## PENGARUH PENAMBAHAN ALKANOLAMIDA TERHADAP KARAKTERISTIK PEMATANGAN DAN KEKERASAN VULKANISAT KARET ALAM BERPENGISI KAOLIN
Indah M.S. Sitorus, Yudha Widyanata, Indra Surya Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jl almamater Kampus USU Medan 20155, Indonesia.
Email : indah.maulina17@gmail.com

## Abstrak
Dengan  menggunakan  system  vulkanisasi  sulfur  terakselarasi  semi  effisien,  penelitian mengenai  pengaruh  penambahan  alkanolamida  tehadap  karateristik  pematangan  dan kekerasan Vulkanisat karet alam berpengisi kaolin telah dilakukan. Alkanolamida dihasilkan dari Refined Bleached Deodorized Palm Stearin (RBDPS) direaksikan dengan dietanolamin. Alkanolamida  dimasukkan  kedalam  kompon-kompon  karet  alam  yang  berpengisi  kaolin dengan  kadar  1,0;  3,0;  5,0;  7,0  Bagian  per-Seratus  Karet  (bsk).  Alkanolamida mempersingkat waktu scorch dan waktu pematangan optimum dari karet. Alkanolamida juga menyebabkan peningkatan perbedaan tork, modulus tensile, kerapatan sambung silang, dan kekerasan    dengan  penambahan  hingga  5,0  bsk  alkanolamida,  kemudian  menurun bersamaan dengan penambahan alkanolamida yang lebih lanjut .
Kata  kunci  : alkanolamida,  waktu  pematangan,  waktu  scorch,  sambung  silang,  vulkanisat karet alam, kaolin

## Abstract
By  using  a  semi-efficient  sulphur  accelerated  vulcanization  system,  an  investigation  of  the effect  of    alkanolamide  on  cure  characteristics  and  hardness    properties  of  kaolin-filled natural  rubber  compounds  was  carried  out.  Alkanolamide  was  synthesized    from  Refined Bleached  Deodorized  Palm  Stearin  (RBDPS)  and  diethanolamine.  Alkanolamide  was incorporated  into  the  kaolin  filled-natural  rubber  compound  at  1.0;  3.0;  5.0  and  7.0  Parts per-Hundred  RubbeR  (phr).  It  was  found  that  alkanolamide  gave  shorter  scorch  time  and cure  time.  Alkanolamide  also  exhibited  higher  torque  different,  crosslink  density,  and hardnessup  to  5.0  phr  and  then  decreased  with  further  increasing  the  loading  of alkanolamide.
Keywords  : alkanolamide,  cure  time,  scorch  time,  crosslink  density,  vulcanizate  natural rubber, kaolin

## Pendahuluan
Vulkanisasi adalah reaksi sambung silang ( crosslinking )  molekul-  molekul  karet  oleh sulfur  (belerang),  sehingga  dihasilkan  suatu vulkanisat  karet  yang  elastis  dan  kuat. Keelastisan  dan  kekuatan  karet  alam  dapat ditingkatkan  lagi  dengan  cara  menambahkan pengisi  penguat  ( reinforcing  filler )  kedalam karet  tersebut.  Pengisi  dan  penguat  yang banyak  digunakan  dalam  industri  karet  adalah kaolin  dan  carbon  black.  Kedua  pengisi penguat  ini  memiliki  sifat  kimia  permukaan yang berbeda satu dengan yang lainnya. Setiap jenis  pengisi  memberikan  sifat-sifat  tertentu kepada  karet  akibat  dari  permukaan  kimianya yang  sangat  spesifik.  Dibandingkan  dengan karbon  black,  pengisi  penguat  dari  kaolin memiliki  permukaan  yang  sangat  mudah menyerap  air.  Kehadiran  gugus-gugus  silanol, menyebabkan  permukaan kaolin menjadi berkutup  (polar)  dan  bersifat  asam  sehingga mempengaruhi reaksi vulkanisasi/ pematangan.
Gugus  silanol  ini  relatif  tidak  kompatibel ( incompatible )  dengan  karet  alam,  sehingga interaksi  antara  karet  dengan  pengisi  menjadi lemah. Disebabkan oleh sifat kimia permukaan yang lebih berkutub dan berhidrat, maka kaolin merupakan  pengisi  alternatif  yang  kurang memuaskan. Suatu alternatif untuk meningkatkan  reaktivitas  dari  pengisi  penguat kaolin  terhadap  karet  alam  yaitu  dengan menggunakan  alkanolamida  turunan  minyak sawit  sebagai  bahan  penyerasi.  Molekul- molekul  alkanolamida  tersebut  memiliki  sifat polar dan non polar, dimana rantai hidrokarbon yang  panjang  bersifat  polar  sedangkan  gugus amidanya  bersifat  sangat  polar.  Penelitian  ini meneliti  Pengaruh  penambahan  Alkanolamida terhadap karakteristik pematangan dan kekerasan dari vulkanisat karet alam berpengisi kaolin, dengan menggunakan sistem vulkanisasi  sulfur  terekstraksi  semi-efisien [2,4].

## Teori
Vulkanisasi  adalah  suatu  proses  dimana molekul  karet  yang  linier  mengalami  reaksi sambung  silang  sulfur (sulfur-crosslinking) sehingga  menjadi  molekul  polimer  yang membentuk  rangkaian  tiga  dimensi.  Reaksi ini  merubah  karet  yang  bersifat  plastis (lembut)  dan  lemah  menjadi  karet  yang elastis,  keras  dan  kuat.  Vulkanisasi  juga dikenal dengan proses pematangan ( curing/cure ), dan molekul karet yang sudah tersambung  silang (crosslinked  rubber)
dirujuk  sebagai  vulkanisat  karet (rubber vulcanizate) .  Vulkanisat  karet  tidak  lagi bersifat  lengket (tacky) ,  tidak  melarut  tetapi hanya mengembang didalam pelarut organik tertentu [6].

## Metodologi Penelitian
Tabel  1  menunjukkan  bahan  yang digunakan  untuk  sistem  vulkanisasi  sulfur teraksekerasi semi-effisien. Pembuatan dietanolamida dilakukaan dengan meraksikan  RBDPS  dengan  dietanolamin pada  tekanan  atmosfir.  Sebanyak  91,6  gram RBDPS  dan  42,16  gram  dietanolamin dimasukkan ke dalam labu yang berukuran 1 liter. Penggunaan penambahan katalis Natrium  Metoksida  yang  terlebih  dahulu telah dilarutkan dalam metanol (10 gram: 40 ml)  bertujuan  untuk  mempercepat  proses reaksi  amidasi.  Campuran  bahan  tersebut kemudian  diaduk  selama  5  jam  pada  suhu 70-80 o C. Hasil dari reaksi tersebut kemudian diekstraksi  dengan  menggunakan  larutan dietileter  dan  larutan  NaCl  jenuh  di  dalam corong pisah. Karena
sifat dari dietanolamida yang tidak larut dalam larutan garam, tetapi dapat larut dalam larutan yang bersifat  non-polar  maka  secara  otomatis alkanolamida  akan  larut  dalam  dietileter. Pemisahan hasil ektraksi dilakukan berdasarkan  sifat  dari  kedua  larutan  antara dietileter dan larutan NaCl jenuh  yang tidak saling bercampur menyebabkan terbentuknya  dua  lapisan.  Lapisan  atas merupakan campuran dietileter yang melarutkan  alkanolamida,  maka  lapisan tersebut disahkan kemudian dirotary evaporator untuk memperoleh alkanolamida. Pengujian  bengkak  pada  vulkanisat- vulkanisat dilakukan dalam toluen
berdasarkan  ISO  1817.  Potongan-potongan yang akan di uji (30 mm x 5 mm x 2 mm) di timbang  menggunakan  timbangan  elektrik dan  di  bengkakkan  didalam  toluen  hingga
kesetimbangan,  yang  mana  memakan  waktu selama  72  jam  pada  temperatur  ruangan. Sampel-sampel  dikeluarkan  dari  cairan, toluen yang masih ada di permukaan sampel dihilangkan  dan  ditimbang.  Sampel-sampel tersebut lalu dikeringkan di dalam oven pada temperatur  60 o C  sampai  berat  konstan didapat.  Hasil  pembengkakan  digunakan untuk  menghitung  berat  molekul  antara  2 buah sambung silang (Mc) dengan menggunakan persamaaan Flory-Rehner :
Dimana  ρ  adalah  kerapatan  karet  (ρ dari  karet  alam  =  0,92  g/cm 3 ), V s adalah volum molar toluen ( V s = 106,4 cm 3 /mol), V r merupakan  fraksi  volum  dari  polimer  pada sampel  yang  membengkak, Q m merupakan peningkatan  berat  dari  campuran  di  dalam toluene dan χ merupakan parameter interaksi antara  jaringan  karet  dengan  pelarut  ( χ dari karet alam = 0,393).
Digunakan  Karet  Alam  grade  SMR  L. Bahan  komponding  yang  lain  adalah  sulfur, Zink  Oxide,  Asam  Stearat,  N-isopropyl-N’ phenyl-p-phenylenediamine
(IPPD), Benzothiazolil disulfide (MBTS). Senyawa karet alam disediakan menurut  resep  sistem  vulkanisasi  semi- effisien.  Tipikal  resepnya  dapat  dilihat  pada tabel 1. Pencampuran karet alam dan bahan- bahan  lainnya  dilakukan  pada two-roll-mill. Pencampuran  karet  alam  dengan  bahan- bahan  lainnya  dilakukan  secara  bertahap  ± 65-75 o C.  Kemudian  hasil  pencampuran berupa  lembaran  tersebut  dimasukkan  ke dalam freezer pada  suhu  ±  21-25 o C  selama ± 24 jam.
Pengujian  waktu  pematangan  optimum dilakukan  dengan  menggunakan Monosanto Oscillating-Disk  Rheometer dengan  suhu 150  oC.  Vulkanisasi  yang  dilakukan mengunakan KAO Tech hot press pada suhu 150 o C  dengan  waktu  pematangan  t 90 yang telah  diperoleh  dari  data  pengujian  waktu vulkanisasi/ pematangan
optimum. Pengukuran Kekerasan Vulkanisat dilakukan berdasarkan ASTM D 2240 dengan menggunakan Durometer Shore A.

## Tabel 1. Sistem vulkanisasi sulfur terakselerasi semi-effisien
No Nama Bahan Kompon A (bsk)* Kompon B (bsk)* Kompon C (bsk)* Kompon D (bsk)* Kompon E (bsk)* 1 Karet alam 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 2 ZnO 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 3 Asam stearat 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 4 MBTS 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 5 IPPD 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 6 Sulfur 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 7 Kaolin 30 30 30 30 30 8 Alkanolamida 0 1 3 5 7 * bagian per seratus karet alam (bsk)
Pengujian  waktu  pematangan  optimum dilakukan  dengan  menggunakan Monosanto Oscillating-Disk  Rheometer dengan  suhu  150 oC.  Vulkanisasi  yang  dilakukan  mengunakan KAO Tech hot press pada suhu 150 o C dengan waktu pematangan t 90 yang telah diperoleh dari data  pengujian  waktu  vulkanisasi/  pematangan optimum.  Pengukuran  Kekerasan  Vulkanisat dilakukan  berdasarkan  ASTM  D  2240  dengan menggunakan Durometer Shore A.

## Hasil dan Pembahasan
Hasil dari pembuatan alkanolamida dibuktikan  melalui  bilangan  gelombang  yang terbentuk  dari  gugus  karbonil  amida  yang diperlihatkan pada gambar 1, dimana munculnya pita serapan pada bilangan gelombang  C-N  (1558  cm -1 ).  Pada  bilangan gelombang  daerah  3356  cm -1 menunjukkan adanya  vibrasi  gugus  OH.  Pada  bilangan gelombang 1069 cm-1 yang merupakan vibrasi stretching  C-O.  Pada  bilangan  gelombang  717 merupakan  -(CH2) n yang  merupakan  rantai hidrokarbon alkil rantai panjang [3]. Pengaruh alkanolamida
terhadap Karakteristik Pematangan Kompon Karet Alam berpengisi  Kaolin  ditunjukkan  pada  tabel  2.
Diperlihatkan  bahwa  waktu  scorch  dan  waktu pematangan
semakin singkat dengan bertambahnya  penambahan  alkanolamida  pada kompon  karet  berpengisi  silica.  Hal  ini kemungkinan  disebabkan  karena  alkanolamida bertindak  sebagai  bahan  yang  membantu  atau berkontribusi positif terhadap proses pematangan (co-curing  agent) ,  dimana  gugus amina  dari  alkanolamida  yang  basa  dapat meningkatkan  derajat  keasaman  (pH)  dari kompon  karet  alam  sehingga  menyebabkan percepatan pematangan kompon karet tersebut. Setiap  bahan  yang  lebih  bersifat  basa  akan mempercepat proses pematangan kompon
karet,  karena  bahan-bahan  yang  bersifat  asam dapat  melambatkan  (retardasi)  pengaruh  dari bahan pencepat ( accelerator ) [1].

## Gambar 1. FT-IR alkanolamida
Pengaruh
alkanolamida terhadap Karakteristik Pematangan Kompon Karet Alam berpengisi  Kaolin  ditunjukkan  pada  tabel  2. Diperlihatkan  bahwa  waktu scorch dan  waktu pematangan semakin singkat dengan bertambahnya  penambahan  alkanolamida  pada kompon  karet  berpengisi  kaolin.  Hal  ini kemungkinan  disebabkan  karena  alkanolamida bertindak  sebagai  bahan  yang  membantu  atau berkontribusi positif terhadap proses pematangan (co-curing  agent) ,  dimana  gugus amina  dari  alkanolamida  yang  basa  dapat meningkatkan  derajat  keasaman  (pH)  dari kompon  karet  alam  sehingga  menyebabkan percepatan pematangan kompon karet tersebut. Setiap  bahan  yang  lebih  bersifat  basa  akan
mempercepat proses pematangan kompon karet, karena  bahan-bahan  yang  bersifat  asam  dapat melambatkan  (retardasi)  pengaruh  dari  bahan pencepat ( accelerator ) [1].
Penambahan  alkanolamida  dengan  kadar hingga  5,0  bagian  per-seratus  karet  (bsk).  ke dalam  kompon  Karet  Alam  berpengisi  kaolin menghasilkan  kompon  karet  alam  berpengisi kaolin dan alkanolamida dengan nilai perbedaan  Tork  (Tork  maksimum  –  Tork minimum)  yang semangkin  meningkat. Hal ini dapat disebabkan, alkanolamida dapat bertindak sebagai bahan yang membantu proses atau  reaksi  sambung  silang  ( curative  agent ), yaitu  dapat  membentuk  sambung  silang
tambahan,  baik  sambung  silang  secara  kimia maupun  sambung  silang  fisikal  antara  kaolin dengan  karet  alam.  Penambahan  sambung- silang  ini  menyebabkan  peningkatan  kerapatan sambung silang vulkanisat karet [5]. Sedangkan  total  kerapatan  sambung  silang secara relatif dapat diukur dari nilai perbedaan tork  (Tork  maksimum  –  Tork  minimum). Pengaruh  alkanolamida  tersebut  ditunjukkan pada  Tabel  2.  Penambahan  alkanolamida dengan  kadar  lebih  tinggi  dari  5,0  bsk. menyebabkan  nilai  perbedaan  Tork  (Tork maksimum  –  Tork  minimum)  dari  vulkanisat karet alam berpengisi tersebut menjadi menurun.

## Tabel  2.  Karakteristik  Pematangan  Kompon  Karet  Alam  Berpengisi  Kaolin  dan Alkanolamida
Ciri Pematangan Kompon Karet Alam Berpengisi Kaolin dan Alkanolamida KAO-I KAO-II KAO-III KAO-IV KAO-V 0.0 bsk 1.0 bsk 3.0 bsk 5.0 bsk 7.0 bsk waktu scorch , menit 5.94 4.45 3.71 2.98 1.47 t 90 , menit 9.89 7.61 6.31 5.4 3.38 tork maksimum, dN.m 5.34 6.49 6.59 7.57 7.21 tork minimum, dN.m 0.03 0.13 0.11 0.03 0.09 tork (maks.-min.), dN.m 5.31 6.36 6.48 7.54 7.12
Gambar  2.  Kerapatan  sambung  silang vulkanisat karet alam berpengisi  kaolin dan alkanolamida Gambar 2 menunjukkan kerapatan sambung silang  vulkanisat  karet  berpengisi  tersebut meningkat
dengan ditambahkannya alkanolamida  ke  dalam  kompon  karet  alam berpengisi  kaolin  hingga  kadar  5,0  bsk., penambahan  yang  lebih  banyak  menyebabkan kerapatan sambung silang menjadi turun . Alkanolamida juga mempengaruhi
kekerasan  vulkanisat  karet  alam  berpengisi kaolin ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3. Kekerasan vulkanisat karet alam berpengisi kaolin dan alkanolamida
Kompon  karet  alam  berpengisi  kaolin hingga  5,0  bsk  menghasilkan  vulkanisat  karet alam  berpengisi  kaolin  dan  alkanolamida dengan kekerasan ( hardness ) yang lebih tinggi, dan menurun dengan
penambahan alkanolamida  lebih  dari  5,0  bsk.  Hal  ini disebabkan  jumlah/kadar  yang  lebih  banyak dari alkanolamida tersebut membuat alkanolamida  bertindak  sebagai  bahan  yang dapat melarutkan bahan-bahan kuratif, sehingga  menurunkan  kerapatan  sambung silang  yang  mungkin  dibentuk.  Penjelasan  ini
konsisten  dengan  nilai  perbedaan  Tork  (Tork maksimum  –  Tork  minimum)  dari  kompon- kompon  karet  alam  berpengisi  tersebut  yang diperlihatkan pada tabel 2.

## Kesimpulan
Alkanolamida meningkatkan
laju
pematangan  kompon  karet  alam  berpengisi kaolin.  Kekerasan  dan  kekerasan  sambung silang  dari  vulkanisat  karet  berpengisi  tersebut meningkat
dengan
ditambahkannya alkanolamida  ke  dalam  kompon  karet  alam berpengisi  kaolin  hingga  kadar  5,0  bsk., penambahan  yang  lebih  banyak  menyebabkan Kekerasan vulkanisat menjadi turun.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terimakasih  kepada Kepala  Laboratorium  Kimia  Organik  F-Mipa Usu  dan  kepada  PT  Karet  Deli  yang  telah memberikan  fasilitas  sehingga  penelitian  dapat dilakukan.

## Daftar Pustaka
[1]  G.  Kraus,  Interactions  of  Elastomerad Reinforcing Fillers, Rubber Chem Technol, p 1070 - 1114, 1965.
[2]  H.  Ismail  dan  Hashim,  A.  S, Pengenalan Penyebatian  dan  Pemrosesan  Getah , Penerbit  Universiti  Sains  Malaysia,  Pulau
Pinang, Malaysia, 1998.
[3]  H.  L.  Stephen,  Rubber  Technology,  Van Nostrand  Reinhold  Company,  New  York, p. 19-50, 1973.
[4] Indra Surya, Pengaruh penambahan Bis (3- trietoksisililpropil) tetrasulfida pada
pengukuhan kaolin terhadap  sifat-sifat  uji tarik  karet  alam , Jurnal  Teknologi  Proses, Vol. 1 No. 1 Juli 2002.
[5]  K.  E.  Polmanteer  and  Lentz,  C.  W., Reinforcing  Studies  –  Effect  of  Silica Structure  on  Properties  and  Crosslink Density, Rubber Chem Technol, p 795-809,
1975.
[6] M. R. Silverstein, Spectrometric Identification  of  Organic  Compounds , Fourth  edition.  p.166-170,  John  Wiley  & Son, New York, 1916.