Laporkan Masalah

STUDI PROSES MASTIKASI DAN PENGGILINGAN KARET ALAM : PENGARUHNYA TERHADAP KARAKTERISTIK VULKANISASI DAN SIFAT FISIK VULKANISAT

IR. ABU HASAN M.SI., Prof. Ir. Rochmadi, SU., Ph.D.

2013 | Disertasi | S3 Teknik Kimia

Indonesia merupakan Negara pengekspor karet alam terbesar di dunia bersama Malaysia dan Thailand. Sebagian besar produk karet alam Indonesia tersebut diekspor ke luar negeri, yang meliputi karet remah (crumb rubber) dan lateks pekat. Konsumsi karet alam di dalam negeri yang diproduksi menjadi barang jadi karet, masih cukup kecil sekitar 17,24 % dari total produksi karet alam Indonesia di tahun 2011. Oleh karena itu masih banyak kesempatan untuk mengembangkan produk barang jadi karet di dalam negeri terutama bagi industri kecil dan menengah (IKM). Untuk meningkatkan daya saing bangsa dan alih teknologi karet, diperlukan pemahaman tentang teknologi karet. Teknologi karet meliputi perancangan formula (resep) karet, mastikasi dan penggilingan, pengujian karakterik vulkanisasi, dan pengujian sifat fisik dan sifat kimia vulkanisat karet. Salah satu dari bagian teknologi karet yang cukup penting adalah mastikasi dan penggilingan. Mencegah vulkanisasi dini, merancang sifat fisik dan sifat kimia vulkanisat, dan prakiraan karakteristik vulkanisasi karet dapat dilakukan dengan memodifikasi proses mastikasi dan penggilingan karet. Urutan proses mastikasi dan penggilingan karet mempunyai kontribusi yang besar terhadap karakteristik vulkanisasi dan sifat fisik vulkanisat, disamping perancangan formula karet. Oleh karena itu tujuan penelitian ini adalah mempelajari proses mastikasi dan penggilingan karet serta hubungannya dengan karakteristik vulkanisasi dan sifat fisik vulkanisat karet alam. Langkah-langkah yang diperlukan untuk mencapai tujuan penelitian tersebut adalah perancangan formula karet alam, mastikasi dan penggilingan (60oC), uji curing (150oC), dan melakukan karakterisasi kompon dan vulkanisat karet. Proses mastikasi dan penggilingan karet dilakukan dengan beberapa metode, yaitu metode pencampuran carbon black ke dalam karet pada sampel-sampel A, B, C dan D, mengikuti perbandingan 10-40, 20-30, 30-20, dan 40-10 dari total 50 phr carbon black, dan urutan pencampuran carbon black dan bahan pengisi ke dalam karet dilakukan baik secara simultan pada sampel-sampel A (mastikasi karet selama 5 menit, diikuti dengan pencampuran carbon black N 330 dan bahan kimia karet ke dalam karet secara simultan), B (mastikasi karet selama 1 menit, diikuti dengan pencampuran carbon black N 330 dan bahan kimia karet ke dalam karet secara simultan), dan C (proses mastikasi dan pencampuran sama dengan B tetapi digunakan carbon black tipe N660), maupun secara bergiliran pada sampel D (mastikasi karet selama 3 menit, pencampuran carbon black N 330 dan diikuti oleh pencampuran bahan kimia karet ke dalam karet). Variasi suhu penggilingan karet (55oC-70oC) pada sampel B1 dan C1, variasi suhu vulkanisasi karet (140oC- 170oC) pada sampel A1 dan D1, dan penggunaan dua tipe carbon black (N 330 dan N660) juga dilakukan. Karakterisasi kompon karet meliputi uji viskositas Mooney pada suhu 100oC (ISO 289-94), bound rubber, dispersi carbon black di dalam karet (mikroskop digital Dino-Lite dan DisperGrader) dan mixing energy sementara karakterisasi vulkanisat karet terdiri atas uji rheometer (ISO 6502-99), uji belerang sisa (ASTM D 297-93), uji crosslink density, dan uji sifat fisik. Pengujian sifat fisik meliputi uji kekerasan (ISO 7619(1)-2004), uji kuat tarik, modulus 500 %, dan perpanjangan putus (ISO 37- 2005), ketahanan sobek (ISO 34-2007), ketahanan kikis (ISO 4649-2002), dan kepegasan pantul (ISO 4662-2009). Hubungan antara bound rubber dengan crosslink density juga dipelajari. Metode pencampuran carbon black ke dalam karet pada proses mastikasi dan penggilingan karet menghasilkan perbaikan sifat fisik yang cukup signifikan pada sampel-sampel A, B, C, dan D. Semakin banyak volume carbon black yang ditambahkan di awal proses mastikasi dan penggilingan karet, semakin bervariasi sifat fisik vulkanisat karet alam yang diperoleh. Di samping kenaikan pada beberapa sifat fisik, terdapat juga penurunan sifat fisik pada sampel-sampel tersebut. Sampel D memiliki peningkatan sifat fisik yang tertinggi dibandingkan dengan sampel-sampel A, B, dan C. Sampel D4 (rasio pencampuran carbon black 40-10) merupakan sampel yang mempunyai peningkatan sifat fisik tertinggi dengan kuat tarik 271 kg/cm2 dibandingkan dengan sampel-sampel D1 (rasio pencampuran carbon black 10-40) yang memiliki kuat tarik 270 kg/cm2, D2 (rasio pencampuran carbon black 20-30) kuat tariknya 259 kg/cm2, dan D3 (rasio pencampuran carbon black 30-20) mempunyai kuat tarik 267 kg/cm2. Semakin banyak carbon black ditambahkan pada awal proses mastikasi dan penggilingan karet, semakin banyak carbon black yang dapat berinteraksi dengan karet yang masih mempunyai viskositas cukup tinggi. Agregat carbon black pecah menjadi partikel yang lebih kecil, sehingga luas permukaan carbon black menjadi besar dan menyebabkan kenaikan pada bound rubber. Semakin besar bound rubber semakin tinggi kuat tarik. Rasio pencampuran carbon black ke dalam karet pada sampel D juga dilakukan pada sampel-sampel A, B, dan C. Urutan pencampuran carbon black setelah proses mastikasi, lalu diikuti oleh pencampuran bahan pengisi ke dalam karet (sampel D), menghasilkan peningkatan sifat fisik yang lebih baik dibandingkan dengan urutan pencampuran carbon black dan bahan pengisi ke dalam karet yang dilakukan secara simultan (sampel A, B, dan C). Kuat tarik D4 adalah 271 kg/cm2 dan kuat tarik sampel-sampel A4, B4 dan C4 berkisar 189-256 kg/cm2. Penggunaan carbon black tipe N 330 menghasilkan peningkatan sifat fisik yang lebih tinggi dibandingkan dengan sifat fisik yang diperoleh dengan menggunakan carbon black tipe N 660 pada formula karet alam. Carbon black tipe N330 mempunyai ukuran partikel lebih kecil dari carbon black tipe N 660. Semakin kecil ukuran partikel, semakin besar luas permukaan carbon black per satuan masa, sehingga adsorpsi molekul-molekul karet di permukaan carbon black semakin banyak. Bound rubber meningkat, sehingga pengaruh penguatan carbon black (reinforcing filler) meningkat. Oleh karena itu, sifat fisik menjadi besar. Suhu penggilingan pada proses mastikasi dan penggilingan karet juga mempengaruhi sifat fisik vulkanisat karet. Semakin tinggi suhu penggilingan karet dari 55oC ke 70oC, semakin baik sifat fisik vulkanisat karet alam, terutama pada kenaikan ketahanan kikis (dari 147 DIN mm3 menjadi 150,1 DIN mm3) dan ketahanan sobeknya (dari 136 kg/cm2 menjadi 141 kg/cm2). Semakin tinggi suhu penggilingan, semakin rendah viskositas karet sehingga semakin mudah carbon black dan bahan kimia karet terdispersi ke dalam karet. Dispersi carbon black menyebabkan penguatan, sementara dispersi bahan kimia karet terutama belerang menyebabkan reaksi vulkanisasi menjadi lebih cepat. Dengan demikian, baik ketahanan kikis maupun ketahanan sobek naik dari suhu penggilingan 55oC ke 70oC. Suhu vulkanisasi mempengaruhi kecepatan reaksi vulkanisasi. Data rheograf maupun data penurunan belerang sisa di vulkanisat menunjukkan semakin tinggi suhu vulkanisasi karet, semakin cepat reaksi vulkanisasinya. Semakin tinggi suhu vulkanisasi pada sampel A1 dan D1, semakin besar konstanta kecepatan reaksi. Untuk sampel D1, kuat tarik (259 kg/cm2-248 kg/cm2), modulus 500 % (241 kg/cm2- 131 kg/cm2), ketahanan sobek(180 kg/cm2-107 kg/cm2), dan ketahanan kikis (112 DIN mm3-115 DIN mm3) turun dengan kenaikan suhu vulkanisasi dari 140oC ke 170oC. Sampel A1 memiliki sifat fisik yang lebih rendah dari sifat fisik sampel D1. Kuat tarik sampel A1 (270 kg/cm2-245 kg/cm2), modulus 500 % (235 kg/cm2-206 kg/cm2), ketahanan sobek (145 kg/cm2-135 kg/cm2), dan ketahanan kikis (103,9 DIN mm3-122,3 DIN mm3) turun dengan kenaikan suhu vulkanisasi dari 140oC ke 170oC. Penurunan sifat fisik sampel A1 dan D1 disebabkan oleh ketidaktahanan karet alam terhadap suhu vulkanisasi yang tinggi. Sifat fisik sampel D1 terlihat lebih besar dari sifat fisik sampel A1. Perbedaan urutan pencampuran carbon black tipe N 330 dan bahan kimia karet ke dalam karet pada sampel A1 dan D1, menyebabkan perbedaan sifat fisik tersebut. Pada sampel D1, carbon black tipe N 330 dicampur sebelum pencampuran bahan kimia karet. Permukaan carbon black tipe N 330 belum dikotori oleh bahan kimia karet sehingga sifat fisik sampel D1 lebih tinggi dibandingkan dengan sifat fisik sampel A1 dimana proses pencampuran carbon black tipe N 330 dan bahan kimia karet dilakukan secara simultan. Dapat disimpulkan bahwa proses mastikasi dan penggilingan karet mempengaruhi sifat fisik vulkanisat karet alam.

Indonesia is the country's largest exporter of natural rubber in the world together with Malaysia and Thailand. The exports include crumb rubber and concentrated latex. Nevertheless, the consumption of natural rubber in the country is still quite small about 17.24% of the total natural rubber production in Indonesia in 2011. Therefore there are many opportunities to develop rubber goods products in the domestic rubber industry, especially for small and medium enterprises (IKM). To improve the nation's competitiveness and transfer of rubber technology, the understanding of rubber technology may be required. Rubber technology includes designing of rubber formulas (recipes), mastication and milling, test of curing characteristics, and testing of physical and chemical properties of vulcanized rubber. Mastication and milling are important to the rubber technology. Preventing premature vulcanization, designing the physical and chemical properties of vulcanized rubber, and forecasting of curing characteristics can be conducted by modifying the process of rubber mastication and milling. The sequence of rubber mastication and milling process has contributed greatly to the curing characteristics and physical properties of vulcanized rubber, rubber formula in addition to design. Therefore the aim of research is to study the process of rubber mastication and milling, and relation to the curing characteristics and the physical properties of vulcanized natural rubber. The steps necessary to achieve the goal of these studies is the design of natural rubber formula, rubber mastication and milling (60°C), curing test (150oC), and perform characterization of compound and vulcanized rubber. The process of rubber mastication and milling was done by several methods, the mixing method of carbon black into rubber in the samples A, B, C and D in the following ratios 10-40, 20-30, 30-20 and 40-10, and the order of carbon black mixing and filler into the rubber performed either simultaneously in samples A (rubber mastication for 5 min, followed by mixing of carbon black N 330 and rubber chemicals in the rubber simultaneously), B (rubber mastication for 1 min, followed by mixing of carbon black N 330 and rubber chemicals in the rubber simultaneously), and C (the process of rubber mastication and mixing with B but are used carbon black N660 type), and in turn on the sample D (rubber mastication for 3 min, mixing of carbon black N 330, followed by the mixing of rubber chemicals in the rubber). Rubber mixing temperature variations (55oC-70oC) in samples B1 and C1, rubber vulcanization temperature variations (140oC-170oC) in samples A1 and D1, and the use of two types of carbon black (N 330 and N660) were also performed. The compound characterization includes the test of Mooney viscosity at 100 ° C (ISO 289-94), bound rubber, filler dispersion (Dino-Lite digital microscope and DisperGrader) and mixing energy while the characterization of vulcanized rubber consists of rheometer test (ISO 6502-99), test of free sulfur (ASTM D 297-93), crosslink density test, and test of the physical properties. The physical properties comprise of hardness (ISO 7619 (1) - 2004), tensile strength, modulus 500 % and elongation at break (ISO 37-2005), tear resistance (ISO 34-2007), abrasion resistance (ISO 4649-2002), and rebound resilience ISO (4662-2009). The relationship between bound rubber and crosslink density was also studied. The method of carbon black mixing into the rubber on the rubber mastication and milling results significant improvement of physical properties in samples A, B, C, and D. The more volume of carbon black is added at the beginning of the process of rubber mastication and milling, the varied physical properties of vulcanized natural rubber were obtained. Besides an increase in some physical properties, there is also a reduction in the physical properties of the samples. Sample D had the highest increase in physical properties compared to samples A, B, and C. Sample D4 (mixing ratio of carbon black 40-10) are sample that have improved physical properties with the highest tensile strength of 271 kg/cm2 compared with samples D1 (black carbon mixing ratio 10-40) which has a tensile strength 270 kg/cm2, D2 (black carbon mixing ratio 20-30) has a tensile strength 259 kg/cm2, and D3 (black carbon mixing ratios of 30-20) has a tensile strength of 267 kg/cm2. The more carbon black is added at the beginning of the process of rubber mastication and milling, the more carbon black can interact with the rubber that is still has a fairly high viscosity. Carbon black aggregates break into smaller particles, so that the surface area of carbon black to be large and cause an increase of bound rubber. The high bound rubber causes the increase of tensile strength. The mixing ratio of carbon black into the rubber on the sample D was also performed on samples A, B, and C. The order of carbon black mixing and filler into the rubber in the process of rubber mastication and milling made in turn or do mixing of carbon black after mastication process, followed by mixing of filler into the rubber (sample D), resulting in improved physical properties better than the sequence of carbon black mixing and filler in the rubber performed simultaneously (samples A, B, and C). For example, the tensile strength of D4 is 271 kg/cm2 and the tensile strength of samples A4, B4 and C4 ranges from 189-256 kg/cm2. The use of carbon black type N 330 resulted in improved physical properties higher than the physical properties obtained by using the carbon black N660 type in the natural rubber formula. Carbon black type N330 has a smaller particle size than that of carbon black type N 660. The smaller the particle size, the larger the surface area of the carbon black per unit of mass, so that the adsorption of rubber molecules on the surface of carbon black increases. The increase of bound rubber causes the effect of the carbon black as reinforcing filler increased. Therefore, the physical properties are great. Milling temperature on the process of rubber mastication and milling also affect the physical properties of vulcanized rubber. The higher the temperature of the rubber milling 55oC - 70oC, the better the physical properties of vulcanized natural rubber, especially on the increase of abrasion resistance (of 147 DINmm3 rose to 150.1 DINmm3) and tear resistance (up from 136 kg/cm2 to 141 kg/cm2). The higher the milling temperature, the lower the viscosity of the rubber so the easier both carbon black and rubber chemicals dispersed into the rubber. Carbon black dispersion effect strengthening while the dispersion of rubber chemicals, especially sulfur causes faster vulcanization reaction. Thus, both abrasion and tear resistance rose from milling temperature of 55oC - 70oC. Temperature affects the rate of vulcanization reaction. Both data derived from observations of free sulfur and data based on rheograf in the vulcanized natural rubber, show that the higher the vulcanization temperature of rubber, the faster the reaction of vulcanization. The higher the temperature of vulcanization in samples A1 and D1, the greater the reaction rate constants, so that the reaction rate increases. For samples D1, tensile strength (259 kg/cm2-248 kg/cm2), modulus 500% (241 kg/cm2-131 kg/cm2), tear resistance (180 kg/cm2-107 kg/cm2), and abrasion resistance (112 DINmm3-115 DINmm3) declines with the increase of vulcanization temperature of 140oC-170oC. Sample A1 has a lower physical properties than that of the sample D1. Tensile strength of sample A1 (270 kg/cm2-245 kg/cm2), modulus 500% (235 kg/cm2-206 kg/cm2), tear resistance (145 kg/cm2-135 kg/cm2), and abrasion resistance (103,9 DINmm3-122,3 DINmm3) decreases with increasing of vulcanization temperature of 140oC-170oC. Vulcanized natural rubber does not withstand at high temperature, leads to the decrease of physical properties in samples A1 and D1. The physical properties of the sample D1 looks bigger than that of the sample A1. The difference in the order of carbon black mixing type N 330 and rubber chemicals in the rubber on samples A1 and D1, leading to differences in the physical properties. In samples D1, carbon black type N 330 was mixed prior to mixing rubber chemicals. The surface of carbon black type N 330 has not been tainted by chemicals rubber so that the physical properties of the sample D1 is higher than that of the sample A1 in which the carbon black mixing type N 330 and rubber chemicals performed simultaneously. It can be concluded that the process of rubber mastication and milling affects the physical properties of vulcanized natural rubber.

Kata Kunci : -


    Tidak tersedia file untuk ditampilkan ke publik.