OB) compound was higher

than unfilled natural rubber (NR) and bentonite filled natural rubber (NR/B) compound, whichindicated that the crosslink density between themolecules of rubber and sulfur was more createdon NR/OB. The use of organobentonite and stearicacid on natural rubber compound accelerated theoptimum cure time (t ) and scorch time (ts ) also90 2 mechanical properties on NR/OB vulcanizateswere increased compared with the mechanical

properties of NR and NR/B vulcanizates. Stearicacid use on organobentonite with exsitu method(NR/S-OB) improved the mechanical properties ofnatural rubber vulcanizates compared with insitumethod (NR/OB) and had some better mechanical

properties compared with carbon black filled

natural rubber (NR/CB) vulcanizates.

Keywords : Natura l rubber , bentoni te ,organobentonite, stearic acid,mechanical properties, filler

Abstrak

Organobentonit telah berhasil disintesisdari bentonit alam dengan penambahansurfaktan. Organobentonit ini digunakan sebagaialternatif bahan pengisi pada kompon karet alam.Seluruh kompon dibuat dengan menggunakanmetode pelelehan kompon di dalam gilingan

terbuka. Hasil penelitian menunjukkan bahwatorsi maksimum (S ), torsi minimum (S ), danmax minperbedaan torsi (S -S ) pada kompon karetmax minalam dengan bahan pengisi organobentonit(NR/OB) lebih tinggi daripada kompon karet alamtanpa bahan pengisi (NR) dan kompon karet alamdengan bahan pengisi bentonit (NR/B), yangmenunjukkan bahwa derajat ikatan silang antaramolekul karet dengan bahan pemvulkanisasi(belerang) semakin banyak terbentuk padaNR/OB. Pemakaian organobentonit dan asamstearat pada kompon karet alam mempercepat

waktu kematangan optimum (t ) dan waktu90pematangan dini (ts ). Sifat mekanik pada2vulkanisat NR/OB juga mengalami peningkatan

jika dibandingkan dengan sifat mekanik padavulkanisat NR dan NR/B. Pemakaian asamstearat pada organobentonit secara eksitu (NR/S-OB) lebih meningkatkan sifat mekanik vulkanisatkaret alam dibandingkan secara insitu (NR/OB)dan memiliki beberapa karakteristik sifatmekanik vulkanisat karet alam yang lebih baikdaripada vulkanisat karet alam yang berbahanpengisi carbon black (NR/CB).

Kata kunci: Karet alam, bentonit, organobentonit,asam stearat, sifat mekanik, bahan

pengisi

PENDAHULUAN

Pada pembuatan suatu produkkaret, pembuat kompon sering kalimenambahkan bahan pengisi yang bersifatm e n g u a t k a n , b e r t u j u a n u n t u kmeningkatkan modulus, kuat tarik,ketahanan sobek dan ketahanan kikis darivulkanisat karet (Arroyo et al ., 2003). Bahanpengisi menguatkan yang umum digunakan

dalam pembuatan barang jadi karet adalah

45

8/17/2019 150-340-1-SM

2/11

carbon black , namun penggunaannyaterbatas pada produk karet yang berwarnahitam, dikarenakan produk barang jadikaret yang dihasilkannya menjadi hitam.

Carbon black terbuat dari minyak bumi yangsumbernya mulai terbatas serta dapatmenyebabkan polusi dan indikasikarsinogenik bagi pembuat kompon(International Carbon Black Association,2004). Di Indonesia, saat ini pasokan carbonblack masih kurang sebanyak 90.000ton/tahun. Hal ini karena didorong olehpermintaan yang cukup tinggi dari industriban. Pembuatan carbon black di Indonesiamasih mengandalkan bahan baku impor.

Para peneliti sekarang ini sedang

memfokuskan untuk mengembangkanbahan pengisi yang bersifat menguatkanuntuk mengganti carbon black dalamkompon karet. Kaolin dan silika merupakanbahan pengisi yang bersifat menguatkandan tidak berwarna hitam. Tetapi, sifatpenguatan dari kedua bahan pengisi inilebih rendah bila dibandingkan dengancarbon black (Arroyo et al ., 2003). Hal inidikarenakan bahan pengisi tersebut tidakmemiliki kompatibilitas dengan matrikpolimer karena bersifat polar danhigroskopis. Alternatif bahan pengisi lainadalah dengan menggunakan lempungsilikat, seperti monmorilonit, hektorit danlain sebagainya yang telah digunakansebagai bahan pengisi penguat pada polimerkarena memiliki aspek rasio yang tinggi(Lopez-Manchado et al ., 2003). Minerallempung tersusun dari lembaran silikatdengan ketebalan 1 nm dan panjang lateral200 – 300 nm bergantung dari jenis mineralsilikat (Alexandre dan Dubois., 2000).

Monmorilonit merupakan salah satumineral silikat yang memiliki kisi kristal yang berupa lapisan dua dimensi yang

terdiri atas lembaran oktahedral di bagiantengah (Al atau Mg) diapit oleh dua lembarantetrahedral silika (Lopez-Manchado et al.,2003). Lapisan dipisahkan oleh spasi yangbiasanya disebut galeri atau interlayer .Lapisan monmorilonit bermuatan negatif

2+ 2+dan selalu diseimbangkan dengan Ca , Mg ,+ +Na , atau K yang secara alami terdapat di

dalam lapisan monmorilonit (Juwono danEdward., 2006).

Monmorilonit bersifat hidrofilik dantidak kompatibel dengan beberapa jenis

polimer yang bersifat hidrofobik, seperti

Ramadhan, Soegijono, dan Fathurrohman

46

karet alam. Namun kation logam yangterdapat di dalam interlayer dapat ditukardengan ion onium seperti garam kuartenariamonium menghas i lkan l empung

organofilik yang dinamakan organoclay .Modifikasi permukaan dari platelet tersebutbertujuan untuk merubah sifat lempung yang hidroflik menjadi hidrofobik, sehinggameningkatkan eksfoliasi dalam matrikpolimer (Pluart et al ., 2002).

Bentonit merupakan istilah untuklempung yang kandungan utamanya terdiridari mineral monmorilonit. Kandunganmonmorilonit pada bentonit lebih dari 50%(Bergaya et al., 2011). Endapan bentonitIndonesia tersebar di Jawa, Sumatera,

sebagian Kalimantan dan Sulawesi, dengancadangan diperkirakan lebih dari 380 jutaton. Bentonit terdiri dari 2 jenis, yaitu Na-bentonit dan Ca-bentonit. Selama ini Na-bentonit digunakan untuk bahan perekat,pengisi, lumpur bor, sesuai sifatnya mampumembentuk suspensi kental setelahbercampur dengan air, sedangkan Ca-bentonit banyak dipakai sebagai bahanpenyerap. Bentonit dengan kandunganmonmorilonit yang besar dapat dimodifikasimenjadi bahan yang kompatibel dengankaret. Organobentonit adalah bentonit alam yang telah dimodifikasi dengan surfaktanorganik menjadi bahan yang bersifathidrofobik.

Sejak para peneliti dari grup Toyotabe rhas i l membuat nanokompos i tpoliamida/organoclay , para penelitimemfokuskan untuk melakukan penelitiandengan menggunakan polimer yangberbeda, salah satunya karet alam. Sifat-sifat yang diamati oleh para peneliti sebagianbesar adalah sifat mekanik seperti yangdilakukan oleh Arroyo et al (2003) yangmembuat nanokomposit NR/organoclay

sebanyak 10 phr dengan sifat mekanik yangsetara dengan 40 phr karbon hitam.

Penelitian mengenai pembuatan dankarakte r i s t i k s i f a t nanokompos i tNR/organoclay masih terus berlanjutdengan mengamati pengaruh organoclay terhadap sifat-sifat nanokompositnya.Namun penelitian lebih banyak dilakukandengan organoclay yang sudah banyakdijual dengan nama dagang Cloisite(Cervantes-Uc et al ., 2007; Mohan et al .,2011), Nanomer (Teh et al ., 2004; Yong Ma et

al ., 2008) dan Dellite (Ramorino et al ., 2009).

8/17/2019 150-340-1-SM

3/11

Penelitian ini bertujuan untukmembuat organobentonit dari bentonit alam yang ada di Indonesia dengan menggunakansurfaktan organik yang bersifat kationik,

serta untuk mengamati pengaruhpenambahan organobentonit tersebutterhadap karakteristik pematangan dan sifatm e k a n i k v u l k a n i s a t k a r e t y a n gdibandingkan dengan kontrol vulkanisatkaret tanpa bahan pengisi, vulkanisat karetberbahan pengisi bentonit alam, vulkanisatkaret berbahan pengisi carbon black danvulkanisat karet berbahan pengisiorganobentonit yang diekspansi denganmenggunakan asam stearat.

BAHAN DAN METODE

Penelitian ini dilakukan di PabrikPercobaan Pusat Penelitian Karet selamaperiode Februari hingga Agustus 2013.Bahan utama yang digunakan dalampenelitian ini adalah bentonit alam dariBogor. Untuk membuat organobentonitdigunakan surfaktan berbahan organik, yaitu Dihydrogenated TallowoylethylHydroxyethylmonium Methosulfate . Padaproses sintesis organobentonit ini digunakanpula Na CO 15% dan HCl 1M. Untuk2 3membuat nanokomposit digunakan karetalam jenis SIR 20 dan bahan kimia komponkaret seperti asam stearat, ZnO, N- cyclohexylbenzhothiazole-2-sulfenamide (CBS), dan belerang dengan grade komersial.

Sintesis Organobentonit

P e m b u a t a n o r g a n o b e n t o n i tdilakukan dengan menggunakan prosespertukaran kation sesuai dengan metode yang dilakukan oleh Chakraborty et al (2010). Bentonit sebanyak 250 gramdidispersikan di dalam 7 liter akuades.

Dispersi dilakukan di dalam reaktor mini yang dilengkapi dengan pengaduk danpengendali suhu. Bentonit didispersikandengan cara diaduk pada 150 rpm pada suhu80⁰C selama 1 jam. Na CO (15% w/w)2 3ditambahkan ke dalam dispersi bentonitpanas dan diaduk kembali pada suhu dankecepatan putar pengaduk yang samaselama 4 jam. pH dari larutan diatur sekitar5 dengan cara menambahkan asam klorida 1M. Surfaktan kationik dengan dosis 4 KTKditambahkan ke dalam dispersi bentonitpada suhu dan kecepatan putar pengaduk

yang sama selama 2 jam.

Pengaruh Organobentonit dan Asam Stearat Terhadap Karakteristik Pematangan dan Sifat Mekanik Vulkanisat Karet Alam

Organobentoni t has i l reaks ipertukaran kation disaring dan dicucidengan menggunakan air panas untukmenghilangkan ion klorida yang terdapat di

dalam larutan. Pengecekan ion klorida dida lam larutan d i lakukan denganmeneteskan larutan perak nitrat 0,5 % b/vsampai tidak terbentuk endapan putih.Organobentonit dikeringkan di dalam ovenpada suhu 110⁰C dan kemudian digerus

dengan menggunakan mortar sampaiberukuran 200 mesh .

Karakterisasi Organobentonit

O r g a n o b e n t o n i t y a n g t e l a hdihasilkan dikarakterisasi menggunakan

Difraktometer sinar-X, dengan CuK ( = 0,1542 nm = 1,542Å) sebagai target radiasipada tegangan 40 kV dan arus 30 mA. Datadifraksi sinar-X dari organobentonit ditinjau

0 0pada sudut 2θ dari 2 – 10 dengan kecepatanpembacaan 1/menit dan cuplikan sampel

0diambil setiap 0,02 . Perhitungan nilai basals pas i ( d - s p a c i n g ) o r gano be n t o n i tmenggunakan Hukum Bragg (persamaan 1 yang dibandingkan dengan bentonit alamuntuk melihat perubahan nilai basal spasiakibat penambahan surfaktan.

= 2d sin θ .….Persamaan 1

Karakterisasi organobentonit jugadilakukan dengan metode spektroskopi inframerah, menggunakan alat Attenuated TotalReflectance Infra Red (ATR-IR) untukmengetahui masuknya surfaktan Tetranyl kedalam bentonit dengan melihat spektrumkhas surfaktan yang terdapat padaorganobentonit hasil sintesis. SpektrumATR-IR diukur pada rentang bilangan

-1 -1gelombang 4000 cm sampai 800cm .

Pembuatan Kompon dan VulkanisasiKompon Karet

Proses pencampuran organobentonitatau bahan pengisi pembanding ke dalamkaret alam dilakukan dengan menggunakangilingan terbuka (open mill ) denganperbandingan kecepatan rol 1:1,4. Suhugilingan dijaga pada suhu 60 ± 5⁰C. Karet

alam dimastikasi terlebih dahulu selama 2menit, kemudian ditambahkan ZnO danasam stearat. Organobentonit atau bahanpengisi pembanding dicampur ke dalam

kompon selama 10 menit. Terakhir

47

8/17/2019 150-340-1-SM

4/11

d i tambahkan bahan pencepat N - cyclohexylbenzhothiazole-2-sulfenamide (CBS), dan belerang. Kompon karet disimpan pada suhu ruang selama minimal 16

jam. Formulasi kompon disajikan pada Tabel1. Pembuatan bahan pengisi S-OBdilakukan dengan cara pencampuran diikutip e n g g e r u s a n a s a m s t e a r a t d a norganobentonit (S:OB = 2:10 %w) denganmortar dalam cawan porselin sampaitercampur merata selama 30 menit. Hasilcampuran dioven selama satu jam pada

0suhu 100 C (Ma et al ., 2008). Hasil campuranasam stearat-organobentonit setelah dioven

kemudian diangkat dan didinginkan,selanjutnya digerus kembali dengan mortarsampai halus dan disaring menggunakansaringan 200 mesh.

Waktu vulkanisasi ditentukandengan menggunakan Moving Die Rheometer (MDR 2000) pada suhu 150⁰C sesuai ISO

6502. Kompon kemudian d ice takmenggunakan alat dengan ketebalan 2 mmmenggunakan compression moulding dengan

2tekanan 9,8 kg/cm , pada suhu 150⁰C

dengan waktu pematangan yang didapatdari hasil pengukuran rheometer.

48

Tabel 1. Formulasi kompon karet yang dipelajariTable 1. Formulation of the studied rubber compound

BahanMaterial

Kompon karet (bsk)Rubber compound (phr)

NR NR/B NR/OB NR/S-OB NR/CBSIR 20 100 100 100 100 100Seng oksida 5 5 5 5 5Asam stearat 2 2 2 - 2Bentonite - 10 - - -Organobentonite - - 10 - -Organobentonite- Stearic Acid (S-OB)

- - - 12 -

Carbon Black - - - - 10CBS 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5Sulfur 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5

Karakteristik Pematangan Kompon

Karakterisasi pematangan kompon yang terdiri atas waktu pemasakan dini(scorch , ts ), waktu matang optimum (t ),2 90torsi maksimum (S ), torsi minimum (S ),max mindan perbedaan torsi (S = S - S ) diukurmax mindengan menggunakan alat rheometer MDR2000, sesuai dengan ISO 6502 pada suhu

150⁰C. Kompon kemudian dicetak denganmenggunakan cetakan bertekanan dengan

2tekanan 9,8 kg/cm , pada suhu 150⁰C

dengan waktu pematangan yang didapatdari hasil pengukuran rheometer. Contoh ujidicetak dengan ketebalan 2 mm.

Pengujian Sifat Mekanik Vulkanisat

Sifat mekanik yang diuji padapenelitian ini terdiri atas kuat tarik,perpanjangan putus, modulus 100%,modulus 300%, kekerasan, dan kekuatan

sobek. Sifat kuat tarik, modulus 100%,modulus 300% dan perpanjangan putuskomposit diukur dengan universal testingmachine Lloyd sesuai dengan ISO 37menggunakan dumbbell tipe 2.

Kekerasan komposit diukur denganmenggunakan Shore A durometer sesuaidengan ISO 7619. Uji kekuatan sobek dari

vulkanisat contoh uji berbentuk trouser dengan panjang 60 mm, lebar 30 mm danketebalan 2 mm sesuai dengan metode ujiISO 34-2. Pengujian dilakukan denganmenggunakan Instron Universal TestingMachine dengan kecepatan 50 mm/menit.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik Organobentonit

Gambar 1 memperlihatkan pola

difraksi sinar-X (XRD) dari bentonit (a) dan


8/17/2019 150-340-1-SM

5/11

49

organobentonit (b). Contoh uji bentonitmemperlihatkan adanya puncak difraksipada 2θ = 5,96° dengan basal spasi sebesar1,48 nm sesuai dengan Hukum Bragg.

Setelah penambahan surfaktan, padaorganobentonit terjadi pergeseran puncakdifraksi pada sudut yang lebih rendah (2θ =

4,38°), artinya terjadi peningkatan basalspasi menjadi 2,02 nm.

Selanjutnya pada Gambar 2diperlihatkan spektrum ATR-IR dari

bentonit dan organobentonit yang telahdimodifikasi dengan surfaktan organik.

Gambar 1. Pola difraksi sinar-X dari bentonit (a) dan organobentonit (b)Figure 1. X-ray diffraction patterns of bentonite (a) and organobentonite (b)

1 0 0 2 . 9

0

1 6 3 2 . 6

6

3 3 8 2 . 3

6(a)

40

60

80

1 0

0 3 . 0

0

1 4 6 6 . 7

1

1 7 3 3 . 4

7

2 8 5 0 . 0

1

2 9 1 7 . 7

4 3 6 2 6 . 7

3(b)

20

40

60

80

9 5 2 . 2

3

1 0 0 6 . 7

7 1 0 5 8 . 9

5

1 1 6 4 . 0

0

1 2 1 3 . 7

3

1 3 7 8 . 2

5

1 4 6 5 . 6

0 1 6 4 8 . 5

7

1 7 3 9 . 0

5

2 8 5 2 . 2

4

2 9 2 1 . 3

6

3 4 1 4 . 5

7(c )

40

60

80

1000150020002500300035004000

Bilangan gelombang-

Wave number (cm¹)

T r a n s m i s i

T r

a n s m i t t a n c e

( % )

Gambar 2. Spektra ATR-IR dari bentonit (a), organobentonit (b), dan surfaktan (c)

Figure 2. ATR-IR spectra of bentonite (a), organobentonite (b), and surfactant (c)


d = 1,48 nm

d = 2,02 nm

(b)

(a)

I n t e n s i t a s

I n t e n s i t y

( C P S )

8/17/2019 150-340-1-SM

6/11

Spektrum infra merah dar iorganobentonit (Tabel 2) memperlihatkanempat pita serapan baru yang tidak terdapatpada bentonit, yaitu pada bilangan

gelombang 2917,74 cmˉ¹, 2850,01 cmˉ¹,1733,47 cmˉ¹, dan 1466,71 cmˉ¹. Keempatpita serapan tersebut adalah pita serapankhas yang ada pada surfaktan Tetranyl , yaitu pada bilangan gelombang 2921,36cmˉ¹ dan 2852,24 cmˉ¹ yang merupakan pitaserapan vibrasi uluran antisimetri dan

simetri CH (Arroyo et al ., 2003), bilangan2gelombang 1739,05 cmˉ¹ yang menandakangugus fungsi ester, dan bilangan gelombang1465,50 cmˉ¹ yang merupakan pita serapan

vibrasi gunting CH (Hongping et al ., 2004).2Sementara itu, pita serapan pada bilangangelombang 1632,66 cmˉ¹ yang merupakanpita serapan vibrasi tekuk H O di bentonit2m e n j a d i h i l a n g a t a u b e r k u r a n gintensitasnya pada organobentonitmengindikasikan berkurangnya jumlah

50

Tabel 2. Interpretasi Spektra ATR-IRTable 2. Interpretation of ATR-IR spectra

ContohSamples

Bilangan gelombangWavenumbers

(cm¯¹)

Gugus fungsi dan vibrasiFunctional group and vibration

Bentonit 3382,36 Vibrasi ulur O-H dalam H2O1632,66 Vibrasi tekuk H-O-H dalam H2O1002,90 Vibrasi ulur Si-O

Organobentonit 3626,73 Vibrasi ulur O-H dalam H2O2917,74 Vibrasi ulur antisimetri C-H dalam metilene (-CH2-)2850,01 Vibrasi ulur simetri C-H dalam metilene (-CH2-)1733,47 Gugus fungsional ester (C=O dalam COOR)1466,71 Vibrasi gunting CH2 1003,00 Vibrasi ulur Si-O

Surfaktan 2921,36 Vibrasi ulur antisimetri C-H dalam metilene (-CH2-)2852,24 Vibrasi ulur simetri C-H dalam metilene (-CH2-)1739,05 Gugus fungsional ester (C=O dalam COOR)1465,50 Vibrasi gunting CH2

molekul air akibat pertukaran kation denganion amonium kwartener dari surfaktan.

Adanya kenaikan nilai basal spasipada karakterisasi difraksi sinar-X danmasuknya pita serapan khas surfaktan padaorganobentonit mengindikasikan bahwasurfaktan telah berhasil masuk ke dalami n t e r l a y e r b e n t o n i t m e m b e n t u k

organobentonit.

Tabel 3. Karakteristik pematangan kompon karetTable 3. Curing characteristics of rubber compound

Karakteristik pematanganCuring characteristics

NR NR/B NR/OB NR/S-OB NR/CB

Smax (kg-cm) 7,22 6,74 7,92 7,56 8,63

Smin (kg-cm) 0,1 0,15 0,26 0,33 0,15

S (kg-cm) 7,12 6,59 7,66 7,23 8,48

t90 (min) 7,32 6,55 4,39 3,41 6,56

ts2 (min) 4,25 3,34 2,02 1,3 3,21

Karakteristik Pematangan Kompon KaretAlam dengan Variasi Bahan Pengisi

Karakterisasi pematangan komponkaret alam dengan variasi bahan pengisi, yaitu bentonit (NR/B), organobentonit(NR/OB), campuran organobentonit/asamstearat (NR/S-OB), carbon black (NR/CB)dan tanpa bahan pengisi (NR), disajikan

pada Tabel 3.


8/17/2019 150-340-1-SM

7/11

51

Penggunaan bentonit alam ke dalamkompon karet alam sebagai bahan pengisi(NR/B) menurunkan torsi maksimum (S )maxdari kompon karet alam tanpa bahan pengisi

(NR). Hal ini disebabkan oleh kompatibilitas yang rendah antara bentonit alam yangbersifat hidrofilik dengan polimer karet alam yang bersifat hidrofobik (Arroyo, 2003).Sedangkan pada kompon karet alam yangmenggunakan organobentonit (NR/OB danNR/S-OB) didapatkan peningkatan nilaitorsi maksimum dari NR dan NR/B. Hal inimembuktikan bahwa surfaktan yangditambahkan pada bentonit mampumeningkatkan hidro fob is i tas dar iorganobentonit yang dihasilkan, sehinggaterdapat kompatibilitas yang baik antarakaret alam dan organobentonit. Torsimaksimum juga terkait dengan nilai storagemodulus dan peningkatan nilainya dapatdisebabkan adanya interaksi karet/clay termasuk interkalasi dan atau eksfoliasi dariclay di dalam matriks karet alam (Teh et al .,2004).

Perbedaan torsi dari kompon NR/OBdan NR/S-OB memiliki tren yang samadengan torsi maksimum, yaitu nilainya lebihbesar daripada NR dan NR/B. Perbedaandari torsi maksimum dan torsi minimum (Smax – S ) atau perbedaan torsi terkait denganminderajat ikatan silang dari vulkanisat karet(Teh et al ., 2004) dan berpengaruh langsungterhadap kekerasan dari vulkanisatkomponnya. Semakin besar nilai perbedaantorsi, maka semakin banyak ikatan silang yang terbentuk antara molekul karet denganbahan pemvulkanisasi belerang dandihasilkan ciri-cirinya berupa nilaikekerasan yang lebih besar.

Torsi minimum dari kompon NR/OBdan NR/S-OB juga lebih besar biladibandingkan dengan NR dan NR/B. Torsi

minimum terkait dengan viskositas komponsebelum vulkanisasi (Teh et al ., 2004).Viskositas yang lebih tinggi merupakan buktiadanya kompatibilitas yang baik antarakare t a l am yang h idro fob ik danorganobentonit yang telah bersifathidrofobik.

Waktu matang optimum (t ) dan90 waktu scorch (ts ) dari kompon yang2mengandung organobentonit lebih singkatbila dibandingkan dengan kompon karetalam tanpa pengisi. Hal ini menunjukkan

bahwa organoclay juga dapat digunakansebagai bahan pencepat pada prosesv u l k a n i s a s i k a r e t a l a m d e n g a nmenggunakan belerang. Adanya grup amina

dari surfaktan dalam struktur silikatorganobentonit dapat bereaksi dengan Zndan sulfur membentuk komplek Zn-sulfur-ammonium yang berfungsi sebagai pencepatdalam proses vulkanisasi karet alam (Kim etal ., 2006).

Sifat Mekanik Vulkanisat Karet Alamdengan Variasi Bahan Pengisi

Modulus 100% dan 300% darivulkanisat karet alam dengan variasi bahanpengisi disajikan pada Gambar 3. Pada

gambar tersebut terlihat bahwa nilaimodulus 100% dan 300% dari vulkanisatNR/B lebih kecil daripada vulkanisat NR.Kompatibilitas yang rendah antara bentonit yang hidrofilik dengan karet alam yanghidrofobik mengakibatkan dispersi bentonit yang kurang baik dalam matriks karet alam.Sedangkan modulus 100% dan 300% darivulkanisat NR/OB dan NR/S-OB lebih tinggidaripada vulkanisat NR dan vulkanisatNR/B. Hal ini dikarenakan tingginya aspekrasio dan luas permukaan yang besar dariorganobentonit yang meningkatkaninteraksi intermuka antara organobentonitdan NR. Peningkatan modulus adalah akibatdari dispersi yang baik dan kompatibilitas yang baik dari organobentonit di dalammatriks karet alam (Zhang dan Loo, 2008).Penambahan asam stearat pada kompons e c a r a e k s i t u ( N R / S - O B ) d a p a tmeningkatkan modulus 100% dan 300%lebih baik daripada NR/OB, dikarenakanasam stearat dapat terinterkalasi ke dalamgaleri organobentonit, meningkatkan basals p a s i o r g a n o b e n t o n i t , s e h i n g g amemudahkan molekul karet masuk kedalam galeri organobentonit menghasilkanpembentukan nanostruktur dari komposit(Das et al ., 2010).

Pada Gambar 4 (a) diperlihatkanbahwa kuat tarik dari vulkanisat NR/OBlebih tinggi daripada vulkanisat NR. Hal inimengindikasikan bahwa organobentonitbertindak sebagai bahan pengisi penguat(reinforcing filler ) pada matriks karet alamseperti halnya carbon black . Sebagaiperbandingan, pada jumlah bahan pengisi yang sama, vulkanisat NR/OB juga memilikikuat tarik yang lebih tinggi daripada


8/17/2019 150-340-1-SM

8/11

vulkanisat NR/B. Hasil ini mengindikasikanbahwa organobentonit lebih kompatibel danmemiliki dispersi yang lebih baik dalammatriks karet alam dibandingkan dengan

bentonit yang belum dimodifikasi dengans u r f a k t a n . V u l k a n i s a t N R / S - O Bmemberikan nilai kuat tarik yang lebihbesar, dikarenakan interkalasi yang lebihbaik dar i o rganobentoni t denganpenambahan asam stearat, sedangkan pada

Gambar 4 (b), diperlihatkan bahwa nilaiperpanjangan putus dari vulkanisat NR/OBlebih tinggi daripada pada NR/CB. Ini berartiefek penguatan yang diberikan oleh

o r g a n o b e n t o n i t m a s i h d a p a tmempertahankan sifat elastisitas dari karetalam dibandingkan dengan carbon black. Hasil ini sejalan dengan hasil penelitian yangdilakukan oleh Arroyo et al . (2003).

52

Gambar 3. Modulus 100% dan 300% vulkanisat karet alam dengan variasi bahan pengisi

Figure 3. Modulus 100% and 300% of natural rubber vulcanizate with variation of filler

(a) (b)

Gambar 4. Kuat tarik (a) dan perpanjangan putus (b) vulkanisat karet alam dengan variasibahan pengisi

Figure 4. Tensile strength (a) and elongation at breaks (b) of natural rubber vulcanizate with

various filler


M o d u l u s

( N / m m ² )

P e r p a n j a

n g a n P u t u s

E l o n g a t i o n a t B r e a k

( % )

K u a

t T a r i k

T e n s i l e S t r e n g h t

( N /

m m ² )

8/17/2019 150-340-1-SM

9/11

S e s u a i d e n g a n h a s i l p a d akarakteristik pematangan kompon, padaGambar 5 (a) diperlihatkan nilai kekerasandari vulkanisat NR/OB dan NR/S-OB yang

lebih besar daripada vulkanisat NR danvulkanisat NR/B. Hal ini disebabkan olehperan organobentonit sebagai bahan pengisipenguat di dalam matriks karet alam yangdiakibatkan oleh interkalasi dan ekspansigaleri organobentonit oleh surfaktan danasam stearat di dalam matriks karet alam,namun organobentonit dan organobentonit

yang terekspansi asam stearat tidakberpengaruh terhadap ketahanan sobek darivulkanisat karet alam seperti yang disajikanpada Gambar 5 (b). Pengaruh hanya terlihat

pada rendahnya nilai ketahanan sobek padavulkanisat berbahan pengisi bentonit yangdisebabkan tidak kompatibelnya bentonit yang bersifat hidrofilik dengan karet alam yang bersifat hidrofobik, sehingga dispersibentonit dalam matriks karet alam tidakmerata.

53

(a) (b)

Gambar 5. Kekerasan (a) dan ketahanan sobek (b) vulkanisat karet alam dengan variasibahan pengisi

Figure 5. Hardness (a) and tear resistance (b) of natural rubber vulcanizate with various fillers

KESIMPULAN DAN SARAN

Organobentonit telah berhasildisintesis dari bentonit dengan ciripeningkatan pada basal spasi danmasuknya pita serapan khas surfaktan pada

o r g a n o b e n t o n i t . P e n g g u n a a norganobentonit dalam matriks karet alamdimungkinkan dihasi lkan strukturinterkalasi di dalam matrik karet alamsehingga karakteristik pematangan dan sifatmekanik menjadi lebih baik daripada karetalam tanpa bahan pengisi dan karet alamberbahan pengisi bentonit. Penggunaanasam stearat pada organobentonit lebihmeningkatkan karakteristik pematangandan sifat mekanik vulkanisat karet alam,dikarenakan efek ekspansi organobentonitoleh asam stearat, sehingga organobentonitterinterkalasi dan memudahkan karet alammasuk ke dalam galeri organobentonit.

Organobentonit yang telah terekspansi asamstearat (S-OB) memiliki waktu matangoptimum dan waktu pamasakan dini yangpaling cepat, selain itu juga memiliki nilaimodulus 100%, perpanjangan putus, dankekerasan yang lebih tinggi dibandingkancarbon black , pada dosis bahan pengisi yangsama sehingga bahan pengisi jenis inimemiliki prospek untuk dikembangkansebagai bahan pengisi substitusi ataukomplementer dengan carbon black padaberbagai aplikasi.

G u n a m e n a m b a h t i n g k a toptimalisasi penelitian tentang pembuatanorganobentonit dari bentonit alamhendaklah terlebih dahulu disusuninformasi mengenai kapasitas tukar kation(KTK) untuk seluruh sumber bentonit alam

yang ada di Indonesia.


K e

k e r a s a n

H a r d n e s s

( S h o r e

A )

K e t a

h a n a n

S o b e

k

T e a r R e s i s t a n c e

( N / m m

)

8/17/2019 150-340-1-SM

10/11

DAFTAR PUSTAKA

Alexandre, M and Dubois, P. 2000. Polymer-Layered Silicate Nanocomposites:

Preparation, Properties and Uses of aNew Class of Materials. MaterialsScience and Engineering 28: 1 – 63.

Arroyo, M., Lopez-Manchado, M. A., and

H e r r e r o , B . 2 0 0 3 . O r g a n o -Montmorillonite as Substitute ofCarbon Black in Natural RubberCompounds.Polymer 44: 2447 – 2453.

Bergaya, F., Jaber, M., and Lamber, J-F.2011. Clays and Clay Mineral. Rubber- Clay Nanocomposites; Science,

Technology and Applications, FirstEdition . John Wiley & Sons. Inc, New Jersey.

Cervantes-Uc, J.M., Cauich-Rodr´ıguez, J.V., V´azquez-Torres, H., Garfias-Mes´ıas, L.F., and Paul, D.R. 2007. Thermal Degradation of CommerciallyAvailable Organoclays Studied by TGA–FTIR. Thermochimica Acta 457:92 – 102.

Chakraborty, S., Kar, S., Dasgupta, S.,Mukhopadhyay, R., Bandyopadhyay,S., Joshi, M., and Ameta, S.C. 2010.Study of the Properties of In-SituSodium Activated and OrganomodifiedB e n t o n i t C l a y – S B R R u b b e rN a n o c o m p o s i t e s – P a r t 1 :Characterization and RheometricProperties. Polymer Testing 29: 181 –187.

Das, Amit., Stockelhuber, Klaus Werner.,Wang, D.Y., Heinrich, Gert., andDresden. 2010. Synergistic Effects ofExpanded Nanoclay and Carbon Black

on Natural Rubber Compounds. RawMaterial and Application : 296 – 302.

Hongping, H., Rayb, F.L, and Jianxi, Z.2004. Infrared Study of HDTMA+Interca lated Montmori l l on i te .Spectrochimica Acta A 60: 2853 – 2859.

International Carbon Black Association.2004. Carbon Black User's Guide.Safety, Health and EnvironmentalInformation . International CarbonBlack Association, USA

Juwono, A.L and Edward, G. 2006. A Study ofC l a y - E p o x y N a n o c o m p o s i t e sConsisting of Unmodified Clay andOrgano Clay. Makara Sains 10(1): 6 –

12.

Kim, M-S., Kim, D-W., Chowdhury, S. R., andKim, G-H. 2006. Melt-CompoundedButadiene Rubber NanocompositesWith Improved Mechanical Propertiesand Abrasion Resistance. J. Appl.Polym. Sci . 102: 2062 – 2066.

Lopez-Manchado. M.A, Herrero. B, andArroyo, M. 2003. Preparation andCharacterization of OrganoclayNanocomposites Based on NaturalRubber. Polymer International 52: 1070 – 1077.

Mohan, T.P., Kuriakose, J., and Kanny, K.2011. Effect of Nanoclay Reinforcementon Structure, Thermal and MechanicalProperties of Natural Rubber–StyreneButadine Rubber (NR–SBR). Journal ofIndustrial and Engineering Chemistry 17: 264 – 270.

Pluart, Le.L., Duchet, J., Sautereau., andG e r a r d , J . F . 2 0 0 2 . S u r f a c eModifications of Montmorillonite for

Tailored Interfaces in Nanocomposites. The Journal of Adhesion 78: 645 – 662.

Ramorino, G., Bignotti, F., Pandini, S., andR i c c ò , T . 2 0 0 9 . M e c h a n i c a lR e i n f o r c e m e n t i n N a t u r a lRubber/Organoclay Nanocomposites.Composites Science and Technology 69:1206 – 1211.

Teh, P.L., Mohd Ishak, Z.A., Hashim, A.S.,Karger-Kocsis, J. and Ishiaku, U.S.2004. Effects of Epoxidized Natural

Rubber as a Compatibilizer in MeltCompounded Natural Rubber-Organoclay Nanocomposites. EuropeanPolymer Journal 40: 2513 – 2521.

Yong Ma, You-Ping Wu, Li-Qun Zhang, andQi-Fang Li. 2008. The Role of RubberCharac t e r i s t i c s i n P r e pa r i ngRubber/Clay Nanocomposites by MeltCompounding. Journal of AppliedPolymer Science 109: 1925 – 1934.


54

8/17/2019 150-340-1-SM

11/11

Zhang, X., and Loo, L. S. 2008. Morphologyand Mechanical Properties of a NovelAmorphous Polyamide/NanoclayNanocomposite. J. Polym. Sci. Part B:

Polym. Phys . 46: 2605 –2617.

55


Documents

150-340-1-SM