PENGARUH KOMPOSISI ADITIF DAN PENGADUKAN

TERHADAP STRUKTUR POLYURETHANE FOAM DARI POLYOL BERBASIS CASTOR OIL

2308100107 EDHI PRATONDO R ADITYO W. HANGGORO

2308100129

Laboratorium Teknologi Material

Jurusan Teknik Kimia

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

DOSEN PEMBIMBING Dr. Ir. Sumarno, M.Eng

Eva Oktavia Ningrum, ST, MSc

LATAR BELAKANG

RUMUSAN MASALAH

TUJUAN DAN MANFAAT

TINJAUAN PUSTAKA

METODOLOGI PENELITIAN

HASIL DAN PEMBAHASAN

KESIMPULAN

LATAR BELAKANG

Polyurethane merupakan salah satu material yang luas

aplikasinya

elastomer

foam

coating

adhesive

aplikasi

• fleksibel : busa kasur, jok mobil

• rigid : insulasi Porsi terbesar

70 %

polyol

Inovasi

Sintesa polyurethane foam isocyanate + polyol + aditif

Umum

digunakan petroleum based

• ethylene glycol • Prophylene glycol

Unrenewable

natural-based

• castor oil (minyak jarak)

Dikombinasikan

Renewable

Mengapa polyol dapat dikombinasikan dengan castor oil ?

Polypropylene Glycoll Castor Oil

Untuk menghasilkan properti polyurethane foam sesuai yang

diharapkan, beberapa aditif perlu ditambahkan, misalnya :

Blowing Agent

Chain Extender

Surfaktan

Katalis

Ogunniyi dan Fakayejo (1996) melakukan penelitian tentang tentang pembuatan polyurethane foam dari toluene diisocyanate dan campuran castor

oil dan polyol. Castor oil dengan rasio lebih besar dari 20/80 terhadap polyol tidak cocok untuk aplikasi cushioning. Semi-rigid foam dihasilkan dari 100% castor oil

Muhibbuddin dan Sony (2003) meneliti tentang pengaruh surfaktan terhadap fleksibel polyurethane foam

Ilhamsyah dkk. (2004) meneliti tentang pengaruh chain extender terhadap struktur dan properti mekanis fleksibel polyurethane

foam dengan blowing agent methylene

chloride dan karbondioksida

RUMUSAN MASALAH

Chain extender dan Surfaktan

Perbaikan struktur dengan penambahan aditif

Struktur foam yang cenderung rigid

Castor oil dapat dikombinasi dengan polyol yang umum digunakan

Castor oil memiliki tiga gugus fungsi hidroksil

Penambahan chain extender dan surfaktan

harus homogen

Pengadukan yang baik

Tipe pengaduk dan

tata cara pengadukan

TUJUAN DAN MANFAAT

PENELITIAN

Mempelajari pengaruh jumlah chain extender dan surfaktan

serta pengaruh penggunaan pengaduk tipe propeller dan turbin

terhadap struktur polyurethane foam yang dihasilkan dari

polyol berbasis castor oil

Tujuan Penelitian

Manfaat Penelitian

Dapat memberikan informasi tentang pengaruh jumlah chain

extender dan surfaktan serta pengaruh pengaduk tipe propeller

dan turbin terhadap struktur foam yang dihasilkan dari polyol

berbasis castor oil

TINJAUAN PUSTAKA

NCO – R – NCO + OH – R’ – OH NCO- R -NHCOO-R’-OH

isocyanate polyol urethane

1. Gelation Reaction

2. Blow reaction

Tahap I : R-NCO + H2O R-NH2 + CO2

isocyanate karbondioksida air amine

Tahap II : R-NH2 + R’-NCO R-NH-CO-NH-R’

amine isocyanate urea

• Senyawa-senyawa yang memiliki 2 gugus fungsi dengan

berat molekul rendah.

• Berfungsi untuk memperpanjang rantai hard segment.

Chain Extender

Etilen glikol

Mekanisme Pemanjangan Hard Segment Oleh Chain Extender

Surfaktan

• Molekul yang memiliki gugus polar (hidrofil) dan

gugus nonpolar (hidrofob) sekaligus

• Mengemulsikan komponen liquid

• Menurunkan tegangan permukaan liquid foam

Proses One Shot

isocyanate

polyol

additives

mixing

Polymer

formation and

gas generation

foam

Perkembangan Morfologi Makroskopis Selama

Proses Foaming

METODOLOGI PENELITIAN

• Polyol : polypropylene glycol dan

castor oil

• Isocyanate : toluene diisocyanate

• Katalis logam : stannous octoate

• Katalis basa : triethylene diamine

• Surfaktan : silicone glycol

• Blowing agent : methylene chloride dan air

• Chain extender : ethylene glycol

Keterangan:

1. Reaktor berbahan stainless

steel

2. Seperangkat sistem pengaduk

3. Cetakan dari kayu 1

2

3

Memasukkan Polyol, TEDA, SG, Air, EG,

SO, MC

Pengadukan Penambahan

TDI

Pengadukan Cetakan Curing 2 hari

Prosedur Penelitian

Variabel Penelitian

1. Komposisi Castor Oil : 50% terhadap polyol

2. Konsentrasi chain extender : 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1 pphp

2. Konsentrasi surfaktan : 1, 2, 3, 4, 5 pphp

3. Tipe pengaduk : turbin dan propeller

pphp= part per hundred polyol

tlp

mbulk

rbulk = bulk density foam (g/cm3)

m = massa foam (gram)

p, l, t = panjang, lebar, tinggi foam (cm) spesimen

Bulk density

Gugus fungsi

Struktur molekul dan ikatan yang terdapat dalam

polyurethane dapat diamati dengan spektroskopi

Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR).

23

A

nN

c

f

Nf = jumlah sel per unit volume foam

A = luas mikrograph, cm2

nc = jumlah sel dalam mikrografdari hasil SEM

PROPOSAL

Menganalisa fotograf potongan permukaan hasil

Scanning Electron Microscope untuk mendapatkan ukuran

dan jumlah sel

Jumlah nukleasi sel per satuan volume foam

dapat ditentukan dengan persamaan :

Diameter dan densitas sel

%1000

xV

VVVE

i

if

VE = volume ekspansi

Vfo = volume foam setelah curing

Vi = volume larutan setelah pengadukan

Rasio ekspansi volume

Properti mekanis

Uji tarik dilakukan pada alat INSTROM dengan kecepatan tarik 500

mm/menit hingga putus. Sampel dipotong berbentuk dog-bone

dengan ukuran sesuai standar.

𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖𝑙𝑒 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ = 𝐵𝑟𝑒𝑎𝑘𝑖𝑛𝑔 𝐹𝑜𝑟𝑐𝑒 𝑖𝑛 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛

𝑂𝑟𝑖𝑔𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑐𝑟𝑜𝑠𝑠 − 𝑠𝑒𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑖𝑛 𝑚𝑚

𝐸𝑙𝑜𝑛𝑔𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑎𝑡 𝐵𝑟𝑒𝑎𝑘 % =𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑢𝑚 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛

𝑖𝑛𝑖𝑡𝑖𝑎𝑙 𝑙𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ 𝑥 100 %

HASIL DAN

PEMBAHASAN

Hasil spektrum FTIR pada polyurethane; NON CO – polyol jenis PPG, CO –

polyol campuran PPG dan CO

Perubahan Struktur Molekul Polyurethane Foam pada Penggunaan

Castor Oil 50%

-CH=CH- N-H deformation C=O Pada urethane

N-H pada urethane

Pengaruh Chain Extender terhadap Struktur Molekul

Polyurethane Foam

Hasil spektrum FTIR pada komposisi ethylene glycol 0,0 pphp, 0,4

pphp dan 0,8 pphp

C-N C=O

Pengaruh Chain Extender terhadap Diameter dan Densitas

Sel Polyurethane Foam

Hasil Foto SEM Cured Polyurethane Foam Perbesaran 50 kali pada Komposisi Ethylene Glycol Berubah: (a) 0.0 pphp (b) 0.2 pphp (c) 0.4 pphp (d) 0.6 pphp (e) 0.8 pphp dan (f) 1.0 pphp

Pengaruh Chain Extender terhadap Diameter dan Densitas

Sel Polyurethane Foam

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Dia

met

er S

el (

cm)

Komposisi Ethylene Glycol

(pphp)

Hubungan Komposisi Ethylene Glycol

terhadap Diameter Sel

0

50

100

150

200

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Den

sita

s S

el

(sel

/cm

3)

Komposisi Ethylene Glycol

(pphp)

Hubungan Komposisi Ethylene Glycol

terhadap Densitas Sel

0,0230

0,0240

0,0250

0,0260

0,0270

0,0280

0,0290

0,0300

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Bu

lk D

en

sity

(gr

/cm

3 )

Komposisi Ethylene Glycol (pphp)

Hubungan Komposisi Ethylene Glycol

terhadap Bulk Density

1820,00

1840,00

1860,00

1880,00

1900,00

1920,00

1940,00

1960,00

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Ra

sio

ek

spa

nsi

va

olu

me

( %

)

Komposisi Ethylene Glycol (pphp)

Hubungan Konsentrasi Ethylene Glycol

terhadap Rasio Ekspansi Volume

Pengaruh Chain Extender Terhadap Properti Mekanis

Polyurethane Foam

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

160,00

180,00

0,03

20,03

40,03

60,03

80,03

100,03

120,03

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Elo

ng

ati

on

at

Bre

ak

(%

)

Ten

sile

Str

egh

(k

N/m

2)

Komposisi Ethylene Glycol

(pphp)

Tensile Strengh (kN/m2)

Elongation at Break (%)

Hubungan Komposisi Ethylene Glycol dengan Tensile Strengh

dan Elongation at Break

Pengaruh Surfaktan terhadap Diameter dan Densitas Sel

Polyurethane Foam

Hasil Foto SEM Cured Polyurethane Foam Perbesaran 50 kali pada Komposisi Silicone

Glycol Berubah;(a) 1 pphp (b) 2 pphp (c) 3 pphp (d) 4 pphp (e) 5 pphp

Pengaruh Komposisi Surfaktan Silicone Glycol pada

Castor oil 50%

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

1 2 3 4 5

Dia

met

er S

el (

cm)

Komposisi Silicone Glycol

(pphp)

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 4 5

Den

sita

s S

el (

cm3)

Komposisi Silicone Glycol

(pphp)

Hubungan Komposisi Silicone Glycol

terhadap Densitas Sel Hubungan Komposisi Silicone Glycol

terhadap Diameter Sel

0,0275

0,0280

0,0285

0,0290

0,0295

0,0300

0,0305

0,0310

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

Bu

lk D

ensi

ty (

g/c

m3)

Komposisi Silicone Glycol

(pphp)

1820,0

1840,0

1860,0

1880,0

1900,0

1920,0

1940,0

1960,0

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

Ra

sio

Ek

spa

nsi

Vo

lum

e (%

)

Komposisi Silicone Glycol

(pphp)

Hubungan Komposisi Silicone Glycol

terhadap Rasio Ekspansi Volume

Hubungan Komposisi Silicone Glycol

terhadap Bulk Density

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0.000

0.020

0.040

0.060

0.080

0.100

0.120

1 2 3 4 5

Elo

nga

tio

n a

t B

reak

(%

)

Ten

sile

Str

ength

(k

N/m

2)

Komposisi Silicone Glycol

(pphp)

Tensile Strengh (kN/m2)

Elongation at Break (%)

Hubungan Komposisi Silicone Glycol terhadap Tensile Strength

dan Elongation at Break

Pengaruh Surfaktan Terhadap Properti Mekanis

Polyurethane Foam

Pengaruh Pengadukan Terhadap Struktur Polyurethane

Foam

Hasil Foto SEM Cured Polyurethane Foam Perbesaran 20 Kali

pada Pengaduk (a) Propeller (b) Turbine

Parameter Tipe

Propeller

Tipe

Turbine

Diameter sel (cm) 0.168 0,158

Densitas sel (sel/cm3) 113 61

Bulk density (g/cm3) 0,0282 0,0303

Rasio ekspansi volume (%) 1924,84 1785,08

Perbandingan Struktur Polyurethane Foam Antara Dua

Jenis Pengaduk

KESIMPULAN

1. Modifikasi struktur polyurethane berbasis CO dapat

dilakukan dengan memodifikasi komposisi chain extender

dan surfaktan

2. Penambahan chain extender pada polyurethane berbasis CO

mampu mendorong terjadinya pemisahan fase

3. Diameter sel minimum terjadi pada komposisi ethylene

glycol 0,4 pphp yaitu 0,163 cm

4. Pada berbagai komposisi ethylene glycol, bulk density

cenderung semakin besar seiring penambahan komposisi

ethylene glycol namun sebaliknya pada rasio ekspansi

volume

5. Diameter sel paling kecil ditunjukkan pada penambahan

komposisi silicone glycol 3 pphp yaitu 0,137 cm

6. Untuk perubahan komposisi silicon glycol, bulk density

menurun sampai komposisi 3 pphp, dan mengalami kenaikan untuk komposisi diatas 3 pphp

7. Ekspansi volume mengalami fluktuasi pada perubahan komposisi silicone glycol, dan mencapai nilai maksimum pada komposisi 2 pphp

8. Pengaduk tipe propeller lebih cocok digunakan untuk sintesa polyurethane foam

9. Komposisi ethylene glycol yang paling baik pada 0,4 pphp ditandai dengan tensile strengh yang tinggi tetapi menyebabkan elongation at break yang rendah

10.Penambahan komposisi silicone glycol dari 1 sampai 5 pphp menyebabkan tensile strengh cenderung menurun dan nilai elongation at break mengalami fluktuasi

TERIMA KASIH