Prosidin Pertemuan l/miah Sains Materi 1997 ISSN 1410 -2897

STUDI DEGRADASI POLIPROPILEN (PP) IRADIASIPADA KONDISI LING KUNG ANI

A. Suliwamo2, A. Sunamr, I. Marlijanti 2, M. Sumartr daD S. Susilawati:

ABSTRAKSTurn DEGRADASI POLIPROPILEN (PP) IRADIASI PADA KONDISI LINGKUNGAN. Telah dilakukan radiasi

berkas elektron terhadap HPP, HPP plus dan CPP plus NA dengan dosis 0, 5 ,10 dan 30 kGy dengan menggunakan Mesin BerkasElektron tipe GJ-2 dengan energi 1 MeV kuat arus 1,5 mA. Uji degradasi dilakukan dengan penyimpanan sampel pada beberapa tempatyaitu ; di atas atap, di atas tanah, di dalam tanah, serta di dalam ruang. Parameter degradasi yang diamati yaitu tegangan putus (Ts),perpanjangan putus (Eb), dan titik leleh (Tm). ditentukan secara periodik dari 1 minggu hingga 24 minggu (6 bulan). Hasil anaiisismenunjukkan bahwa HPP iradiasi tersimpan di dalam tanah lebih cepat rapuh dibanding di dalam ruang. Adanya sinar mataharimempercepat degradasi HPP tertsimpan di atas tanah dan di atas atap. Kecepatan degradasi HPP iradiasi proporsional terhadap dosisradiasi Sampel HPP plus NA terdegradasi lebih cepat dari pada HPP, baik dengan perlakukan iradiasi maupun kontrol pada semualokasi penyimpanan. Kopolimerisasi PP menmbuat CPP lebih slabil dibanding HPP. Oi berbagai penyimpanan CPP plus NAterdegradasi lebih lama dibanding PP mumi. Oi dalam ruang dan dalam lanah, CPP plus NA mengalami penurunan Ts dan Eb yangrelatif kecil, meski pada sampel dengan dosis radiasi 30 kGy hingga penyimpanan 24 minggu. Penurunan Ts dan Eb secara tajamleramali pada penyimpanan di atas atap dan di atas tanah. Analis termal menunjukkan bahwa untuk semua sampel iradiasi mempunyaiTm lebih rendah dari pada kontrol. Penurunan Tm yang draslis pada HPP plus NA dan CPP plus NA terjadi setelah 8 minggu

penyimpanan

ABSTRACTSTUDY ON DEGRADATION OF IRRADIATED POLYPROPYLENE (PP) UNDER VARIOUS

ENVIRONMENTAL STORAGE. Irradiation of the HPP. HPP plus NA (nucleating agent) and CPP Plus NA were carried out usingthe GJ-2 Electron Beam Machine type with the energy of 1 MeV and 1.5 mA of current rate. The dose rate were 5 kGy and 10 kGy/ passwith the total doses were used of 5, 10, and 30 kGy. Degradation of samples were elucidated by storing the sample on the root; on theground. under the ground and in the room. Degradation were determined by measurement of mechanical properties (Ts and Eb) and Tm(temperature of melting) in the periodically from I week up to 24 weeks (6 months). Experimental result showed that the control andirradiated HPP were stored under ground did not showed any different in the rate of degradation. but for the irradiated one. the sampelwhich stored under ground degraded faster than that of in the room storage. The sample stored on the ground was degraded faster thanin the room as well as under ground storage. The samples of HPP plus NA degraded faster than HPP for all of the location storing.Copolymerization of PP made its more stable than the HPP. The sample of cpr plus NA were stored in the room and under theground storage of showed the marginally decreased of mechanical properties eventhough for the irradiated one (30 kGy) until 24 weeksof storage. The sharply decrease was found on the roof and under ground storage. The thermal analysis shows that the irradiatedsamples have a lower of Tm than that of control. Sharply decreased of Tm of HPP plus Na and cpr plus NA were found after 8 weeksof storing

KEY WORDDegradation, Irradiation. Polypropylene

PENDAHULUANBAHAN DAN METODE

BahanPP homopolimer (HPP) dengan melt flow index(MFI) 10, HPP pelet dengan MFI 8, ditambah NA(nucleating agent) yakni sejenis aditif untukmenambah transparansi film., yaitu t-butylbenzoic-AI, kopolimer polipropilen (CPP), dengankandungan 2,8% gugus etilen MFI 8 berasal daTiJAERI, Takasaki.

MetodeSebanyak 12,2 gram serbuk HPP, pelet cpr plus

NA, dan pelet HPP plus NA dibuat film dengan carapengepresan 150 kg/cm2, pada 190°C selama 6men it, kemudian dipres dingin selama 3 menit.Film-film yang diperoleh mempunyai ketebalan 0,43

Polipropilen (PP) merupakan jenis plastikyang secara urn urn ban yak digunakan sebagai bahanpengernas baik rnakanan, rninurnan rnaupun obat-obatan. Hal ini karena PP rnernpunyai beberapakeunggulan yaitu ketahanannya terhadap bahan-bahan kirnia, tidak beracun, rnurah, serta rnudahdirnodifikasi clan dicetak [I].

Di sarnping itu, PP rnerupakan plastik yangtidak terdegradasi secara alarniah, sehingga sangatrnungkin rnenambah rnasalah lingkungan. Dalamusaha rnengantisipasi rnasalah ini, penggunaanteknik iradiasi telah dicoba untuk rnenginduksi dayadegradasi PP .

Dengan perlakukan clan rnodifikasi PP ini,diharapkan degradasinya dapat dikontrol. Dalanpercobaan ini telah dipelajari kecepatan degradasidaTi serta 1>P iradiasi clan kontrol [2].

198

Prosidin Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1997 /SSN 14/0 -2897

hingga 0,50 mm, dipotong dengan pisau dumbbellseri ASTM D-1822-L, digunakan sebagai sampel.

sedangkan sam pel iradiasi rapuh dalam I minggu.Pengaruh sinar matahari secara langsung padafotooksidasi serta efek tennal diduga mempercepatproses degradasi, yang secara visual juga terlihatdari adanya pemudaran wama. Sementara semuasampel di atas atap rapuh kurang dari Iminggu..

IradiasiSam pel diradiasi elektron dengan menggunakanmesin berkas elektron di PAIR-BATAN tipe GJ-2dengan energi IMeV, kuat arus 1,5 mA. Dosis totalyang digunakan adalah 5, 10, daD 30 kGy denganlaju dosis 5 kGy daD 10 kGy per lintas.

Pengujian degradasi sam pelUji degradasi sampel karena efek radiasi, sampel

iradiasi daD kontrol masing-masing disimpan padabeberapa lokasi yaitu; dalam mangan, di atas atap, didalam tanah (:t 10 cm), daD di atas tanah. Di atas

atap sampel ditempatkan pada sebidang papan kayodengan kemiringan 50°, menghadap ke arah timur.Sampel-sampel ini dianalis setelah tersimpan 1, 2, 3minggu, serta setelah 1,2,3, clan 6 bulan. Parameteryang diamati adalah tegangan putus (Ts),perpanjangan putus (Eb) daD titik leleh (Tm).

Gambar la. Tegangan putus (kg/cm1 HPP iradiasi clankontrol vs. waktu simpan .( 0 : Dalamruang, : Di dalam tanah)

Tegangan putus daD perpanjangan putusTegangan putus clan perpanjangan putus ditentukandengan menggunakan alat Strograp-RI buatanToyoseiki kecepatan tariklOO mm/menit pada suhuruang. Tegangan putus adalah beban yang dikenakanpada saat sampel putus per satuan luas penampang

lintang.

Titik lelehTitik .leleh(temperature of melting, Tm) dari sampleditentukan dengan menggunakan DSC meter merkDuPont -9900. Pengukuran hanya dilakukan untuksampel disimpan di atas atap, dengan rentang variasitemperatur 40 hingga 200°C, laju pemanasan10°C/menit. Pengukuran dilakukan sebanyak 2 kalipemanasan, dan basil penentuan yang ke dua dicatatsebagai Tm .

2A8 12

Waktu Simpan, (Minggu)

Gambar lb. Perpanjangan putus (%) HPP iradiasi daDkontrol VS. waktu simpan. ( 0 : Oalamruang, Oi dalam tanah )

HASIL DAN PEMBAHASAN

Proses degradasi melalui oksidasi terjadi karenamigrasi radikal dari rasa kristalin ke bagianpermukaan (amort). Perpanjangan pulis (Eb) dariHPP (Gambar lb) mempunyai pola penurunan yangsarna dengan penurunan tegangan tarik selamapenyimpanan. Sam pel di dalam tanah lebih cepatmengalami penurunan Eb dari pada di dalam ruang,untuk dosis yang setara. Dari pengamatan Ts daD Eb,HPP tersimpan di atas tanah terdegradasi lebih cepatdari pada di dalam tanah, hal ini diduga sampeldidalam tanah terlindung dari pengaruh sinar

HPPTegangan putus (Ts) dari HPP di dalarn ruangterlihat pada gambar ] a. Hingga rninggu ke 24penyirnpanan, HPP kontrol relatif kecil rnengalarnipenurunan Ts (Tabel lA, dari 421 rnenjadi 400kg/crn1, sedangkan untuk dosis 5 dan 30 kGyterlihat rapuh (Ts=O) rnasing-rnasing pada rningguke 24 dan minggu ke 8. Di dalarn tanah, penurunanTs rnernpunyai tendensi yang sarna, sarnpel iradiasi

rapuh lebih cepat dari pada didalam ruang, sarnpeliradiasi dosis 5 kGy rapuh setelah 12 rninggupenyirnpanan. Sampel non iradiasi tersimpan di atas

tanah rapuh setelah 4 rninggu penyimpanan,

199

Prosidinf! Pertemuon I/mioh ,"loins Moteri /997 ISSN /4/0 -2897

matahari secara langsung, sehingga prosesfotoksidasi bisa terhambat.

Degradasi sampel di dalam tanah lebihcepat dari pada di dalam ruang baik untuk HPPkontrol maupun HPP iradiasi. Degradasi ini didugakarena pengaruh kondisi tanah serta lingkungan air.

memperpendek jarak migrasi dari radikal terjebak,sehingga kecepatan oksidasipun bertambah.Degradasi sampel iradiasi juga terlihat daTimemudamya film menjadi opak (keruh). lnimenunjukkan bahwa NA dapat mempercepat dayadegradasi, meskipun tanpa perlakuan iradiasi.

I \~ \ "":,. IcI l l i ~: I

2. .12 2.Waktu Simpan, (Minggu)

Garnbar 2a. Tegangan putus (kg/cm1 dari HPP plus NApada berbagai dosis radiasi selarnapenyimpanan.

Gambar 3a. Tegangan putus (kgicm2) CPP plus NAdengan variasi dosis radiasi pada berbagailokasi penyimpanan.

Gambar 2b. Perpanjangan putus (%) HPP plus NAiradiasi dan kontrol selama penyimpanan

Gambar 3b. Penurunan perpajngan putus (%) CPPplus NA dengan variasi dosis radiasiselama penyimpanan

HPP plus NAGambar 2a clan 2b masing-masing memperlihatkantegangan putus (Ts) clan perpanjangan putus (Eb)daTi HPP plus NA. Adanya NA pada HPP yangberfungsi untuk menambah sifat transparansi, di sislain memper-pendek daya simpan pada semualokasi. Sampel non iradiasi tersimpan di dalam ruangdan di dalam tanah masing-masing rapuh padaminggu ke 8 clan ke 4 dari penyimpanan, sedangkanuntuk dosis 5 kGy rapuh dalam 2 minggupenyimpanan. Di dalam HPP, NA didugaberpengaruh terhadap sifat morfologi primer HPPyaitu menurunkan ukuran sferulite [2]. Adanyapenurunan sifat morfologi (sferulite) akan

CPP puis NAKopolimerisasi PP dengan gugus etilen akanmenambah sifat mekanik, ini terlihat dari tidakadanya penurunan Ts secara tajam untuk sam pel noniradiasi selama penyimpanan sampai dengan 6 bulan,kecuali di atas atap. Efek radiasi terlihat padapenurunan Ts, namun cpr plus NA mempunyaidaya simpan yang lebih lama dari pada HPP danHPP plus NA (Gb. 3a ). Sampel dengan dosis 5 kGydapat tahan tersimpan hingga minggu ke 24.

200

Pros;d;nl! Pertemuan llm;ah Sa;ns Mater; /997 /SSN /4/0 -2897

Penurunan Ts di atas tanah lebih cepat dari pada didalam tanah dan di dalam mango Sampel dengandosis 30kGy tersimpan di dalam mang dan di dalamtanah masih bertahan dengan harga Ts 300kg/cm2sampai dengan minggu ke 24, sedangkan untuk diatas tanah telah rapuh. Hasil penyimpanan di atasatap terlihat bahwa sampel kontrol rapuh padaminggu ke 8, sedangkan untuk dosis 5 dan 30 kGymasing-masing pada minggu ke 4 dan ke 3. Darihasil ini terlihat bahwa perlakuan radiasi dapatmemper-cepat degradasi melalui fotooksidasi danoksidasi terrnal.

Gambar B. Sferulite dati CPP *)

*) Miligi et.al, Comparisan of the degradability of irradiatedPPand poly(propylene-co-ethylene) in the naturalenvironmental.

Gambar A. Sferullite dari HPP *)

'.°r-o-;:

Gambar 4. Temperatur leleh (Tm) dari HPP, HPP plusNA, daD CPP plus NA pacta dosis radiasi 0 daD 30 kGy,se\ama penyimpanan di atas atap. ( : kontro\ (OkGy) , x

: 30 kGy)

Fotooksidasi yang terjadi selama penyimpananmenyebabkan terjadinya perubahan morfologi HPP,clan radiasi dapat mempercepat proses fotooksidasi.

Dari basil percobaan terlihat bahwakopolimerisasi clan penambahan NA dapatmemperpanjang waktu ~impan baik untuk sampeliradiasi maupun kontrol. Proses kopolimerisasi akanmenyebabkan perubahan sifat morfologi primer clanmemperkecil ukuran sferulite (Gb. A clan Gb. B).Dilaporkan juga bahwa adanya NA akanberpengaruh terhadap struktur molekul yangberkaitan juga dengan penurunan sifat morfologitersebut [2]. Ini diduga merupakan faktor dimanacpr plus NA akan lebih stabil terhadap degradasiradiasi clan fotooksidasi selama penyimpanan.

Analisis termal. Analisis termal dilakukanbuat sampel-sampel tersimpan di atas atap, dim anake dua proses oksidasi clan fotooksidasi belangsung.Titik leleh (Tm) dari sampel ditentukan dari ha:silanalisis pada pemanasan kedua, karena sampel telahmengalami rekristalisasi sewaktu prosespendinginan pada pemanasan pertama. cpr plus NAmempunyai ukuran sferulite lebih kecil dari padaHPP clan HPP plus NA, karena itu oksidasi yangterjadi merubah sifat morfologi secara cepat sampaidengan 4 minggu, kemudian perubahan itu berjalanlebih lambat.Gambar 4 menunjukkan perubahan Tm dari HPP,HPP plus NA, serta cpr plus NA selama

penyimpanan.

201

ProsidinJ! Pertemuan l/miah Sains Materi 1997 1SSN 1410 -2897

KESIMPULAN[2] MILIGI,G., et al., Comparison of the

degradability of irradiated polypro-pylene andpoly(propylene-co-ethylene) in the naturalenvironment, Polymer Degradation andStability, 49, Elsevier Sci. Ltd., (1995).

PP mumi (HPP) terdegradasi dalam udaramelalui proses oksidasi. Proses oksidasi inidipercepat oleh absorpsi sinar matahari(fotooksidasi) dan perlakuan radiasi. Degradsai HPPiradiasi dapt dipercepat juga oleh linngkungan berairdan kondisi dalam tanah. Porses oksidasimenyebabkan terjadinya perubahan penurunan sifatmekanik.

[3] EL SA YEDA, A.., et al., Radiation InducedOxidative Degradation of IsotacticPolypropylene, Journal of Applied Science, 26,John Willey and Sons, (1981).Adanya NA pad a HPP dapat mempercepat

proses degrdasi, walaupun tanpa perlakuan iradiasi.Kopolimerisasi menyebabkan PP lebih

stabil, adanya NA dapat mempercepat degradasiwalaupun tanpa terjadi penurunan sifat mekanikyang cepat. Proses kopolimerisasi PP dengan gugusetilen akan mempertinggi sifat mekanik serta dayadegradasi dari HPP.

[4] GIJSMAN,P., HENNEKENS,J., andVINCENT,J., The mechanism of the low-temperature oxidation of polypropylene,Polymer Degradation and Stability, 42, ElsevierSci.,(1993).

[5] CHAPIRO A., Radiation Chemistry ofPolymeric System, lnterscience Pub., New York,(1962).

UCAP AN TERIMA KASIH.

Penulis mengucapkan rasa terima kasihyang sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Mirzan T.Razzak, Kepala Pusat Aplikasi Isotop clan Radiasi,clan Dr. F Yoshii alas bantuan material serta teknisselama penelitian ini dilakukan.

[6] QUILLlN,D.T., et al., Crustallinity in thePolypropylene/Cellulose System I. Nucleationand Singapore, Crystalline Morphology, Journalof Applied Polymer Science, 50, No 7, JohnWilley Pub., (1993).

DAFTARPUSTAKA

[J] KROSCHWITZ,J.I., Concise Encyclopedia OfPolymer Science and Engineering, John Wileyand Sons, New York, (1995).

Lampiran

Tabell. Perubahan tegangan putusffs, (kg/cm1 dan perpanjangan porus (Eb), (%) HPP selama penyimpanan padaberbagai lokasi .

A. Kontrol

202

Pros;d;n{! Pertemuan I/m;ah Sa;ns Mater; 1997 lSSN 1410 -2897

c. Oasis 30 kGy0 2 4 8 12 24

ILOkasIT@~

Eb,-rs-I~~- TsTs 1 EB-crTS Eb Ts , Eb , Ts , Eb Ts Eb1382~~f298' 390 , 292 , 3[6-~286TO

iO

1382' 412 10

ij

RuangDalam tanahAtas tanahAtas atap

1382!

412 ~ 0

I 382-~MIIO

Tabel2.

Perubahan tegangan putus/fs, (kg/cm1 dan perpanjangan putus (Eb), (%) HPP plus NA selama penyimpanan.

Tabel3.

Perubahan tegangan putusffs, (kg/cm1 daD perpanjangan putus (Eb), (%) CPP plus NA selama penyimpanan.

A. Kontrol

203