PENGANTAR MATERIAL TEKNIK

Pendahuluan

Bahan-bahan atau material-material merupakan sebuah kebutuhan bagi peradaban manusia sejak dahulu. Manusia memerlukan material tersebut untuk dapat menghasilkan suatu produk yang dapat membantu aktivitas manusia yang selalu berhubungan dengan keperluan manusia dari sandang, pangan, papan, transportasi, komunikasi, dan lain-lain.

B. Perkembangan LogamPerkembangan peradaban manusia juga dapat dilihat dari kemampuannya untuk membuat dan mengolah bahan-bahan tertentu menjadi suatu alat yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan hidupnya (jaman batu, perunggu dsb). Pada tahap awal manusia hanya mampu mengolah bahan apa adanya seperti yang tersedia di alam misalnya : batu, kayu, kulit, tanah dan sebagainya. Perkembangan peradaban manusia dan dengan adanya bahan-bahan alam tersebut bisa diolah kembali sehingga menghasilkan kualitas bahan yang lebih tinggi.Pada 50 tahun terakhir para saintis menemukan hubungan sifat sifat bahan dengan elemen struktur bahan. Sehingga bisa diciptakan puluhan ribu jenis bahan yang mempunyai sifat - sifat yang berbeda.

Banyak sekali material yang telah lama dikenal manusia. Seperti contohnya adalah logam, logam telah digunakan oleh manusia sejak 3000 SM, manusia telah menggunakan berbagai jenis dari logam yang digunakan sebagai alat-alat yang berfungsi untuk membantu dan memudahkan pekerjaan manusia. Contoh lainnya adalah tembaga, bahan ini telah digunakan sejak 3200-2300 SM, oleh karena itu, disebut Zaman Tembaga. Perunggu pada kisaran waktu 2300-700 SM dan zaman tersebut adalah Zaman Perunggu. Penggunaan logam kemudian telah merambah ke berbagai aspek kehidupan manusia karena setelah ditemukannya besi yang memiliki kekuatan yang lebih daripada tembaga dan perunggu, zaman ini kemudian disebut sebagai Zaman Besi dan dimulai pada kisaran tahun 700-1 SM.

Gambar 1. Kapak gelang dan cincinPada tahun 1960 dikatakan sebagai puncak kejayaan material logam. Hal ini disebabkan karena telah ditemukannya material Titanium, Zirconium dan paduannya. Mayoritas pada masa itu para insinyur memfokuskan pada metalurgi, sedangkan untuk material yang lain seperti keramik, komposit dan polimer semakin menurun dan bahkan ada material yang belum populer pada zaman itu. Logam menjadi salah satu yang berkembang pesat pada saat itu karena logam memiliki sifat yang terbaik dari semua jenis material yang ada, baik sifat elastis maupun kekerasannya. Sehingga logam dipandang sebagai material yang serbaguna pada masa itu.Akan tetapi, setelah tahun 1960 sampai sekarang penggunaan material logam semakin menurun oleh karena ditemukannya material lain yang dioptimasi mechanical properties-nya. Dengan memodifikasi material keramik, komposit dan polymer ternyata dapat dihasilkan material yang tangguh, melebihi ketangguhan material logam. Maka sekarang ini banyak penelitian material yang diarahkan ke selain logam mengingat sifat baik yang tersembunyi pada material selain logam tersebut.

C. Perkembangan Keramik

Keramik ternyata telah dipergunakan manusia sejak dulu. Keramik yang banyak ditemukan sebagai artefak-artefak peninggalan kebudayaan. Pada zaman itu, keramik ini banyak dipergunakan sebagai benda hiasan, wadah, dan suatu tempat untuk menaruh barang yang terbuat dari tanah liat yang dibakar. Pada abad 20, bahan keramik telah dipergunakan dan dikembangkan menjadi alat-alat keteknikan. Material keramik untuk bidang rekayasa adalah material yang mampu menahan suhu tinggi yang tidak mampu ditahan oleh logam. Semikonduktor adalah salah satu contoh hasil dari rekayasa bahan keramik yang digunakan untuk bahan pembuat barang elektronik. Salah satu keunggulan dari material keramik terbaru adalah ketahanannya terhadap temperatur yang sangat tinggi (> 1200C) dimana logam tidak dapat tahan terhadap suhu tersebut.

Gambar 2 keramik zaman purba

D. Perkembangan Polimer dan Komposit

Setelah itu, pada abad ke-21, semakin banyaknya material baru yang ditemukan dan dikembangkan. Penemuan baru pada abad itu adalah berawal dari proses lebih lanjut atau eksplorasi terhadap minyak bumi yang ternyata tidak hanya menghasilkan bahan bakar saja tetapi pula material. Material yang diciptakan dari turunan miyak bumi ini adalah polimer dan polimer tersebut kemudian dikembangkan lagi menjadi turunan polimer dengan sifat yang lebih bervariasi lagi. Material polimer memiliki keunggulan yakni densitasnya yang rendah sehingga banyak diaplikasikan pada produk sehari-hari seperti untuk packaging, wadah, ataupun aksesoris rumah. Pengembangan material ini tidak hanya berhenti pada ketiga jenis material yang telah dijelaskan sebelumnya, akan tetapi terus dilanjutkan dan diproses lagi dengan menggabungkan material-material berbeda untuk memperoleh sifat material yang lebih baik. Material ini kemudian disebut sebagai komposit. Material komposit dikembangkan dengan menggabungkan beberapa jenis material berbeda untuk mendapatkan sifat material yang lebih baik yang berasal dari perpaduan masing-masing material penyusun komposit tersebut.

Tabel 1. Berbagai contoh polimer

E. POLIMER

Polimer atau disebut juga sebagai makromolekul, adalah molekul besar yang dibangun oleh pengulangan kesatuan kimia yang kecil dan sederhana. Kesatuan-kesatuan berulang itu setara dengan monomer, yaitu bahan dasar pembuat polimer (tabel 1). Akibatnya molekul-molekul polimer umumnya mempunyai massa molekul yang sangat besar. Sebagai contoh, polimer poli (feniletena) mempunyai harga rata-rata massa molekul mendekati 300.000. Hal ini yang menyebabkan polimer tinggi memperlihatkan sifat sangat berbeda dari polimer bermassa molekul rendah, sekalipun susunan kedua jenis polimer itu sama.

Sejarah Polimer

Polimer sebenarnya sudah ada dan digunakan manusia sejak beberapa abad yang lalu, contohnya polimer alam seperti selulosa, pati, protein, wol, dan karet. Istilah polimer pertama kali digunakan oleh kimiawan dari Swedia, Berzelius (1833). Berkembangnya industri polimer ini diawali ketika Charles Goodyear dari Amerika Serikat berhasil menemukan vulkanisasi pada tahun 1839. Setelah itu berbagai modifikasi polimer pun mulai berkembang seperti: Pada tahun 1870, modifikasi selulosa dengan asam nitrat Pada tahun 1907, ditemukan damar fenolik Pada tahun 1930, ditemukan Poli fenol etena atau Polistirena Pada tahun 1933, ditemukan Polietena atau Polietilena di laboratorium ICI di Winnington, ChesireSetelah ini sejumlah penemuan baru banyak dilakukan untuk menciptakan berbagai sistem polimer baru maupun menaikkan kualitas material polimer yang telah ada dan dikembangkannya. Hasilnya tampak sebagai produk industri polimer yang begitu beragam sebagaimana yang terlihat sekarang ini. Hingga pada tahun 1970 sudah terdapat lebih dari 25 produk polimer, dan pada tahun 1980 polimer mencapai 2 juta m3 tiap tahunnya, melebihi produksi kayu dan baja. Dengan berkembangnya industri polimer, ternyata membawa dampak positif terhadap jumlah pengangguran. Hal ini disebabkan karena industri polimer menyerap banyak tenaga kerja. Keunggulan lainnya dari polimer adalah sifat-sifat polimer yang karakteristik ini antara lain: Mudah diolah untuk berbagai macam produk pada suhu rendah dengan biaya murah Ringan; maksudnya rasio bobot/volumnya kecil Tahan korosi dan kerusakan terhadap lingkungan yang agresif Bersifat isolator yang baik terhadap panas dan listrik Berguna untuk bahan komponen khusus karena sifatnya yang elastis dan plastis Berat molekulnya besar sehingga kestabilan dimensinya tinggiIndustri polimer disuatu negara sangat berpengaruh terhadap ekonomi negara tersebut. Semakin besar penggunaan polimer, menunjukkan semakin pesat perkembangan ekonomi suatu negara.

Klasifikasi Polimer

Berdasarkan pola susunan monomernya polimer dibedakan atas beberapa jenis yaitu; 1. Periodic copolymers, monomernya tidak berlainan. 2. Alternating copolymers, monomernya berlainan secara bergantian. 3. Statistical copolymers, monomernya tersusun secara acak (random). 4. Block copolymers, tersusun atas satu atau lebih subunit homopolimer. Jika terdiri dari dua homopolimer maka disebut diblock copolymer, jika terdiri dari tiga maka disebut sebagai triblock copolymer. 5. Graft copolymer, mengandung rantai cabang yang berbeda dengan rantai induk polimer. Ada banyak jenis polimer yang sudah dikembangkan. Ada yang disebut sebagai thermoset dan ada pula yang disebut sebagai thermoplast. Polimer thermoset contohnya adalah phenolics, melamine, epoxy. Polimer jenis ini akan melunak jika dipanaskan namun tidak dapat dibentuk dan tidak akan mengalir. Sedangkan themoplastik, yang contohnya adalah polyethylene, polypropylene, PVC, PTFE/Teflone, dan polystyrene, melunak dan mudah dibentuk ketika dipanaskan. Lalu ketika didinginkan akan menjadi kaku. Polimer jenis ini dapat didaur ulang karena jika dipanaskan ia akan melunak dan dapat dibentuk lagi menjadi benda lainnya.

PolimerisasiReaksi polimerisasi ada yang disebut addisi dan kondensasi. Polimerisasi addisi adalah polimer yang terbentuk dari monomer berikatan satu sama lain tanpa kehilangan atom atau molekul. Ada tiga tahapan yang berlangsung ketika polimer terbentuk melalui reaksi polimerisasi addisi yakni (1) tahap inisiasi (initiation), (2) tahap propagasi (propagation), dan (3) tahap terminasi (termination). Beberapa contoh polimer addisi adalah sebagai berikut:

Tabel 2. Jenis polimer addisi dan aplikasinyaSedangkan polimerisasi kondensasi adalah polimer yang terbentuk dari monomer dengan disertai hilangnya atom atau molekul yang dapat menjadi air. Monomer pada polimerisasi kondensasi adalah gugus-gugus fungsional yang memiliki dua karakterisasi yakni; 1. Selain berikatan ganda, monomer juga memiliki gugus fungsional (seperti alcohol, amine, atau gugus asam karboksil). 2. Tiap monomer setidaknya memiliki dua situs reaktif, yang biasanya berarti dua gugus fungsional.

Beberapa jenis polimer kondensasi adalah sebagai berikut ini:

Tabel 3. Jenis polimer kondensasi dan aplikasinya

Aplikasi Polimer

Gambar 4. Aplikasi polimer

Beberapa jenis polimer thermoplastic dapat didaur ulang, berikut ini adalah contohnya dengan symbol daur ulang masing-masing;

Tabel 3. Kode daur ulang beberapa polimer thermoplastic

Kerugian Polimer 1. Pada EkosistemPencemaran tanah juga dapat memberikan dampak terhadap ekosistem. Perubahan kimiawi tanah yang radikal dapat timbul dari adanya bahan kimia beracun/berbahaya bahkan pada dosis yang rendah sekalipun. Perubahan ini dapat merusak rantai makanan apabila rerumputan atau produsen tingkat 1 terkontaminasi bahan-bahan plastik yang notabene berasal dari zat yang beracun.

Gambar 5. Kerusakan Tanah2. PertanianDampak pada pertanian terutama perubahan metabolisme tanaman yang pada akhirnya dapat menyebabkan penurunan hasil pertanian dan konservasi tanaman. Beberapa bahan pencemar ini memiliki waktu paruh yang panjang dan pada kasus lain bahan-bahan kimia derivatif akan terbentuk dari bahan pencemar tanah utama.

Solusi

Cara yang dapat dilakukan untuk menanggulangi pencemaran tanah pada tanah adalah: RemediasiRemediasi adalah kegiatan untuk membersihkan permukaan tanah yang tercemar. Ada dua jenis remediasi tanah, yaitu in-situ (atau on-site) dan ex-situ (atau off-site). Pembersihan on-site adalah pembersihan di lokasi. Pembersihan ini lebih murah dan lebih mudah, terdiri dari pembersihan, venting (injeksi), dan bioremediasi.Pembersihan off-site meliputi penggalian tanah yang tercemar dan kemudian dibawa ke daerah yang aman. Setelah itu di daerah aman, tanah tersebut dibersihkan dari zat pencemar. Caranya yaitu, tanah tersebut disimpan di bak/tanki yang kedap, kemudian zat pembersih dipompakan ke bak/tangki tersebut. Selanjutnya zat pencemar dipompakan keluar dari bak yang kemudian diolah dengan instalasi pengolah air limbah. Pembersihan off-site ini jauh lebih mahal dan rumit. BioremediasiBioremediasi adalah proses pembersihan pencemaran tanah dengan menggunakan mikroorganisme (jamur, bakteri). Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun (karbon dioksida dan air).

Cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi pencemaran tanah pada plastik adalah: Mengurangi (reduce)Sebisa mungkin meminimalisasi barang atau material yang kita pergunakan. Semakin banyak menggunakan material, semakin banyak sampah yang dihasilkan. Menggunakan kembali (reuse)Sebisa mungkin pilihlah barang-barang yang bisa dipakai kembali. Hindari pemakaian barang-barang yang sekali pakai. Mendaur ulang (recycle)Sebisa mungkin, barang-barang yang sudah tidak berguna didaur ulang lagi. Tidak semua barang bisa didaur ulang, tetapi saat ini sudah banyakindustri rumah tangga yang memanfaatkan sampah menjadi barang lain.