ADITIF DALAM PLASTIK

Bahan Aditif dalam Material Polimer

- Sebagian besar material plastik tidak dapat digunakan langsung tanpa tambahan bahan

kimia lain yang disebut aditif. Dengan tambahan berbagai macam aditif, sifat-sifat

material polimer, baik sifat mekanik-fisik maupun sifat kimianya dapat diperbaiki,

sehingga material polimer dapat berfungsi secara optimal.

- Penambahan aditif ke dalam material plastik bertujuan untuk meningkatkan kemudahan

pemrosesan dan memperbaiki sifat-sifat polimer seperti: ketahanan terhadap panas,

oksigen, sinar UV maupun bahan kimia, ketahanan terhadap impact, tensile strength,

ketahanan abrasi, dll.

Klasifikasi Aditif

- Modifiers

Impact Modifiers, Nucletion Agents, Plasticizers, Foaming Agent, Crosslinking Agents

- Property Improvement Agents

Antioxidants, Heat-, Light Stabilizers, Antistatics, Flame Retardants

- Processing Agents

Mould release agents, anti blocking agents, slip agent

Bahan Aditif dalam Material Polimer

- Antioxidants :mencegah reaksi oksidasi polimer

- UV – Stabilizers : melindungi polimer dari degradasi yang disebabkan oleh radiasi sinar

UV

- Plasticizer : memperbaiki sifat alir polimer sehingga mempermudah pemrosesan

- Fillers : memperbaiki sifat mekanik polimer

- Antistatic Agent : mengurangi sifat surface electrical charges dari polimer, mencegah

me-nempelnya debu pada permukaan polimer

- Blowing Agent : memberikan efek expanding pada material sehingga polimer memiliki

kerapatan yang lebih kecil

- Lubricant : mencegah menempelnya polimer pada cetakan dan bagian-bagian mesin

yang lain, mengurangi gaya gesek (friction) antar molekul polimer

- Nucleating Agent : mengontrol pertumbuhan spherulites dalam polimer semi-kristalin.

NA me-mungkinkan pertumbuhan sphrellites kecil tapi banyak, dari pada satu sphrellite

yang berukuran besar.

- Flame Retardant : mencegah terbakarnya material

Gambaran umum Konsumsi Aditif dalam Poliolefin (Dunia, 1998 )

Sumber: TownsendTarnell – specialschem. On Line

Gambaran umum Konsumsi Aditif dalam PVC (Dunia, 1998 )

Sumber: TownsendTarnell – specialschem. On Line

Antioxidant

- Seperti bahan kimia organik yang lain, polimer, baik alam maupun sintetis, dapat

bereaksi dengan oksigen.

- Sifat sensitifitas terhadap oksigen untuk setiap polimer berbeda satu sama lain. PP lebih

mudah teroksidasi, bahkan pada suhu kamar, dibandingkan dengan PS atau PMMA yang

relatif stabil pada suhu kamar, bahkan pada suhu pemrosesan.

Terjadinya reaksi Oksidasi:

- Saat pemrosesan resin

- Saat penyimpanan resin

- Saat produk barang plastik digunakan

Peristiwa Degradasi Polimer

Setelah polimerisasi polimer mengalami berbagai tahapan proses sebelum menjadi produk akhir:

pelletizing, componding, ekstrusi & pencetakan à potensi terdegradasi karena shear, panas dan

oksigen (reaksi oksidasi)

Efek Reaksi Oksidasi

- Menurunkan berat molekul polimer à akibat chain scission

- Meningkatkan berat molekul (menjadi keras dan getas) akibat reaksi rekombinasi

Kedua reaksi tersebut dapat terjadi secara simultant

Akibat Oksidasi Polimer:

- Berkurang/hilangnya kekuatan mekanik

- Permukaan menjadi kasar (timbul crack)

- Perubahan warna

- Perubahan Melt Flow

Prinsip Pencegahan Reaksi Oksidasi

- Memodifikasi Struktur Polimer

- Penggunaan Antioksidant, light stabilizer dll

Fungsi utama antioksidant:

Mencegah/memperlambat terjadinya oksidasi material polimer baik oleh udara maupun oleh

oksidator lain.

Pencegahan dilakukan selama penyimpanan, pemrosesan atau pada saat pemakaian.

Pemakaian antioxidant : s/d 2 %-berat.

Konsumsi Antioksidant pada Resin:

PP : 40%

PE : 25%

Turunan stiren : 15%

Engineering Resin : 10%

PVC : 5%

Resin lainnya : 5%

(sumber:Philip Towsend Associates, Inc., 1997)

Mekanisme Oksidasi Polimer (Autoxidation)

1. Chain Initiation (langkah pengaktifan):heat/ O2/ uv light/ mech. shear

R - R ® 2 R*

R - H ® R* (radikal alkil)

2. Chain Propagation:

R* + O2 ® R – O – O* (radikal peroxid)

R – O – O* + RH ® R – O – O – H + R*

hidro peroxid

3. Chain Branching:

ROOH ® R - O* + *O – H (dekomposisi hidro peroxid)

(radikal alkoxi) (radikal hidroxil)

2 ROOH ® RO* + R – O – O* + H2O

4. Chain Termination:

RO2* ® produk yang tidak aktif + O2

RO2* + R* ® ROOR

2 R* ® R – R

2 R* ® RH + Olefin

Siklus Oksidasi Polimer

Mekanisme Oksidasi PE

Mekanisme Oksidasi PP dengan keberadaan Oksigen

Klasifikasi Antioxidant

- Primary Antioxidant (Preventive AO)

Me-non-aktifkan radikal peroxid maupun radikal alkil yang terbentuk dalam tahap

pengaktifan dan tahap propagasi dengan membentuk radikal lain (misal: phenoxy) dan

produk samping yang stabil.

- Secondary Antioxidant (Chain Branching AO)

Menguraikan senyawa hidro peroxid dengan membentuk

senyawa yang lebih stabil.

- Metal Deactivators

Menangkap ion-ion logam yang terdapat dalam polimer dengan membentuk senyawa

kompleks (Chelats) yang stabil.

Untuk mendapatkan hasil yang optimal, penggunaan AO primer

harus dikombanasikan dengan penggunaan AO sekunder

Primary Antioxidant

Mekanisme reaksi primary AO dengan radikal:

Radikal alkil maupun radikal peroxid akan ditangkap oleh primer AO, bisa berupa senyawa H-

Donor atau alkyl radical scavenger. Reaksi lanjut dari radikal yang terbentuk secara struktur

kimia akan terhalang.

Contoh H-Donor : turunan phenol, secondary aromatic amines

Contoh Alkyl radical scavenger : hindered amines light stabilizer (HALS), hydroxyl amines,

turunan Benzofuranon.

Mekanisme Reaksi primer AO (H-Donor):

R-O-O* + R-H ® R-O-O-H + R* (k1)

(tahap yang menetapkan kecepatan autoxidation polimer)

R-O-O* + In-H ® R-O-O-H + In* (k2)

In* + R-H ® R-O-O-H + R* (k3)

efektif H-donor jika: k2 >> k1 ; k3 << k2

Secondary Antioxydant

Mekanisme reaksi secondary AO:

P(OR)3 + R1OOH ® OP(OR)3 + R1OH

R1-S-R2 + ROOH ® R1-SO-R2 + ROH

Menguraikan senyawa hidro peroxid yang terbentuk dalam tahap propagasi dan membentuk

produk yang non-radikal, non-reactive dan tahan terhadap panas.

Antioxidant sekunder yang banyak digunakan adalah senyawa aromatic phosphite, thioethers.

Metal Deactivator

- Ion-ion logam mangan, tembaga, besi, kobalt, dan nikel

dapat mengaktifkan/mempercepat terjadinya oksidasi pada

polimer.

- Senyawa tertentu, seperti diacylated hydrazine, dapat

membentuk senyawa kompleks yang sangat stabil dengan

ion-ion logam tersebut diatas.

Antioxidant penting dalam thermoplastic (dunia, 1997)

- Turunan phenol : 50 %

- Aromatic Phosphites : 33 %

- Thioethers : 8 %

- Others : 9 %

Ilustrasi: cara kerja H – Donor

Contoh: Phenolic Stabilizer

Ilustrasi: cara kerja Radical Scavenger