PENGARUH AGING PADA KEKUATAN TARIK ( TENSILE STRENGTH )

## FILM LATEKS KARET ALAM BERPENGISI NANOKRISTALIN SELULOSA DAN PENYERASI ALKANOLAMIDA
Marfuah Lubis, Nuim Hayat, Hamidah Harahap Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Jl. Almamater Kampus USU, Medan, 20155, Indonesia
Email: marfuah_lubis@yahoo.co.id

## Abstrak
Nanokristalin  selulosa  merupakan  pengisi  berukuran  nano  dengan  kristalinitas  yang  tinggi  dan diperoleh  melalui  proses  hidrolisis  alfa  selulosa  dari  ampas  tebu.  Pengujian  kekuatan  tarik  film lateks karet alam berpengisi nanokristalin selulosa dan penyerasi alkanolamida setelah perlakuan aging telah dilakukan. Film lateks karet alam dibuat melalui metode pencelupan  berkoagulan dan diikuti dengan proses vulkanisasi pada suhu 100 o C selama 20 menit. Perlakuan aging film lateks karet  alam  dilakukan  pada  suhu  70 o C  selama  24  jam.  Hasil  uji  kekuatan  tarik  film  lateks  karet alam  yang  diperoleh  menunjukkan  bahwa  nilai  kekuatan  tarik  film  lateks  karet  alam  berpengisi nanokristalin  selulosa  setelah aging lebih  rendah  dibandingkan  nilai  kekuatan  tarik  film  lateks karet  alam  sebelum aging .  Namun,  nilai  kekuatan  tarik  film  lateks  karet  alam  berpengisi nanokristalin  selulosa  dan  dimodifikasi  alkanolamida  setelah aging lebih  tinggi  dibandingkan nilai kekuatan tarik film lateks karet alam sebelum aging .
Kata kunci : Lateks karet alam, nanokristalin selulosa, alkanolamida, aging , vulkanisasi.

## Abstract
Nanocrystalline cellulose is nano sized filler with high crystallinity and obtanained by hydrolysis of  alpha  cellulose  from  sugarcane  bagasse.  Tensile  test  of  natural  rubber  latex  film  filled nanocrystalline  cellulose  and  alkanolamide  as  compatibilizer  after  aging  treatment  have  been done.  Natural  rubber  latex  films  were  prepared  by  coagulant  dipping  method  and  followed  by vulcanization process at temperature 100 o C and 20 minutes. Aging treatment of natural rubber latex films have done at temperature 70 o C for 24 hours. Tensile test result of natural rubber latex filled nanocrystalline cellulose showed the tensile strength value of aged natural rubber latex film were  lower  than  unaged  one.  However,  tensile  strength  value  of  aged  natural  rubber  latex  film filled nanocrystalline cellulose modified alkanolamide were higher than unaged film.
Keyword :  Natural  rubber  latex,  nanocrystalline  cellulose,  alkanolamide,  aging,  vulcanization .

## Pendahuluan
Lateks  karet  alam  merupakan  salah  satu hasil  pertanian  terkemuka  karena  banyak menunjang perekonomian negara dengan total produksi  3,205  juta  ton  pada  tahun  2014  [9]. Produk  lateks  karet  alam  umumnya  memiliki beberapa kelemahan seperti polimer yang lain diantaranya  rentan  terhadap  oksidasi  atau degradasi  akibat  panas  dan  kekuatan  mekanik yang  rendah,  terutama  setelah  dibentuk menjadi  film  tipis.  Oleh  sebab  itu,  dalam pengolahannya  perlu  ditambahkan  penguat seperti  pengisi  ( filler )  baik  berupa  pengisi anorganik  maupun  pengisi  organik.  Penguat pada  lateks  karet  alam  terutama  digunakan untuk  meningkatkan  kekuatan,  ketahanan abrasi,  kekerasan,  kekuatan  tarik,  stabilitas termal dan modulus [14].
Selulosa  merupakan  salah  satu  contoh pengisi  organik  paling  potensial  karena
merupakan polimer alam dengan jumlah  yang melimpah  dan  memiliki  sifat-sifat  unggul seperti densitas rendah, kaku dan biodegradable .  Oleh  karena  sifat  tersebut, selulosa merupakan bahan baku yang menjanjikan  untuk  dijadikan  pengisi  organik [5].
Salah  satu  sumber  selulosa  yang  paling potensial  adalah  ampas  tebu.  Ampas    tebu merupakan    limbah    padat    dari  pengolahan industri    gula    tebu    yang  yang  jumlahnya berlimpah    di    Indonesia  serta    volumenya mencapai  30-40%  dari  tebu  giling. Saat  ini perkebunan    tebu    rakyat    mendominasi    luas areal    perkebunan    tebu    di  Indonesia  [2]. Ampas  tebu  terdiri  atas  selulosa  43,6  %, hemiselulosa 33,8 %, lignin 18,1 %, abu 2,3% dan lilin 0,8% dengan basis berat kering [6].
Dalam  penyimpanan  atau  pemakaian produk  lateks  karet  alam  seringkali  terjadi perubahan  pada  sifat  mekanik  dan  kualitas produk  yang  disebabkan  oleh  beberapa  hal seperti  panas,  aktivitas  mikroba,  cahaya, kelembapan  dan  lain  lain  [10;13].  Salah  satu hal yang paling signifikan atas perubahan sifat mekanik  maupun  kualitas  produk  disebabkan oleh  panas  yang  terkena  pada  produk  dalam waktu yang lama atau aging .
Dalam penelitian ini digunakan nanokristalin  selulosa  sebagai  pengisi  dan alkanolamida sebagai penyerasi dengan tujuan agar  interaksi  antara  pengisi  dan  lateks  karet alam  dapat  terjadi  dengan  baik  sehingga diharapkan  akan  meningkatkan  sifat  mekanik dan  sifat  ketahanan  akibat aging film  lateks karet alam yang dihasilkan.

## Teori
Lateks karet alam adalah cairan berwana putih  kekuningan  yang  diperoleh  dari  pohon karet  ( Havea  brasiliensis )  dan  merupakan makro molekul poliisoprena dengan konfigurasi  struktur  molekulnya  yaitu cis- 1,4- poliisoprena  dan  memiliki  kelenturan  rantai molekul  yang  tinggi  [11].  Dalam  proses pembuatan  barang  jadi,  cairan  lateks  harus dibuat  menjadi  kompon  lateks  yang  cair ( compounding )  yang  umumnya  mengandung enam atau lebih bahan kimia  karet tergantung karakteristik  produk  karet  yang  diinginkan, seperti  bahan  pemvulkanisasi  ( vulcanizing agent ),  pencepat  vulkanisasi  ( accelerator ), penggiat  ( activator ),  antioksidan,  pemantap ( stabilizer ),  pengisi  ( filler )  dan  penyerasi ( compatibilizer ) [8].
Proses  utama  pembuatan  produk  lateks adalah  vulkanisasi.  Vulkanisasi  merupakan proses  pemanasan  karet  setelah  dicampur dengan  sulfur.  Proses  vulkanisasi  bertujuan untuk  membentuk  polimer  karet  yang  saling bertautan  satu  sama  lain  ( cross-linking ) sehingga meningkatkan properties dari produk lateks yang dihasilkan [8]
Bahan  pengisi  merupakan  bahan  yang paling  banyak  kedua  dalam  hal  kuantitas dalam suatu campuran lateks setelah lateks itu sendiri. Berdasarkan sumbernya, bahan pengisi  dapat  berupa  bahan  pengisi  anorganik (kalsium karbonat, barit dan silika) dan bahan pengisi  organik  (serat,  resin  fenolik,  karet alam  siklik,  dll.)  Pengisi  harus  memiliki ukuran  partikel  yang  kecil  <1000  nm  untuk
mendapatkan  efek  penguatan  yang  baik.  Efek penguatan  yang  baik  disebabkan  ukuran pengisi  yang  kecil  akan  meningkatkan permukaan  yang  aktif  secara  kimia  dan permukaan  yang  berpori  baik  dan  sangat teratur  bentuknya  untuk  memaksimalkan kontak antara karet dan pengisi [7].
Aging adalah  fenomena  umum  yang terjadi  pada  elastomer  alami  dan  sintetik berupa  penurunan  sifat  yang  tidak  diinginkan selama  penyimpanan  ataupun  penggunaan. Berbagai  perubahan  dapat  terjadi  pada  suatu komponen elastomer sebagai hasil dari kondisi dimana  elastomer  tersebut  disimpan  atau digunakan.  Proses aging karet  alam  sangat kompleks,  namun  diketahui  bahwa  oksidasi adalah  proses  degradasi  yang  signifikan  [4] Salah  satu  metode  paling  umum  digunakan untuk aging dipercepat  adalah  menggunakan oven  dimana  sampel  karet,  umumnya  dalam bentuk dumb-bells ,  digantungkan  pada  aliran udara  bebas  pada  berbagai  temperatur  dan periode  waktu  tertentu.  Sifat  yang  diukur adalah  kekuatan  tarik,  pemanjangan  saat patah,  modulus  dan  kekerasan.  Hasil  yang didapat  dapat  memberikan  gambaran  estimasi untuk  penyimpan  yang  aman  dalam  jangka waktu tertentu [15].

## Metodologi Penelitian Bahan
Ampas  tebu  diperoleh  dari  limbah penjual sari tebu lokal Medan Sumatera Utara. 60 % high ammonia latex yang diperoleh dari toko lokal daerah Medan. Bahan kuratif lateks karet  alam  seperti  sulfur,  zink  oksida  (ZnO), zinc  diethyldithiocarbamate (ZDEC)  dan antioksidan  (AO)  diperoleh  dari  Farten Technique  (M)  Sdn.  Bhd.,  Pulau  Penang, Malaysia. Bahan bahan lain seperti asam nitrat (HNO 3 ),  natrium  nitrit  (NaNO 2 ),  natrium hidroksida  (NaOH),  natrium  sulfit  (Na 2 SO 3 ), natrium hipoklorit (NaOCl), hidrogen peroksida (H 2 O 2 ), asam sulfat (H 2 SO 4 ), kalium hidroksida (KOH), asam asetat  (CH 3 COOH), kalsium  nitrat  tetrahidrat  (Ca(NO 3 ) 2 .4H 2 O), toluene  (C 6 H 5 CH 3 ),  kloroform  (CHCl 3 )  dan alkanolamida  juga  turut  digunakan  dalam penelitian ini.

## Penyediaan Nanokristalin Selulosa
Selulosa  diekstrak  dari  limbah  ampas tebu  dengan  beberapa  tahapan.  Pertama dilakukan proses delignifikasi terhadap ampas tebu  yang  telah  disiapkan,  pada  proses
delignifikasi,  75  gram  ampas  tebu  reaksikan dengan 1 liter larutan HNO 3 3,5% dan 10  mg NaNO 2 Pada  temperatur  90 o C.  Setelah  itu selulosa  di bleach dengan  menggunakan  250 ml    NaOCl  1,75%  temperatur  mendidih selama  30  menit.  Selanjutnya  dilakukan pemurnian  alfa  selulosa  dengan  mereaksikan selulosa  dengan  17,5%  NaOH  pada  80 o C selama 0,5 jam.
Nanokristalin  selulosa  disiapkan  dengan hidrolisis asam menggunakan asam sulfat 45% terhadap  alfa  selulosa  yang  diperoleh  dari limbah  ampas  tebu  tersebut.  Kemudian dilanjutkan dengan ultrasonikasi dan pemisahan dengan membran dialisis[3].

## Pembuatan Film Lateks Karet Alam
Pengisi dengan 10% nanokristalin selulosa  disiapkan  dengan  mendispersikan nanokristalin  selulosa,  air,  dan  alkanolamida menggunakan ball  mill dengan  komposisi tertera pada tabel 1.
Tabel 1. Formulasi Larutan Dispersi Nanokristalin Selulosa dan Alkanolamida Bahan Persentase (%) Nanokristalin selulosa 10 10 Alkanolamida 0 2,5 Air 90 87,5
Dispersi  pengisi  kemudian  dicampur dengan kuratif dan lateks karet alam (kompon lateks)  pada  proses  pravulkanisasi.  Proses pravulkanisasi  dilakukan  pada  temperatur  70 o C  untuk  mencapai  tingkat  kematangan  yang diinginkan.  Proses  prevulkanisasi  dinyatakan selesai  ketika  uji  kloroform  telah  mencapai tingkat  3.  Tabel  2  memperlihatkan  Formulasi dari kompon lateks karet alam.
Setelah  pravulkanisasi  sistem  lateks selesai,  campuran  dibiarkan  selama  24  jam hingga  gelembung  yang  terbentuk  hilang. Apabila  tidak    ada  lagi  gelembung  yang terbentuk,  kompon  dicetak  dengan  metode pencelupan  berkoagulan  ( coagulant  dipping method ),  setelah  itu  dilakukan  vulkanisasi pada  temperatur  100 o C  selama  20  menit. Setelah  divulkanisasi  plat  didinginkan  dan film  lateks  karet  alam  dilepaskan  dari  plat. Film lateks yang  dihasilkan kemudian dimasukkan  ke  dalam  oven  dan  dipanaskan pada  suhu  70 o C  selama  24  jam  untuk perlakuan aging .
Tabel 2. Formulasi Kompon Lateks Karet Alam Bahan Kadar (bsk) 60 % High Ammonia Latex 100 50 % Larutan Sulfur 1,8 50 % Larutan ZDEC 1,8 30 % Larutan ZnO 0,5 50 % Larutan Antioksidan 1,2 10 % Larutan KOH 1,8 10 % Larutan Dispersi Nanokritalin Selulosa dan Alkanolamida 0; 5; 10; 15

## Uji  Kekuatan  Tarik  Film  Lateks  Karet Alam
Spesimen film lateks karet alam dipotong dalam  bentuk dumbble-shaped sesuai  dengan ASTM  D  412.  Uji  kekuatan  tarik  dilakukan menggunakan  mesin  Instron  model  3366 dengan  kecepatan  500  mm/menit  pada  suhu ruangan.

## Hasil dan Pembahasan
Nanokristalin  selulosa  yang  digunakan memiliki  bentuk  tabung  ( rod shape)  dan merupakan  hasil  dari  hidrolisis  asam  alfa selulosa  dari  ampas  tebu  dan  memiliki diameter  40-160  nm  serta  panjang  hingga ratusan nm. Kristalinitas nanokristalin selulosa cukup tinggi yaitu 92,33 %. Indeks kristalinitas  yang  tinggi  mengindikasikan bahwa  hemiselulos  dan  lignin  yang  ada  pada bagian amorf selulosa berhasil dipisahkan dari bagian  kristalin  selulosa  melalui  hidrolisis asam.  Kristalinitas  selulosa  yang  tinggi  lebih efektif  untuk  menghasilkan  bahan  dengan kualitas yang baik dan memiliki nilai kekuatan yang tinggi.
Nilai  kekuatan  tarik  film  lateks  karet alam  berpengisi  nanokristalin  selulosa  setelah aging ditunjukkan  oleh  gambar  1.  Gambar  1 menunjukkan  bahwa  nilai  kekuatan  tarik  film lateks  karet  alam  berpengisi  nanokristalin selulosa  tanpa  penyeras  alkanolamida  setelah aging lebih rendah dibandingkan dengan nilai kekuatan  tarik  sebelum aging untuk  semua variasi  pembebanan  pengisi,  namun,  nilai kekuatan tarik film lateks karet alam ini masih tergolong  tinggi.  Umumnya,  kekuatan  tarik suatu material akan menurun setelah perlakuan aging .  Gambar  1  menunjukkan bahwa  penurunan  nilai  kekuatan  tarik  film lateks karet alam setelah perlakuan aging tidak signifikan. Hal ini disebabkan karena nanokristalin  selulosa  sebagai  pengisi  mampu
meningkatkan  ketahanan  film  lateks  karet alam  terhadap  panas.  Nanokristalin  selulosa merupakan pengisi dengan gugus fungsi polar. Kehadiran  gugus  fungsi  polar  pada  matriks karet  dapat  meningkatkan  ketahanan aging pada komposit karet [1].
Gambar  1.  Kekuatan  Tarik  ( Tensile strength) Film  Lateks  Karet  Alam Bepengisi Nanokristalin Selulosa
Sifat  yang  baik  ini  disebabkan  karena kekakuan tinggi dari selulosa yang menyebabkan  kekuatan  semakin  tinggi  dan reaktivitas  tinggi  dari  selulosa  Nanokristalin selulosa  memiliki  dimensi  skala  nano  dan rasio  panjang  dan  lebar  yang  besar  ( aspect ratio ) sehingga meningkatkan luas permukaan antarmuka ( interface ) antara lateks karet alam dengan  nanokristalin  selulosa  [12].  Interaksi antarmuka  yang  baik  menyebabkan  pengisi lebih  mudah  terdispersi  di  dalam  lateks  karet alam.  Hal  ini  menyebabkan  lateks  dapat mentransfer  panas  dengan  baik  kepada nanokristalin  selulosa  dan  mengurangi  efek penurunan sifat akibat aging .
Nilai  kekuatan  tarik  film  lateks  karet alam  berpengisi  nanokristalin  selulosa  dan penyerasi alkanolamida setelah aging ditunjukkan  oleh  gambar  2.  Gambar  2 menunjukkan  perilaku  film  lateks  karet  alam dengan penyerasi alkanolamida yang berlawanan  dengan  film  lateks  karet  alam tanpa  penyerasi  alkanolamida  pada  gambar  1, yaitu  nilai  kekuatan  tarik  film  lateks  karet alam  dengan  penyerasi  alkanolamida  setelah aging lebih tinggi dibandingkan kekuatan tarik sebelum aging . Penambahan  alkanolamida  memberi- kan pengaruh yang besar pada ketahanan film lateks karet alam terhadap aging . Peningkatan nilai  kekuatan  tarik  setelah aging sangat berhubungan dengan
kemampuan alkanolamida  untuk  meningkatkan  interaksi
antara  nanokristalin  selulosa  dengan  lateks karet alam.
Gambar  2.  Kekuatan  Tarik  ( Tensile strength) Film Lateks Karet Alam Bepengisi Nanokristalin Selulosa dan Penyerasi Alkanolamida Alkanolamida bekerja dengan memodifikasi permukaan nanokristalin selulosa  yang  hidrofilik  dan  tidak  sesuai dengan lateks  karet alam  yang hidrofobik dan umumnya  memiliki  interaksi  yang  rendah. Nanokristalin selulosa yang telah dimodifikasi ini bersifat hidrofobik dan dapat menghasilkan interaksi  yang  kuat  dengan  lateks  karet  alam. Interaksi  yang  kuat  akan  mempercepat  laju pematangan  dan  memungkinkan  terjadinya proses  pematangan  dan  pembentukan  ikatan sambung  silang  lanjutan  ( post-curing )  lateks karet  alam  akibat  pemberian  panas  pada  saat aging berlangsung.

## Kesimpulan
Nanokristalin selulosa merupakan contoh pengisi organik yang memiliki sifat penguatan yang  baik  terhadap  film  lateks  karet  alam setelah aging . Penambahan
jumlah pembebanan pengisi meningkatkan kemampuan  film  lateks  karet  alam  dalam menahan  efek  penurunan  kualitas  akibat aging .  Alkanolamida  dapat  meningkatkan interaksi  antara  lateks  karet  alam  dan nanokristalin selulosa sehingga mampu meningkatkan  nilai  kekuatan  tarik  film  lateks karet alam setelah perlakuan aging .

## Daftar Pustaka
[1] Arayapranee,  W  dan  Rempel,  G.  L, Effects  of  polarity  on  the  filler-rubber interaction  and  properties  of  silica  filled grafted natural rubber composites, Journal  of  Polymers,  Volume  2013, Article ID 279529, p. 1-9, 2013.
[2]  Arioen,  Refi,  Kajian  perlakuan  awal secara basa dan enzimatis untuk menghidrolisis  ampas  tebu  menjadi  gula reduksi,  Tesis,  Universitas  Lampung, Lampung, 2011.
[3] Aulia,  F.,  Marpongahtun  dan  Gea,  S., Studi  penyediaan  nanokristal  selulosa dari  tandan  kosong  sawit  (TKS),  Jurnal Saintia Kimia, Vol. 1, No. 2, 2013.
[4] Azura,  A.R.,  Ghazali,  S.  dan  Mariatti, M., Effects of the filler loading and aging time  on  the  mechanical  and  electrical conductivity  properties  of  carbon  black filled  natural  rubber,  Journal  of  Applied Polymer  Science,  Vol.  110,  p.  747-752, 2008.
[5] Chen, D., Biocomposites reinforced with cellulose  nanocrystals  derived  from potato  peel  waste,  Thesis,  Mc  Master University, Hamilton, 2012.
[6] Correa,  J.L.,  Vela,  A.F.,  Grimaldo,  D.O. dan Delgado, J.B., Experimental evaluation of sugar cane bagasse storage in  bales  system,  Journal  of  Applied
Research  and  Technology,  Vol.  8,    p. 365-377, 2010.
[7]  Egwaikhide,  A.  P.,  Okleimen,  F.E.,  and Lawal.  U.,  Rheological  and  mechanical properties  of  natural  rubber  compound filled  with  carbonized  palm  kernel  husk and  carbon  black,  Science  Journal  of Chemistry, Vol.1, No. 5, p.50-55, 2013. [8]  Fachry, A. R., Sari, T. I., Putra, B.A. dan Kristianto,  D.A,  Pengaruh  penambahan filler kaolin
terhadap elastisitas kekerasan  produk  souvenir  dari  karet alam  ( havea  brasiliensis ),  Prosiding SNTK TOPI, Pekanbaru, 2012.
[9]  GAPKINDO,  Rubber  production  in Indonesia, www.gapkindo.org .  Diakses pada 3 September 2015.
[10]  Hashim,  A.  dan  Ikram  A,  Enviromental advantage  of  natural  rubber  latex products,  Rubber  Research  Institute  of Malaysia, 2003.
[11]  Hulu,  Temali,  Pengaruh  ekstrak  nenas
( Ananas sativus ) sebagai koagulan terhadap  kualitas  lembaran  karet,  Tesis, Universitas  Sumatera  Utara,  Medan, 2013.
[12]  Mariano,  Marcos.,  Kissi,  Nadia  El.,  and Dufresne,  Alain,  Cellulose  nanocrystals and  related  nanocomposites:  review  of some  properties  and  challenges,  Journal of  Polymer  Science,  Part  B:  Polymer Physics,  Vol. 00, p. 1-16, 2014.
[13]  Neiman, M. B, Aging and stabilization of polymers,  Consultants  Bureau  Publisher, New York, 1965.
[14]  On,  N.  K.,  Rashid,  A.A.,  Nazlan,  M.  M. M.  and  Hamdan,  H.,  Thermal  and mechanical  behaviour  of  natural  rubber latex-silica  aerogel  film,  Journal  of Applied  Polymer  Science,  Vol.  124,  p. 3108-3116, 2011.
[15]  Stokoe,  A.L,  Heat  ageing  of  rubbers, National  Technical  Information  Service, England, p.1, 1972.