Pro.\'iding Pertemuan Ilmiah Sains Materi IIISerpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

KESTABILAN HASIL KOPOLIMERISASI TEMPEL IRADIASIPOLIPROPILENA DENGAN MONOMER HIDROFIL

TERHADAP PROSES TERMAL DAN PENYIMPANAN

536

Isminingsih GitopadmojoBalai Besar LITBANG Industri Tekstil

ABSTRAK

KESTABILAN HASIL KOPOLIMERISASI TEMPEL IRADIASI POLIPROPILENA DENGAN MONOMER

HIDROFIL TERHADAP PROSES TERMAL DAN PENYIMPANAN. Serat polipropilena(pP) diiradiasi dengan sinar gamma

Co-60 pada suhu kamar (:!: 20°C) dalam kondisi vakum, laju dosis I Mrad/jam clan dosis total I -5 Mrad. PP yang telah diiradiasi

kemudian dikopolimerisasi tempel dengan beberapa monom,er, seperti asam akrilat (AA), vinilpirolidon (VPO), etilenglikol

akrilat (EGA) clan dimetilaminoetil metakrilat (DAME). Hasil kopolimerisasi tempel iradiasi kemudian diberi perlakuan panas

dengan alat DSC (differential scanning calorymetry) clan TGA (thermogravimetry analysis), untuk membandingkan kestabilan

sifat tennalnya terhadap pemanasan dari suhu -80°C sampai 500°C. Hasil kopolimerisasi tempel juga disimpan dalam suatu

ruang penyimpanan dengan atmosfer udara pada suhu kamar selama waktu I bulan sampai dengan 42 bulan, untuk dibandingkan

kestabilal1 sifat mekal1ikannya di dalam penyimpanan clan dilakukan analisa penyebab kerusakan. Kestabilan kolimer tempel PP

terhadap proses termal dil1yatakan dalam suhu degradasi tertinggi, dicapai berturut-turut oleh PP- VPO > PP-AA > PP-EGA >

PP-DAME, Sedangkan kestabilal1 terhadap penyimpanan diberikan berdasarkan kekuatan tank tertinggi dengan urutan : PP-VPOPP-DAME PP-EGA > PP-AA. dengan kerusakan yang disebabkan oleh fotooksidasi.

ABSTRACTTHE GRAFTING YIELDS STABILITY OF IRRADIATION INDUCED GRAFT COPOLYMERI-ZATION OF

POLYPROPYLENE WITH HYDROPHYLIC MONOMERS TO THERMAL PROCESSING AND STORAGING.Polypropylene fibres (PP) were subjected to Co-60 gamma irradiation at room temperature (20.C) in vacuum condition. with thedose rate of] Mrad/hour and total doses rate from 1-5 Mrad. The irradiated PP were then being copolymergrafted with variousmonomers. such as acrylic acid (AA), vinylpyrollidone (VPO), ethyleneglycol acrylate (EGA) and dimethylamoniethyl methacrylate(DAME). The copolymergrafted PP were subjected to heat treatment from the temperature of -80.C up to 500.C, by means ofDSC (diffi,renlial scalming calor.vmelry) and TGA (lhermogravymelry analysis) to compare its thermal stability. Thecopolymergrafted PP were also kept in storaging room in atmosphere condition at room temperature for 1-42 months, to compareits mechanical stability as well as to analyse its origin of degradation. The most stable copolymergrafted PP to thermal processingin tem1!; of highest degradation temperature were obtained in the respected order: PP- VPO > PP-AA > PP-EGA > PP-DAME.While its stability to storaging were given in terms of highest breaking srength as respected order of PP- VPO > PP-DAME >PP-E(.A PP-AA. which was due to the degradation by photooxidation.

PENDAHULUAN

Polipropilena (PP) isitaktik dalarn bentuk serat ataubenang dapat digunakan sebagai bahan baku untuk dasarkarpet. pita penguat. tali. jaring, net, layar kapal, jaketpelampung daD sebagainya, oleh industri pelayaran,perikanan, daD perlengkapan olah raga [1]. Namun untukdigunakan sebagai ballaD sandang, serat PP mempunyaibeberapa kekurangan, antara lain tidak menyerapkcringat, tidak mudah diwamai, tidak tahan panas daDtidak tahan larnadi dalam penyimpanan [2,3].

Proses kopolimerisasi tempel secara iradiasi awalterhadap polopropilena yang diikuti oleh proseskopolimerisasi tempel dengan monomer hidrofil, dapatmerubah sifat PP daTi bersifat hidrofobik menjadihidrofilik. Hasil kopolimerisasi tempel tersebut sangatbergantung pada kondisi iradiasi (laju dosis, dosis total,suhu daD atmosfir iradiasi) daD kondisi kopolimerisasitempcl (jenis daD konsentrasi monomer, suhu daD waktu

reaksi) dan mekanisme reaksi yang terjadi [2-9]. Proseskopolimerisasi tempel iradiasi serat PP dengan monomerhidrofil menghasilkan bahan baku untuk tekstil yang

dapat dicelup dengan beberapa jenis zat warna,mempunyai kemampuan menyerap kelembaban sampaimenyamai nilon (poliamida) dan mendekati kapas [1,3].Hasil penelitian tersebut memberikan harapan tinggiuntuk menggunakan serat PP sebagai bahan baku tekstiluntuk industri sandang, mengingat bahan dasar untukmembuat polipropilena, yakni gas propilen tersedia dalamjumlah sangat besar, sebagai halnya poliester (polietilentereftalat) dengan bahan dasar gas etilen yang telahbanyak diproduksi di Indonesia.

Dari studi terdahulu ten tang mekanisme dankinetika reaksi kopolimerisasi tempel iradiasi PP denganmonomer hidrofil telah disebutkan bahwa pertumbuhanbasil kopolimerisasi tempel dapatdikontrol darijumlahradikal awal pacta PP, konsentrasi monomer, dan waktu

l\'mining.\'ih Gitopadm~io dkk. 281

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sain... Materi IIISerpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

reaksi dcngan suhu reaksi yang tetap [3-6). Pertumbuhantersebut dapat mengikuti kinetika reaksi dengan regresieksponensial untuk mekanisme reaksi dengan urutan:inisia.5i propaga.5i -alihrantai dari kopolimermakroradikal ke monomer. Pertumbuhan selanjutnyadapat mengikuti kinetika

Reaksi dengan regresi logaritmik untuk mekanismereaksi dengan urotan: ini.5iac5i-propagac5i -terminasisecara penggahungan atau disproporsionasi antarkopolimer makroradikal.

Di dalam penelitian ini akan dipelajari tentangkestabilan basil kopolimerisasi tempel iradiasipolipropilena dengan monomer hidrofil terhadap prosestennal dan penyimpanan. Polipropilena dengan titik lelehsekitar 160"(, k1uang memenuhi syarat untuk bahan bakutekstil, yang sering menga.lami proses pewarnaan danpenyempurnaan resin pada suhu tinggi. dengan proseskopolimerisasi tcmpcl diharapkan senyawa hidrofilsebagai kopolimer dapal meningkatkan sifat tcrmal PP-asli. Polipropilena juga mudah rusak di dalampenyimpaI1an. karena tidak lahan terhadap fotooksidasi.Kopolimcrisasi lempel PP dengan monomer yang tahanfotooksidasi. diharapkan dapat meningkatkan kestabilanPP di da.lam penyimpanan 12).

EKSPERIMENTAL

Setelah proses iradiasi, PP dalam ampuldivakmnkan lagi untuk mengeluarkan gas hidrogen yangdilepas oleh PP-radikal selama proses iradiasi, kemudiandiisi monomer sebanyak 20 x berat benang PP, daDdilakukan pembekuan monomer untuk proses pengawa-gas (degassing). Proses kopolimerisasi tempel dilakukanterhadap PP-radikal dalam kondisi bebas gas (terutamaoksigen), dengan variasijenis monomer, yaitu monomeranion (asam akrilat = AA); kation (vinil pirolidon = VPOdaD dimetilaminoetil metakrilat = DAME) daD jenisnonion (etilenglikol akrilat = EGA). Proseskopolimerisasi

tempel dilakukan pada suhu 70°C dengan bantuanpenangas air selama 60 menit.

Setelah proses kopolimerisasi tempel dilakukan

proses penghilangan homopolimer dengan carapencucian dalam detergen nonionik 1 cc/l daD air panassuhu 40°C, selama 5 meDii, kemudian dibilas dengan airdingin dan diek,straksi dengan alkohol teknis (90%) padasuhu didihnya selama 6 jam dalam keadaan bebas

oksigen.Proses terma.1 suhu tinggi dalam penyempurnaan

tekstil meliputi pemantapan panas (heat setting) padasuhu 180°C, dan pemanasan awetan (curing process)pada suhu 150°C-180°C untuk polimerisasi resin. Suhutersebut diatas titik leleh PP, diharapkan dalam bentukkopolimer dapat tahan terhadap perlakuan suhu tinggitersebut. Untuk mewakili perlakuan proses termaldigunakan alat untuk analisis termal DSC (differential."canning calorymeter) daD TGA (thermogravimetryanalysi.,,) dari subu -80° C sampai dengan 500°C, sehinggaselain dapat dilakukan analisis sekitar titik leleh PP-asli,dapat juga diamati perubahan sifat fisika yang lain, yaituperubahan suhu transisi gelas (Tg), suhu penguapanmateri volatil (Tv), entalpi penguapan (Bv), titik leleh(Tm), entalpi pelelehan (Hm), suhu degradasi PP daD

kopolimemya (Td), energi pengaktifan degradasi (Ead)daD kekristalan (Cr) basil kopolimerisasi PP denganmonomer hidrofil [5-8,15]. Dari asumsi tersebut makakestabilan proses termal dapat diamati daTi perubahansifat fisika kopimer tempel dan PP -asli pada analisis termaldengan DSC daD TGA.

Kestabiian terhadap penyimpanan diukur denganmenguji sifat mekanik (kekuatan tarik sampai putus),setelah basil kopolimerisasi tempel mengalamipenyimpanan dari satu bulan sampai dengan 42 bulan,pada atmosfer udara daD suhu kamar di dalam kantong

plastik transparan.Untuk mengetahui penyebab degradasi pada PP

daD kopolimerrnya akibat penyimpanan, dilakukananalisisjenis radikal dengan spektroskopi ESR, PP ataukopolimemya ditempatkan di dalam tabung suprnsil daDdianalisis seperti halnya pada pengukuran jenis daDjumlah radikal dengan alatESR [2,3,7,9].

Oi dalam penelitian ini digunakan bahan tekstilpolipropilena isotaktik dalam bentuk serat (dengankehalusan 1,5 denier, titik leleh 160"C-170"C, daD beratjenis 0.99 g/cm3). Dan bentuk benang(dengan kehalusan/ nomor benang 29,78 Tex atau Ne} 30).

Pro~ iradiasi awal dilakukandengan SUlnber sinargamma CO-60 dari iradiator Pagure dengan kekuatan :!:20.000 Ci dari Pusat Studi Nuklir di Saclay (CEN deSaclay), Perancis. Laju dosis I Mrad/jam dengan variasidosis iradiasi 0.5 -5 Mrad. Proses iradiasi dilakukanpacta suhu 20"C dalam kondisi vakum dengan tekanan10-2 Torr.

U ntuk mengukur jumlah radikal dilakukan analisisdengan speltroskopi ESR (Electron .Spin Resenance),PP dalam bentuk serat yang telah dipotong halusditempatkan di dalam tabung suprasil belbentuk kapilersepanjang 30 cm. dengan tingi contoh sepanjang 4 cm.Sebelum tabung ditutup secara tiup gelas, dilakukanpemakuman sampai 10-2 Torr. Alat ESR yang digunakanadalah E-line Varian Model E-112. yang dilengkapidengan layar monitor, alai perekam daD pencatat data.Sebagai standar digunakan etil alkohol absolut yangdisiapkan seperti halnya serat PP di dalam tabungsuptasil yang kemudian diiradiasi daD diukur denganESRpadasuhu rendah (-196"C) [3, 7-9].

Untuk proses kopolimerisasi tempel PP dalambentuk benang ditempatkan di dalam ampul Pyrex volume100 cc, yang dilengkapi dengan kran untuk pemakurnandaD pemasukan monomer. Sebelum proses iradiasi, PP didalam ampul divakumk.1n sampai tekanan 10-2Torr.

Isminingsih Gitopadmojo dkk.282

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi III,\'erpong, 20- 21 Oktoher 1998 ISSN 1410-2897

BASIL DAN PEMBAHASAN

In

450 J: : c I

: I. 8-_-,300

, 250

200j] 160

.: 100:5 60~

0

-50 .0.1 ~ 2 2.& 3 4 1Variasi dosis iradiasi (Mrad)

--I'M." --10"'-"0 -6-T,-*-.. --T. --T,C' -Tt

Gambar 2. Pengaruh proses termal pada variasi dosisiradiasi dan jumlah radikal terhadap kestabilantermal dan kekristalan kopolimer PP-VPO

500

400

300

200

100

0

Kestabilan kopolimertempel terhadap proses termal

Pengujian kestabilan kopolimer tempel PP-AA,PP-VPO, PP-EGA danPP-DAME terhadap proses tem1aldilakukan dengan alat DSC an TGA. Proses termaldilakukan daTi suhu -80°C-0°C untuk mengukurperubahan transisi gelas, daD dari subu 30°C-500°C untukmenganalisa sifat termal lainnya, serta perubahankekristalan.

Pertmnbuhan jumlah radikal awal dengan semakintingginya dosis total iradiasi dari 0,5 Mrad -5 Mraddihasilkan kopolimer tempel yang semakin tinggi. Haltersebut pada penelitian sebelumnya dijelaskan denganadanya tetapan laju propagasi yang makin besar, sesuaidengan basil kopolimer tempelnya [3,6]. Kestabilankopolimer tempel terhadap proses termal dapat dilihatpada sifat fisika dari basil analisis spektrogram DSC, yangdilaporkan pacta Gambar 1-4. Keempat basil kopolimertempel PP-AA, PP-VPO, PP-EGA danPP-DAME yangdianalisis. diperoleh daTi konsentrasi monomer yanghampir sarna (AA=3,47 mol/I; VPO-3,68 mol/I;EGA=3,42 mol/l dan DAME=3,52 mol/l).

Dari Gambar 1-4, terlihat bahwa denganpeningkatan jumlah radikal awal [pMno'] yang diteTimaPP pacta peningkatan dosis total iradiasi, dihasilkanpersen kopolimer tempel [GJ yang semakin tinggi untuk

].!!.,.,

1Js,

g,~

;3-100 -0.5 1 2 2.5 3 4 5

Variasi dosis total iradiasi (Mrad)

--,PM", -,GIPPEG' -"-T.--H. --Tm -Td-Hm -c. -TO

Gambar 3. Pengaruh proses termal pada variasi dosisiradiasi dan jumlah radika\ terhadap kestabilantermal dan kekristalan kopo\imer PP-EGA

-IO(PP-AA _(PM.oJ -,-T,_H' _Tm _Td-PPAA_Hm -c, -TO

Gambar 1- Pengaruh proses termal pada variasi dosisiradiasi dan jumlah radikal terhadapkestabilan termal dan kekristalan kopolimerPP-AA

Keteran2an Gambar 1-4 : £PMno-J = jumlah radikal

awal pada pp* (hasil iradiasi) dalam unit mol x 10-6;£GJPP-{AA, VPO, EGA dan DAME) = kopolimer

tempel PP dengan masing-masing monomer dalampersen (%); Tv = suhu penguapan air atau gasvolatil dari kopolimer dalam °C; Hv = entalpipenguapan pada Tv dalam kalor/g; Tm = titik lelehPP dalatn kopolimerdalam °C; Td = suhu dekomposisikopolimer dalam OC; Hm = entalpi pelelehan PP dalamkopolimer dalam kalor/g; Cr = kekristalan monoklinikPP dalam kopolimer dalam persen (%); dan Tg =

suhu transisi gelas kopolimer dalam °C.

J.\'miningsih Gitopadmojo dkk. 283

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi IIISerpong, 20- 21 Oktober 1998 /88N1410-2897

~ 120

~ 1-80

~ N

t~ .] 20..a 0

~

=::: I---".,... I

Penurunan suhu transisi gelas daD kekristalan

dengan meningkatnya persen kopolimer tempelmenunjukkan bahwa percabangan pada kopolimersemakin besar, sehingga mennrunkan mobilitas rantai.Adanya ikatan hidrogen yang meningkat akan menaikkanTg daD Cr, daD terjadi sebaliknya apabila terjadi

penambahan gugus-gugus percabangan[7].Untuk mengetahui kestabilan termallebih lanjut,

perIn diamati basil analisa termal dengan alat TGA yangdigabung dengantermogram DSC. Untuk itu dianalisabasil kopolimerisasi tempel dari PP dengan jumlah radika1awal sarna {PMno"] = 255 x 10-6 mol daD menghasilkankopolimer relatif sarna [G) = :t44 % yang diperoleh dari

monomer dengan konsentrasi berturut-turut AA=3,4?moM, VPO-6,32 moM, EGA=2,56 moMdanDAME=2,11moM.

25 50 75

Suhu pemanasan ("C)

Jambar Sa. Kestabilan berat PP-asli (PP-H) dan pp.

kopolimer terhadap proses pemanasan

81-81

e ~~ fIII'-~ "0 -E ~.!! ~ fill i

.~1 31 '

J-3) 0

~.g '10'"

~

-;" -..a-m

~

~- ~

~9J15~~19I1153X1~~7i5 :III ~:B ~ 4... ,

Subu pemana.~an (OC)s"'upemMasan(oC)

[~OP-H--OP.M -,,-op.- --OP.EQA ~OP~ I

Gambar 5b. Termogram DSC contob PP.asli (PP-H) daDPP-kopolimer pada variasi subu pemanasan

Taber

Dari basil analisis sifat fisika, temtama sifat tennal

dengan alatTGAdanDSCpada Gambar5., Tabel 1. daDTabel 2. dapat qiamati besamya persenpenumnan beratPP-kopolimer pada subu Tv, Tm daD Td. Disampingituperlu dianalisis juga besamya persen penyerapan

oS kelembaban yang dibitung dari selisib berat kopolimersebelum daD sesudah pemanasan pada subu 100°C. Padaanalisis dengan alat TGA, adanya penurunan berat diatas

persen penyerapan kelembaban, menunjukkan adanyapenguapan kopolimer yang terdekomposisi,termodegradasi ~P atau PP-kopolimer.

Kestabilan terhadap degrada..,j termal pada contoh polipropilen yang belum dan telah dikopolimerisasitempel iradia"i dengan beberapa monomer hidrofil.

.Jeni.t:ontoh

PenyerapanKelembaban

--Puncak endotermik (C) Berat contoh

yang hilan~Keterangan

~

0.2k-19

T.. Trn I Td. lTd. I Td,158 I -I I

-:r-I

O/O 1,5 7

~

PP-H Titik leleh PPawal degradasi PP

de~radasi laniut PPTitik leleh PP

awal degradasi PPdre~radasi laniut PP

Penguapan airTitik leleh PP

Degradasi PPAAawal degradasi PP

de~radasi laniutPPPenguapan airTitik leleh PP

Degradasi PPVPOawal degradasi PP

de~radasi laniut PPGas volatil EGA

Titik leleh PP! Degradasi PPEGAI awal degradasi PP

l~!:era4asi laniut PP

410435

pp-iradiasi I

I

~:p.*~ IPP-AA I

«(G)=44.120;0)

0,2 19 158 >1

10

.1Q.

1,52,75

1518~

;0.11,5

12,513

-12-4151825

~

410

~

4,2 21 87157

160

41043~

PP-VPO([G)=

44.IO,,}

4.35 7~-6

157385

410

~

PP-EGA([G)=39,8%)

2.08 9 135159

335410

41Spp. i 1,63 I 4 Gas volatil DAME

DAME! j 157 5 Titik leleh PP" '(IG~= '. f II 310 23 Degradasi PPDAME

43,9 Yo) i 410 32 awal degradasi PPI 435 40 de radasi lan.ut PP

Keterangan : PP-H = polipropilena asli (sebelum diiradiasi clan dikopolimerisasi tempel) Kopolimer tempel diambil dan hasil

iradiasi popipropilena (Pp.) pads dosis total 2,5 Mrad, laju dosis I Mrad/jam,jumlah radikal awal [PMno.J=255xlO-6 mol.Konsentrasi monomer AA=3,47mol/l, VPO=6,32mol/l, EGA=2,56mol/l, clan DAME=2,11 mol/l. Tg = suhu transisi gelas,Tv = suhu penguapan air atau monomer, Tm = titik leleh PP, Tdl = suhu degradasi kopolimer, Td2 = suhu awal degradasi PP,clan Td) cO suhu degradasi lanjut PP

16 114

Isminingsih Gitopadmojo dkk.284

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi III,Yerpong, 20 -21 Oktoher 1998 ISSN 1410-2897

Tabel 2 Hasil perhitungan energi pengaktifandegradasi terrnal terhadap beberapa contohpolipropilen daD kopolimernya

Suhudegradasi([doC)

(a\\8I-ekhir) I (kj/mol) I (kcal/lml) I

W,.(IMad)W",' (].5 Mad)

W,' (5 Mad)W,-AA([G];21o/~ !

W",-AA ([G];44o/,y

W,-AA([G]=64o/,yW,- vro ([G];220/,y

W",-vro([GI=44o/~

W,- ~ ([G]=65o/,y

W.-BJA ([G];21%)

W",-EGA ([G]~/o)

W,-EGA ([G]=6g'/,yI W.-DM£ G -2?'/o 310-500

,-DM£ G =448,i 310-500W,-DM£ G 7"1.; 310-500 33,2 1,:1

Keterangan : konsentrasi monomer (mol/I) : AA=3,47,

VPO=6,32, EGA=2,56 dan DAME=2,IIPP-H =

polipropilena asli (sebelum diiradiasi dan

dikopolimerisasi tempel)PP.* (I Mrad) = laju dosis 1 Mrad/jam dengan jumlah

radikal [PMnO"] = 151 x 10-6 mol

PP 2.5* (2,5 Mrad) = laju dosis 1 Mrad/jam dengan jumlah

radikal [PMno") = 255 x 10-6 mol

PP 5* (5 Mrad) = laju dosis 1 Mrad/jam dengan jumlah

radikal [PMno") = 278 x 10-6 mol

PadaPP-AA dengan [GJ=44, 12%, mengandungpersen penyerapan kelembaban (MR)=4,2%, terjadipuncak endotermik pertama pacta suhu 87°C denganpenurunan berat sebesar 1,5% < %MR, berartimerupakan suhu penguapan kelembaban, belum terjadidekomposisi. Puncak endotermik kedua pacta suhu 157°C,terjadi penurunan berat sampai 2,75% «%MR),merupakan titik leleh PP-H (PP-asli). Puncak endotermikketiga pacta suhu 360°C sudah terjadi pemurunan beratsebesar 15% (>%MR) berasal dari penguapankelembaban dan gas volatil, berarti telah terjadidekomposisi kopolimer, dan selanjutnya penurunan beratmakin tinggi karena telah terjadi termodegradasi PP daDkopolimer PP-AA. Energi pengaktifan dihitung dari suhu360°C -500°C.

Gejala urutan tersebut pacta suhu yang berbedactapat diikuti pacta basil analisis termal terhadap kopolimerPP-VPO. PP-EGA daD PP-DAME, dengan datapembacaan pacta Tabell daD Tabel2.

Untuk polipropilena asli (PP-H) dan basiliradiasinya (PP*) dengan MR=0,2%, penurunan beratpacta titik leleh suhu 158°C> 1,0%, sudah menunjukkangejala terjadinya degradasi termal.

Puncak endotennik pertarna pacta PP- VPO dengan[G) = 44.10%danMR=4.35%. menunjukkanpenurunan

berat sebesar > 1% pacta puncak endotermik pertama

suhu 75 °C daD penurunan berat 1,5% pada puncakendotermik kedua pada suhu 157°C, keduanya kurangdaTi %MR, sehingga merupakan suhu penguapankelembaban pada kopolimer daD titik leleh PP. Puncakendotermik ketiga pada suhu 385 °C dengan penurunanberat sebesar 12,5% (>%MR), merupakan suhudekomposisi kopolimer PP- VPO.

Kopolimertempel [G]PP-EGA= 39,82%denganMR=2,O8% daD [G]PP-DAME=43,92% denganMR= 1,63%, mempunyai puncak endotermik pertamaberturut -turut pada suhu 135°C daD 114 °C, yangkeduanya mengalami persen penurunan berat masing-masing (4%) (>%MR), dan terjadi diatas suhu penguapanairlkelembaban (100°C).

Hal tersebut menunjukkan bahwa sebagian gasvolatil berasal daTi kopolimer, yang berarti keduakopolimer telah mengaiami dekomposisi kopolimer padasuhu Tv.

Penurunan berat selanjutnya pada suhu degradasitermal kopolimer (Td.), PP-H (TdJ daD degradasi Ian jutPP (TdJ, dapat dibandingkan satu sarna lain, denganasumsi bahwa penurunan berat terkecil menunjukkankestabilan termal yang lebih tinggi.

Pada Gambar 5a. terlihat termogram TGA untukmenganalisis kestabilan PP-H daD kopolimer tempelnyaterhadap pemanasan. Dari perubahan hubungan antarasuhu dengan pengurangan berat daTi berat semulasebesar:t 8 gram, dapat dihitung besar energipengaktifan degradasi termak (Ead) berdasarkan rumusdariFreedman-Caroll [5,6,8,12,13].

-Ead [ (1/ T) ] log (- dW / d/)2,302 R ~ = -n + log Wr (1)

Ead = energi pengaktifan degradasi; R=tetapan gas dalam kJ/

mol; T=suhu pemanasan dalam OK; Wr=berat masa dalam mg padawaktu t; W=kehilangan berat dalam mg masa pada waktu t; t=waktu

pemanasan dalam menit dan n=orde reaksi.

Dari data eksperimen dibuat regresi linier dengan

lereng (slope) merupakan harga energi pengaktifandegradasi = Ead/2,303 R

Dari Tabel 2. dapat dilihat bahwa energipengaktifan degradasi termal kopolimer pada umumnyalebih rendah dibanding dengan PP yang diiradiasi saja.Perubahan kopolimer tempel memberikan sedikitperbedaan energi pengaktifan, sesuai dengan urutanbasil kopolimerisasi tempel PP-iradiasi 2,5 Mrad; 1 MraddaD 5 Mrad dengan masing-masing monomer. Energipengaktifan tertinggi secara berturut-turut adalah PP-iradiasi >PP- VPO >PP-AA >PP-H >PP-EGA >PP-DAME.

Urutan tersebut sesuai dengan kestabilan termaldaTi pemanasan dengan alat DSC, kemungkinan karenabasil kopolimerisasi tempel yang dicapai, selaindipengaruhi oleh dosis total iradiasi atau jumlah radikalawal,juga dipengaruhi olehjenis monomer, tetapi tidakdipengaruhi oleh persen kopolimer tempel.

Kestabilan kopolimer tempel dalam penyimpanan

Hasil kopolimerisasi tempel benang polipropilena

J.\'mining.\'ih Gitopadmojo dkk. 285

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi III,\'erpong, 20 -21 Oktoher 1998 ISSN1410-2897

dengan beberapa monomer (AA, VPO, EGA dan DAME)diuji lebih Ian jut terhadap kestabilan kopolimer tempel didalam pemyimpanan. Evaluasi kestabilan dinyatakanterhadap adanya perubahan sifat mekanika, berupakekuatan tarik benang sarnpai putus, sebelurn dan setelahdisimpan selama variasi waktu (1: 6: 12 daD 42) bulandalam atJnosfer udara pada suhu kamar.

600

i0...,~

OJ).:~

5.c~

'§~..."~~

500

400

300

200, .--

--"oN ~"'-Z.5 ",*-'PEGA-1

--'PEGA-Z.5 --'"GA-6 ~100 ~

0+0 1 6 12

Variasi waktu penyimpanan (Bulan)

42

-6008Q

0'" 500

~~ 400~""

.to 300

~:;~ 200"~~:s 100~"~

0

Gambar 8. Kestabilan kekuatan tarik PP-H, pp', danPP-EGA terhadap penyimpananI-+-PP.HI!

PPAA.2.5

-e-PP'-2.5 --PPAA.1--PPAA-5

600 ~

500

400

300

200

100

0

e()

0'"~~O;:~C..';"~.,

~

0 1 6 12 42

Variasi Waktu penyimpanan (Bulan)

Gambar 6. Kestabilan kekuatan tarik PP-H. pp. danPP-AA terhadap penyimpanan

Keterangan Gamhar 6-9 : Kestahilan PP-H (polipropilena asli)dan kopolimer tempel PP-AA. PP- VPO. PP-EGA dan pp.DAME di dalam penyimpanan selama waktu 0-42 bulandiukur herdasarkan peruhahan kekuatan tarik benang sampai

putus.

-+-P-H ---P'-2.5--";'PPVPO-2.5 _PPVPO-S

600 0 1 6 12

Variasi waktu penyimpanan (Bulan)42

w0'"~on.:Cd

5.ro

~t:

.'!

~'iU"~~

500

Gambar 9. Kestabilan kekuatan tarik PP-H, pp', dan PP-DANEterhadap penyimpanan

400

300

rantai [l,3,7-9]. Untuk membuktikan hat tersebut,terhadap PP- VPO dan PP-AA yang mempunyai kestabilantertinggi daD terendah, dilakukan identifikasi penyebab

degradasi yang terjadi pada kopolimer tersebut.Pengujian dilakukan sebelum daD sesudah penyimpananselama 6 bulan dan dilakukan analisis radikal denganalat spektroskopi ESR. Hasil analisis dilaporkan padaGambar 10 dan II.pari Gambar 10. basil analisis terhadapkopolimer PP-AA terlihat adanya puncak spektrumtunggal yang sempit daD bentuknya tidak simetris. Haltersebut dijelaskan oleh beberapa pengamat sebagaibentuk speltrum daTi radikal peroksida, seperti terlihatpada reaksi berikut [2,3,7-9].

200

I100 i ~~-H --PP--20--PP\lPO-20 -,-,-PP\lPO-O

=6=PPYPO.

0

0 1 6 12

Variasi waktu penyimpanan (Bulan)

42

Gamhar 7 Kestahilan kekuatan tarik PP-H, PP*, danPP- VPO terhadap penyimpanan

Di dalam penyimpanan ternyata benang PP-AA,PP- VPO, PP-EGA dan PP-DAME mengalami penunmankekuatan tarik, seperti terlihat pada Gambar = 6 -9,

Dari data tersebut terlihat bahwa kestabilan kopolimertempel setelah penyimpanan untuk PP- VPO palingstabil, yang diikuti berturut-turut oleh PP-DAME, PP-EGA daD paling tidak stabil adalah PP-AA. Peristiwa inikemungkinan disebabkan oleh adanya radikal aliI selamapenyimpanan karena pengaruh iradiasi elektromagnetikdaTi energi cahaya di dalam ruang penyimpanan,

Untuk beberapa kopolimer akan berlanjutmengalami fotooksidasi karena terbentuknya radikalperoksida, yang akan menginisiasi adanya pemutusan

-CH2-~H-CH2-EH-~H3 CH3

Polipropilena (PP-H)

hvO2 ~-

-CH2-~H-CH2-FOO'CH} CH}

PP dengan radikalPeroksida (PPOO)

PPOO' + PP'.H ~=====~ PPOOH +PP'

PPOOH + pp,. -> pp'.PPO' + 'OH ->

PP-C=O + pp,. + -onPP-karbonil

Isminingsih Gitopadmojo dkk.286

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi III,\'erpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

.1

~ sbt

~ssd

.0'~ .';n 2 .~[j "-0 ~ d-.-m.."~.e .L ~ -..

';n -0;" .~"-.

.-, I1 23 4 S. 7 .9 to 11 12 13 14 15 .17 18 19 a 21 liD 34 ~

Jarak sken (xlOG)

Gambar 10. Spektrogram ESR contoh PP-AA sebe\um(sbl) dati sesudah penyimpanan selama 6

bulan (ssd)

alkil pada posisi metil, atau transfer hidrogen membentukradikal polienil. Adanya radikal-radikal tersebut danpengaruh atmosfer oksigen, akan menyebabkankerusakan karena fotooksidasi yang makin berlanjut Haltersebut menjelaskan adanya radikal peroksida padaspektrum kopolimer PP-AA yang telah menjadi rapuh didalam penyimpanan, dan menyebabkan kekuatan tankbenang PP-AA mengalami penurunan yang besar

(Gambar6.).Pada PP- VPO yang telah disimpan selama 6 bulan,

menunjukkan adanya radikal polienil (Gambar 11) daDbelum terbentuk radikal peroksida. Hal tersebutmenunjukkan bahwa terhadap PP- VPO yang telahdisimpan, terjadi iradiasi elektromagnetik yangmenggalakkan adanya tr1insfer hidrogen [8,9], sehinggaterbentuk radikal polienil yang stabil selarna Jx:-nyimpanandaD dapat menyaring sinar UV, sehingga menghambatterjadinya fotooksidasi.

~pp-

VPO)n

not:-H=CW~

~> -'"'CH2{CH-t,C)n-CHfH-

~H3 CH3 CH3PP-polienil

Dari Gambar 11 yang berasal daTi kopolirner PP- VPOterlihat spektrurn dengan puncak tunggal yang lebardaD berbentuk sirnetris, menunjukkan adanya radikal

polienil(3.9].Adanya radikal peroksida pada PP-AA dan radikal

polienil dalarn PP- VPO yang telah disirnpan selama 6bulan. telah rnernbuktikan adanya kerusakan karenafotooksidasi. Peristiwa yang sarna diduga terjadi jugapada PP-EGA dan PP-DAME yang rnengalarni penurunankekuatan selarna penyirnpanan. Pada PP- VPO palingstabil. karena adanya radikal polienil yang cukuprnelindungi PP- VPO daTi degradasi lebih Ian jut.

Penyebab tarnbahan yang rnernpercepatkerusakan polipropilenan karena fotooksidasi, ,adalahgugus karbonil pada PP-AA atau pp. VPO, yang dapatrnenginisiasi fotooksidasi (7-9]. Dengan adanyarangsangan sinar UV (ultra violet) yang terserap olehkrornofor karbonil, akan rnenyebabkan terjadinyapernutusan rantai karbon utarna, rnenghasilkan radikalalkil daD radikal asil. dalarn reaksi sebagai berikut :

i-~H-CHz.C.CHZ -~H-tH:- tH:-

~.-<iH-CH2-C + CH2-CiH-

CH] CH]radikal asil radikaialkil(teljadi pemutusan mntai

pada PP-karbonil)

PP-C=O(PP-karbonil)

Dugaan tersebut diperkuat oleh data eksperimen padaGambar 7~-, yang menunjukkan bahwa setelah disimpanselama 12 bulan daD 42 bulan, kekuatan benang PP-VPOhanya menumn sebesar 5,7%- 9,8%, penumnan tersebutjauh lebih kecil dibanding penumnan kekuatan benangPP-AA (48,90/0-500/0).

Dari Gambar 6-9., terbukti bahwa untukpolipropilena (PP-H) daD hasil iradiasinya (PP*), tidakterjadi penumnan kekuatan setelah penyimpanan selarna12 bulan, tetapi untuk hasil kopolimerisasi tempel,temtama untuk PP-AA daD PP-EGA terjadi penu~nanyang besar. Sebagaimana halnya pacta PP- VPO, ternyatakopolimer PP-D AME tidak banyak mengalami penumnankekuatan setelah disimpan nselama 12 bulan.

Secara teori PP tidak tahan fotooksidasi, sehinggaditambahkan zat penstabil sinar UV atau zat anti oksidanpacta saat proses pintalleleh, sebelum proses moldingatau spinning. Pacta kopolimer PP-AA daD PP-EGA,.terjadi penurunan kekuatan yang besar pacta saatpenyimpanan, kemungkinan karena zat penstabil sinarUVatau anti oksidan pacta PP-H ikut terlarut keluar dariPP-H selama proses kopolimerisasi tempel, sehinggamudah mengalami fotooksidasi. Sedangkan pacta PP- VPOdaD PP-DAME, penurunan kekuatan setelahpenyimpanan tidak terlalu besar, meskipun terjadikelarutan zat penstabil sinarUV atau zat anti oksidan,tetapi stmktur kopolimernya mampu membentuk radikalpolienil yang melindungi kopolimer daTi degradasi Ian jutdaTi fotooksidasi.

Diduga selama penyimpanan PP-DAME mula-mula terjadi penyerapan sinar UV oleh kromofor karbonilyang acta. Kemudian terjadi transfer hidrogen yang

Pacta pasca iradiasi elektromagnetik dalampenyimpanan. radikal asil dapat beruball menjadi radikal

287l\'mining.\'ih Gitopadmojo dkk.

Prosiding Pertenfuan /lmiah Sain.\' Materi III,Yerpong, 20- 21 Oktoher 1998 ISSN 1410-2897

memutuskan ikatan ester pada PP-DAME, membentukgugus luung karboksilat dan dimetil aminoetil yangmampu beresonansi membentuk senyawa amonium dandapatberfungsi sebagai penyaring sinar UV, dugaan inisejalan dengan hasil penelitian oleh Daryl dan Hodgemen

[14].

KESIMPULAN

Dari dugaan tersebut, maka kerusakan PP-D AMEkarena fotooksidasi selmna penyimpanan dapat dihambatoleh terbentuknya senyawa amonium yang tereksitasi,seperti re.c1ksi berikut :

PP-DAME

Penurunan kekuatan tarik benang PP-DAME mencapai17,9% setelall disimpan selarna 12 bulan dan 20% setelah42 bulan, diduga karena pacta tahap pertama kromoforkarbonil mampu menyerap sinar UV dan menginisiasifotooksidasi. Pacta t.allap kedua, setelah terjadi pemutusanikatan ester daD terbentuk senyawa amonium yangtereksitasi oleh rangsangan iradiasi sinar UV dan

merefleksikannya kembali, sehingga mampu mencegahterjadinya fotooksidasi lebjh lanjut..

Bila pacta benang PP-AA terbukti terjadikerusakan karena fotooksidasi (menurun 48,9% setelah12 bulan dan 50%setelah42 bulan dalam penyimpanan),maka pacta benang PP-EGA juga terjadi penurunankekuatan tarik sebesar 43,4% -44,4% selamapenyimpanan. Kemungkinan kerusakan pacta PP-EGAdisebabkan oleh kerusakan karena fotooksidasi pactaawal penyimpanan. Selama awal penyimpanan terjadipenyerapan sinar UV oleh kromofor karbonil yangmenginisiasi fotooksidasi.

Kemudian terjadi transfer hidrogen yangmemutuskan ikatan ester pacta EGA daD membentuketilenglikol yang beresonansi dalam senyawa siklik tetapitidak cukup besar berfungsi sebagai penstabil sinal UV,sehingga kerusakan terns berlanjut.. Pemutusan rantaipacta PP-EGA dan pembentukan etilen glikol siklikkemungkinan tel:jadi sebagai berikut :

1. Dengan peningkatan jumlah radikal awal, yang akanmeningkatkan basil kopolimerisasi tempel PP-AA, PP-VPO, PP-EGA dan PP-DAME, cendemng makinmeningkatkan suhu penguapan (Tv), kalorpenguapan (Hv) air dan senyawa volatil daTi mono-mer, serta meningkatkanjuga suhu degradasi termal(Td). Titik leleh (Tm) cendemng tetap, tetapi kalor

pelelehan polipropilen (Hm), kekristalan (Cr) dan suhutransisi gelas (Tg) makin menumn.

2. Kestabilan kopolimer tempel terhadap proses termaldengan alat TGA dan DSC untuk persen kopolimertempel yapg relatif sarna [GJ :!: 44%, menunjukkan sifatfisika tertinggi tennasuk energi pengaktifan degradasitermal (Ead) secara bertumt-tumt adalah PP-iradiasi>PP-VPO > PP-AA > PP-EGA > PP-DAME. Haltersebut menunjukkan bahwa kestabilan kopolimer

tempel terhadap proses termal dipengaruhi oleh dosistotal iradiasi, jumlah radikaldanjenis monomer, tetapitidak hams terpengamh oleh besarnya persen

kopolimer tempel.3. Kestabilan kopolimer tempel PP dengan monomer

hodrofil terhadap penyimpanan yang dinyatakandalam kekuatan tarik benang tertinggi, secaraberturut-turut adaIah PP- VPO > PP-D AME > PP-EGA> PP-AA.

4. Untuk kopolimer tempel dengan persen tempel relatifsarna [G) :!: 44% yang disimpan selama 12 bulan,menunjukkan kekuatan tarik benang menumn 5,7%-48,9% dengan umtan kekuatan tarik tertinggisecara bertumt-tumt adalah :PP-VPO (menurun 5,7%dari 508 g/50cm menjadi 474

g/50cm),PP-DAME (menurun 17 ,~/o dari 558 g/SO cm menjadi453 g/50 cm),PP-EGA (menurun 27,1 % dari 552 g/50 cm menjadi312 g/50 cm),PP-AA (menumn 48,9% daTi 505 g/50 cm menjadi257 g/50 cm.

5. Kemsakan kopolimertempel PP-AA, PP-VPO, PP-EGA dan PP-DAME selama penyimpanandisebabkan oleh fotooksidasi. Pada PP-AA terjadiradikal peroksida yang menemskan degradasi lanjutdengan terbentuknya radikal karbonil danmenyebabkan pemutusan rantai, sedangkan padaPP- VPO terjadi radikal polienil yang melindungi PP-kopolimer daTi degradasi Ian jut. Pada PP-EGA danPP-D AME diperkirakan mengalami degradasi lanjutkarena terbentuknya radikal peroksida.

CH=CH

",I0

hv fiPP-EGA ~> CH2-CH2-C-OH +

---£H 2-C H -CH-C=C H-CH-

CH3 CH3 CH3

DaTi datc'l tersebut terbukti bahwa setelah disimpanselama 12 bulan, kekuatan PP- VPO paling tinggidibanding dengan kekuatan benang PP-D AME, PP-EGAdaD PP-AA.

UCAPAN TERIMAKASm

Uca~ terimakasih disam~ kepada: Prof. Dr.Oei Ban Liang (ITB), Prof. Dr. NM. Surdia (ITB), danAPU Dr. Roestambyah (P3KT -LIP I). Atas bantuanmereka yang telah memungkinkan terselenggaranya

Ismining...ih Gitopadmojo dkk.288

Pro.\'iding Pertemuan Ilmiah L\'ains Materi IIISerpong, 20 -21 Oktober 1998 ISSN 1410-2897

penelitian ini. serta memberikan koreksi yang berharga.

DAFTARPUSTAKA

Polimer II, diselenggarakan oleh Himpunan PolimerIndonesia (HPI), Bogor, 8 Juli 1998.

[7]. RABEK, JAN F., Experimental Methods in Poly-mer Chemistry, John Wiley & Sons, New York, 1980.

(8). RANBY, B., "Photodegrndation and Photooxidationof Synthetic Polymers", Journal of Analytical andApplied Pyrolysis. 1989.

(9). RANBY, B. and F.F. RABEK, E.S'R Spectroscopy inPolymer Chemistry. Springer ~rlag, New York, 1977

[10). GRASSIE, N. and W.B.H. LEEMING, "Some As-pects of the Photo, Photothermal, and Decomposi-tion of Polypropylene Under Vacuum", EuropeanPolymerJoumal, Vol. II, 1975.

(II]. HATAKEYAMA, T. and F.X. QUINN, ThermalAnalysis, Fundamental and Application to ~oly-mer .S'cience, John Willey & Sons Lill., England1994.

[12). LEO REICH andD. W. LEVI, "ThermogravimetricAnalysis", Encyclopedia of Polymer .S'cience andTechnology. Vol. 14, New York, 1971.

[13]. JAMES, C. W. Chieu and H. JABLOMER, "Ther-mal Decomposition of Polymer Hydroperoxide",Journal ofPolymerS'cience, Part A-I, Vol, 6,1968.

[14). DARYLandK.C. HODGEMEN."ESR Studies ofthe Formation of Stable Nytroxyl Radicals in thePhotooxydation of Polypropylene Containing Hin-dered Amine Light Stabilizer", Journal of Polymer.~ciences. Polymer Chemistry Edition, Vol. 18, USA,1980.

[I). PAJGRT,O., F.REICHSTADTERandF. SEVCIK,"Production and Application of Polymer Textiles",Textile Science and Technology, VoI.6, Elsevier Sci-entific Publishing Co., New York, 1983.

[2). ISMININGSIH, G., Ke.vtabilan Kopolimer TempelPolipropilen-A.vam akrilat di dalam Pen.yimpanan,Konggres Kimia IV: Himpunan Kimia Indonesia,Jakarta. Juli 1988.

f3). ISMININGSIH. G., Kopolimeri.va...i Tempel Iradia..idenga/1 Monomer Hidrofil pada .S'erat Polipropilen,Disertasi dengan Team Promotor Prof. Dr. Oei BanLiang. Dr. Roestamsyah dan Prof. Dr. M. Surdia,Institut Teknologi Bandung. 1991.

141. ISMININGSIH, G. et F. SCHUE, Influence du Debitde Do...e ...ur Ie Greffage Radiochimique de DiversAfonomere... H:ydrophiles sur la Fibre de Polypro-p'vlene. Seminaire "Table Ronde" Au CEN de Saclay,France. A~riI1982.

IS]. ISMININGSIR G. " Pengaruh Dosis total Iradiasi

terhadap Hasil Kopolimer Tempel MonomerAsamAkrilat Pada Serat Polipropilen". M~ialah ArenaTek...til, No. 22, 1994, BBT. Bandung.

f6). ISMININGSIH. G.. Mekanisme ReaksiKopolimeri...a...i Tempel Iradiasi Polipropilenden!!;an Afonomer Hidr~fil. Simposium Nasional

J...mining...ih Gitopadmojo dkk. 289