BAHAN KIMIA KOMPON KARET

Presentasi berjudul: "BAHAN KIMIA KOMPON KARET"— Transcript presentasi:

1 BAHAN KIMIA KOMPON KARET
OLEH Dr. RIDHA ARIZAL MSc MSc in Polymer Chemistry, Aston University, Birmingham,UK PhD in Polymer Technology, Loughborough University of Technology, UK Dosen FMIPA, UNIVERSITAS NUSA BANGSA Dosen Kimia Polimer, Teknologi Karet dan Plastik Consultant in Rubber Chemicals, Technology and compounding DISAMPAIKAN PADA PELATIHAN Technical Training “FUNDAMENTAL OF RUBBER TECHNOLOGY” (PRODUCT DESIGN, COMPOUNDING, PROCESSING & TESTING) yang diadakan pada Februari 2015

2 APA YANG DIKERJAKANKAN DALAM COMPOUNDING?
Mencampurkan bahan kimia karet kedalam karet yang sudah siap menerima ingredients Meng- adjust kekerasan dan modulus dari produk vulkanisat Memilih bahan pengisi aktif untuk mencapai kekuatan tertentu Membuat karet yang lunak dan pengisi yg keras menjadi campuran vulkanisat yang fleksibel bersama campuran lain Menjadikan produk karet menjadi tahan lama

3 Klasifikasi bahan kimia karet untuk compounding
Elastomers (Bahan karet yang dipilih) Peptizer untuk mempercepat pelunakan karet sebelum menerima bahan kimia karet Vulcanizing Agents (Curatives, Memberi reaksi yang membuat crosslink dimana sulfur yang paling banyak digunakan) Accelerators, Digunakan untuk mengurangi lama vulkanisasi/cure time dengan meningkatkan kecepatan vulkanisasi. Kebanyakan pencepat mengandung Nitrogen dan sulfur. Activators ( Activators digunakan untuk aktifasi accelerator dan meningkatkan efektifitas , ZnO,asam stearat , magnesia, amina untuk efisiensi ikatan silang Retarders , di gunakan untuk memperlama scorchness (bahannya : Phthalic anhydrade, asam salisilat, dan sodium asetat) Antidegradants(Antioxidants, Antiozonants, Protective Waxes) digunakan untuk memperlaama proses perusakan vulkanisat oleh: oksigen, ozon, panas, cahaya, flexing, Processing Aids(Peptizers, Lubricants, Release Agents) untuk mempermudah proses mixing, calandering, ekstruder dan moulding. Bahan pengisi/fillers , untuk memperkuat karet dan menurunkan “cost”. Dll

4 BAHAN KIMIA YANG DIGUNAKAN DALAM ‘COMPOUNDING’
1.PEPTIZER UNTUK MASTIKASI (proses pelunakan karet) Elastomer harus mempunyai viskositas yg sesuai untuk dapat menerima ingredient dgn mudah dan mendispersikannya secara merata. Pengurangan viskositas sedikit saja (viscosity reduction) dapat diperoleh dgn menambahkan bahan bantu proses spt:Zn-soap, Ca-soap, tetapi pengurangan viskositas yg besar akan memerlukan mastikasi, yang akan dipercepat dengan bantuan peptizer Mastikasi tanpa peptizer. Ini dapat dilakukan terutama pada temperatur rendah dimana molekul karet akan terputus dengan pemaksaan (‘force’) diantara roll dan setelah beberapa menit, viskositas akan berkurang. Bila mastikasi dilakukan pada temp. sekitar 115C, mastikasi tidak efektif Efisiensi mastikasi Karet digiling Dgn 2 roll mill b a a=mastikasi dingin b=mastikasi panas C

5 Mastikasi dgn peptizer
Peptizer akan mempercepat proses oksidasi. Bahan ini akan membantu terjadinya radikal yang diperlukan untuk oksidasi shg mastikasi dpt dimulai pada temperatur lebih rendah. Pentakhlorotiofenol (PCTP) dan ZnPCTP digunakan untuk melunakkan karet sintetik spt SBR dan NBR dan karet alam pada proses mastikasi temp C Belerang, antioksidan serta bahan pengisi aktif akan dapat menghentikan proses oksidasi lanjutan oleh peptizer. Bahan pengisi yg non-aktif, bila digunakan, maka peptizer dapat ditambahkan bersamaan dgn bahan pengisi. Pentakhlorotiofenol spt Struktol A95D s.g.1,2 warna biru pastiles, untuk NR dan SR dosis 0,1-1,0phr Kompleks Organometal spt Struktol,A 80,A 82 warna biru abu-abu digunakan 0,8-2,0phr. Struktol A86 digunakan 0,2-0,5 (sangat aktif) untuk NR dan SR Aryl amine Hidrocarbon spt Peptizer 9344 untuk khloropren (contoh karet: neopren) dgn pemakaian 0,5-2,0phr Activated Di(o-benzamidofenil)disulfida spt Pepton 44, min. 70C Activated Pentakhlorotiofenol spt Renacit VII, min. 70C

6 Bila digunakan, bahan pengisi yg non-aktif, maka peptizer dpt ditambahkan bersamaan dgn bahan pengisi. Pentakhlorotiofenol spt Struktol A95D s.g.1,2 \ warna biru pastiles, untuk NR dan SR dosis 0,1- 1,0phr Kompleks Organometal spt Struktol,A 80,A 82 warna biru abu-abu digunakan ,8-2,0phr. Struktol A86 digunakan 0,2-0,5 (sangat aktif) untuk NR dan SR Aryl amine Hidrocarbon spt Peptizer 9344 untuk khloropren (contoh karet: neopren) dgn pemakaian 0,5-2,0phr Activated Di(o-benzamidofenil) disulfida spt Pepton 44, min. 70C Activated Pentakhlorotiofenol spt Renacit VII, min. 70C

7 Bahan pemvulkanisasi S8 SX S1 S2 belerang + S1 S2 S8 Sx
(X = 3 sampai 8 S) EBONIT: DOSIS BELERANG 25-40PHR, IKATAN SILANG BANYAK lihat (S yg HITAM dan +S yg MERAH) KARET YG ELASTIS : DOSIS BELERANG 0,2-5PHR (YG UMUM 1,5-2,5PHR) umpamanya,lihat S yg HITAM saja Dalam teknologi karet, dikenal 2 macam belerang yaitu: bentuk soluble (bentuk rhombic) dan bentuk insoluble (polymeric sulfur) NR NBR Kelarutan ‘soluble sulfur’ pada 25C= 0,7% ,3% 50C= 4,8% ,2 %

8 Bahan pemvulkanisasi ini berfungsi menggabungkan rantai polimer melalui ikatan yg disebut crosslink dan memberikan daya keuletan pada karet. Banyak polimer yg bisa di vulkanisasi dengan bahan yang berbeda, dan tiap jenis memberikan karakteristik yang berbeda pula. Contoh: Karet nitril dapat divulkanisasi dengan belerang atau peroksida. Peroksida memberikan compression yang lebih baik, kurang lentur, dan juga mahal. SULFUR DONOR Senyawa atau bahan pencepat juga dapat menyumbangkan belerangnya untuk membuat ikatan silang, contoh: TMTD dpat menyumbangkan 2 elemen belerang. CH CH DPTT Dapat MEMBERI 4 ELEMEN S N – C – S – S –C – N DTDM dan MBSS masing-masing 2S CH S S CH3 II II VULKANISASI DGN PEROKSIDA ORGANIK, CONTOH: DICUMYL PEROXIDE

9 SEMUA KARET YG TIDAK PUNYA IKATAN RANGKAP Dapat DIVULKANISASI DGN CARA INI. Radikal, MENARIK ATOM H DARI POLIMER SHG POLIMER TERIKAT via BACKBONE atom C ke C. DICUMYL PEROXIDE . CH CH3 2 RO radikal C – O – O – C - CH CH3 Vulkanisasi juga dpt dilakukan dgn logam oksida ZnO/MgO untuk polychloroprene. Vulkanisasi dgn radiasi bisa untuk karet PE, EPDM Silicone dll. Vulkanisasi dgn Resin bisa untuk karet butil

10 BAHAN PENCEPAT (accelerator)
Belerang atau sulfur bila digunakan sendiri dapat memvulkanisasi karet, tetapi dalam tempo yg sangat lambat dan memerlukan sulfur yg banyak, temperatur yg tinggi dan waktu yg sangat lama, karena itu diperlukan bahan pencepat. Hampir semua bahan pencepat memerlukan Oksida metal(terutama ZnO) dan asam stearat untuk aktifitas penuh dan kelarutan dalam karet Klasifikasi accelerator berdasarkan struktur kimia karena terlalu banyak; disini diberikan beberapa contoh yang populer: BAHAN PENCEPAT THIAZOLES (Cepat-sedang) Populer untuk mech. rubber good, ban sepeda, ban dalam, sepatu, contoh: 2-Mercptobenzothiazole (MBT) Dibenzothiazyl disulfida (MBTS), dismping itu, sbg retarder untuk karet CR

11 Bahan pencepat SULFENAMIDA (cepat-ditunda) Populer untuk barang yg akan mengalami ‘heavy dynamic stresses’ spt ban, conveyor belts dll. Contoh: N-Cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamide (CBS) Benzothiazyl-2-sulfen morpholide (MBS) Benzothiazyl-2-dicyclohexyl sulfenamide (DCBS) Bahan pencepat THIURAM (cepat) Populer untuk Steam joints, stem hose, hot water bottles,food contactdll,& booster untuk thiazol dan sulfenamida Tetrmetiltiuram disulfida (TMTD) Tetrametiltiuram monosulfida (TMTM) Tetraetiltiuram disulfida (TETD)

12 Bahan pencepat DITIOKARBAMAT(ultra cepat)
Bisa untuk low temp cured( C) shg (ZDC) bisa untuk warna organik, putih, transparan, adesif, & untuk barang lateks. Contoh: Zinc diethyldithiocarbamate (ZDC) Zinc dimethyldithiocarbamate (ZDMC) Zinc dibutyldithiocarbamate (ZDBC) Bahan pencepat GUANIDINE (sedang) shg diperlukan untuk barang karet yg tebal. Sulit divulkanisasi dgn udara panas. Sbg penambahan sebagai secondary accelerator sangat bagus, terutama dgn MBT atau MBTS krn dapat memberikan dynamic properties yg bagus. Diphenylguanidine (DPG) Di-o-tolylguanidine (DOTG) Formula punya banyak kemungkinan, termasuk kombinasinya yg bersifat sinergis. Yang berikut hanya sbg gambaran kalau bahan pencepat akan digunakan tunggal: phr Sulfur curing temp.C DPG, DOTG 1,2-2,0 5,0-3, MBT,MBTS 0,7-1,0 3,5-2, CBS, MBS 0,5-1,5 2,5-1, TMTD,TETD, TMTM 0,5-2,0 2,0-0, ZDEC, ZDMC 0,3-0,5 1,5-0,

13 TiPE bahan pemvulkanisasi Digunakan untuk
Belerang atau yang mengandung belerang Isoprene, SBR, ` Butyl, Butadiene, EPDM, Nitrile,Norsorex Organic Peroxides Urethane, Silicone, Chlorinated Polyethylene, Crosslinked Polyethylene, Vamac, Vynathene, PVC/Nitrile Metallic Oxides Neoprene Hypalon, Thiokol Organic Amines Acrylic, Fluorocarbon, Epichlorohydrin, Vamac Phenolic Resins Butyl

14 BAHAN PENGGIAT Bahan pencepat memerlukan aktivator atau bahan penggiat untuk semua jenis karet, dan yg terpenting adalah ZnO Digunakan antara 3-5 phr, dan tidak mengandung logam berat Pb Karet neoprene (CR) dapat divulkanisasi dgn logam MgO Kompon yg tidak mempunyai Asam Stearat ternyata vulkanisasinya lambat, ini diperoleh dari pengalaman dgn karet alam yg punya asam lemak (fatty acid) alami dimana tanpa penambahan asam stearat,vulkanisasi masih bisa terjadi. Sekarang sudah jadi standar bahwa accelerator harus diaktifkan dgn ZnO dan Asam stearat (1-2phr), untuk karet alam, SBR dan banyak karet sintetis lainnya Bahan-bahan lain yang mempunyai pH tinggi memberi effek dapatmengaktifkan kecepatan vulkanisasi.

15 Antidegradasi (antioksidan dan antiozonan)
Ikatan rangkap walaupun vital dalam vulkanisasi dgn belerang, tetapi merupakan titik lemah yg dapat menyebabkan oksidasi oleh oksigen dan ozon. Karet alam, SBR,BR yg punya banyak ikatan rangkap lebih mudah teroksidasi dibanding karet yg jenuh spt butil dan EPDM. Karet karena itu harus diprotek dengan bahan antidegradasi yg secara garis besar dapat dibagi dua: 1. Turunan amina. Antioksidan ini tergolong STAINING, biasanya anilin dan difenilamin karena dapat ‘memudarkan‘ warna bukan hitam bila diekspos didalam cahaya. Contoh: Phenyl- (alfa,beta)-naphthylamine spt PAN dan PBN, Keton-amin kondensat spt Flectol H, Permanax TQ, Substitusi p- phenilenediamines spt IPPD, Santoflex 13, Permanax 6PPD

16 2. Turunan fenol. Antioksidan ini tergolong NON-STAINING
2.Turunan fenol. Antioksidan ini tergolong NON-STAINING yang tidak banyak mempengaruhi warna vulkanisat. Contoh: Substitusi phenol spt Vulkanox DS, Ionol, Permanax SP, Montaclere Fenil alkana spt: Vulkanox NKF, Naugawhite, Santowhite ANTIOZONAN: Ozon dapat menyerang karet dalam keadaan teregang, karena itu permukaan karet perlu dilindungi. Biasanya parrafin wax yang ditambahkan kedalam kompon karet akan keluar kepermukaan vulkanisat shg melindungi dari serangan ozon. Karet yg dinamis tidak dapat dilindungi dgn par. Wax karena ikatannya dgn permukaan karet tidak kuat. Untuk karet yg dinamis spt ban, perlu dilindungi dgn microcrystalline wax

17 untuk memperbaiki sifat fisika
BAHAN PENGISI untuk memperbaiki sifat fisika Dua golongan besar bahan pengisi: Bahan pengisi aktif (memperkuat/’reinforcing filler’) Akan meningkatkan: kekerasan, ketahanan sobek, ketahanan kikis tegangan putus dari vulkanisat. Penguatan sangat ditentukan oleh UKURAN, BENTUK PERMUKAAN dan BENTUK BUTIR/PARTIKEL Contoh: Carbon black, silika, Al silikat, Mg silikat dll. -Bahan pengisi non aktif (tidak memperkuat non-Reinforcing filler) Hanya Akan menambah kekerasan, kekakuan, tetapi sifat-sifat lain akan berkurang. Harganya relatif lebih murah dibanding yang bahan pengisi aktif. contoh: Kaolin Clay, Kalsium karbonat,, Mg karbonat, Barium Sulfat dll

18 CARBON BLACK Kode ASTM DBP adsorbtion Cm3/100g Aplikasi N 990 N-787
36 80 65 90 78 180 121 178 124 120 102 72 114 113 Inner liner,freon hose,nitril hose,washing machine. hose Low voltage wire&cable, wiper blade Extrusion mouldings Body mounts, hydraulic hose, tire beads Passenger carcass, O-rings, body mounts Mechanical goods, Conductive goods Body mounts, windshield wiper, brake cups, motor mounts, pipe rings Wire and cables Telapak ban passenger , truck Telapak ban, passenger , truck Motor mounts, dock fender, weather strips, passenger tread, bicycle tires Motor mounts, wire belt coat Motor mounts, passenger tread, Truck tread, off the road tread Truck tread, tank tread pad, compression pad

19 Bahan pembantu proses (selain senyawa Zn yg terdapt pada slide 3) RUBBER PROCESS OIL
Ada 3 tipe utama RPO yg berasal dari minyak bumi: Parafinik, MOLEKUL YG DOMiNAN ADALAH PARAFINIK, yg sangat stabil,digunakan untuk vulkanisat bewarna atau putih, senyawa bersifat non polar shg lebih cocok untuk karet yg non polar spt EPDM Naftenik, MOLEKUL DOMINAN NAFTENIK, Hidrokarbon siklik, tetapi flash point lebih rendah dibanding parafinik Aromatik, tidak begitu stabil, warnanya gelap, low flash point, dan tidak cocok digunakan untuk mixing pada temperatur yang tinggi, dan digunakan untuk campuran karet yg bewarna gelap. Senyawa bersifat polar, shg lebih cocok untuk karet yg polar

20 KOMPATIBILITAS RPO DGN KARET
Rpo HIGH AROMATIK Rpo AROMATIK Rpo NAFTENIK Rpo PARAFINIK Karet alam SBR BR EPDM Butil CR NBR PVC Very good Fair Poor VG F P G F-G F-P G-F SIFAT UMUM RPO PETROLEUM. BASE RPO DENSITY STORAGE STABILITY LOW TEMP COLOR-ATION PEROXIDE CURE PARAFINIK NAFTENIK AROMATIK HIGH ARO. LOW HIGH GOOD POOR STRONG

21 PLASTISIZER UNTUK KARET POLAR & KEGUNAAN KHUSUS
PLASTISiZER ESTER DIGUNAKAN UNTUK KARET spt NITRIL, POLYCHLOROPRENE, CHLOROSULFONATED POLYETHYLENE. KONSENTRASI RENDAH DPT DIGUNAKAN UNTUK KARET CHLORINATED POLY ETHYLENE, EPICHLOROHYDRINE, POLIAKRILAT & FLUOROCARBON JENIS ESTER : PHTHALATES: spt DI-N-BUTILFTALAT(DBP), DIOKTILFTALAT (DOP), LOW TEMP PLAST spt :DI-N-BUTYL SEBACATE (DBS), DIOKTILSEBAKAT (DOS) HIGH TEMP. PLASTISIZER: spt DTDP, DUP, TOT ANTI API: spt TRITOLILFOSFAT (TTP), TRIXYLYLFOSFAT (TXP) BLOWING AGENT NN’DINITROSOPENTAMETILENTETRAMIN (DNPT) Contoh: vulkacelBN94 memberikan gas 230ml/g AZODIKARBONAMIDA (ADC) Contoh: porofor ADC, Genitron AC , 230ml/g Benzen sulfonil hidrazida (BSH), Contoh: Genitron BSH, Porofor BSH, gas 130ml/g

22 RETARDER (PENAHAN SCORCH)
SENYAWA YG BERSIFAT ASAM DAPAT MENGAKIBATKAN TERTUNDANYA PROSES VULKANISASI.contoh: PVI LAIN-LAIN: NBR DAPAT DIPERKERAS DGN PVC, RESIN BIASA DIGUNAKAN dapat MENINGKATKAN KEKERASAN SBR dan KARET ALAM ODORANT juga kadang-kadang ditambahkan ANTI SERANGGA:kadang-kadang perlu DITAMBAHKAN AGAR KABEL DLL TIDAK DIGIGIT SERANGGA ANTIMIKROBA: juga dapat ditambahkan terutama untuk karet di ruangan hospital PENGUAT IKATAN KARET FILLER SPT SILIKA : dpt ditambah coupling agent, spt viniltrietoksisilane Tackifier Processing aid sewaktu di proses dan moulding

23 Keep Contact with us Web: Telp (Hunting), Fax Alamat: Office: Jl. Radin Inten II No. 62 Duren Sawit, Jakarta INDONESIA Workshop: Jl. Pahlawan Revolusi No. 22B Jakarta INDONESIA