## PENGARUH PENAMBAHAN ALKANOLAMIDA TERHADAP SIFAT-SIFAT UJI TARIK VULKANISAT KARET ALAM BERPENGISI KAOLIN
Yudha Widyanata, Indah M.S. Sitorus, Indra Surya Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Jl almamater Kampus USU Medan 20155, Indonesia
Email : yudha.widyanata@ymail.com

## Abstrak
Dengan menggunakan sistem vulkanisasi semi effisien, Alkanolamida (ALK) dicampurkan ke dalam  kompon  karet  alam  berpengisi  kaolin  pada  1,0;  3,0;  5,0  dan  7,0  bagian  per  seratus karet (bsk). Penelitian dilakukan untuk menguji pengaruh ALK pada sifat-sifat uji tarik dari kompon  karet  alam  berpengisi  kaolin.  Dari  pengujian  tersebut  ditemukan  bahwa  ALK memberikan  modulus  tarik,  kekuatan  tarik,  dan  pemanjangan  saat  putus  yang  lebih  besar sampai  5,0  bsk  dari  kadar  ALK  dan  menurun  dengan  penambahan  lebih  jauh  kadar  ALK. Pengukuran kerapatan sambung silang membuktikan bahwa kadar ALK sebesar 5,0 bsk pada sistem  karet  alam  berpengisi  kaolin  memperlihatkan  sifat-sifat  tarik  yang  paling  besar dikarenakan pembentukan kerapatan sambung silang yang paling tinggi.
Kata  kunci : Alkanolamida, karet alam, sifat – sifat uji tarik, kerapatan sambung silang

## Abstract
By  using  a  semi-efficient  vulcanization  system,  Alkanolamide  (ALK)  was  incorporated  into kaolin-filled natural rubber compound at 1.0; 3.0; 5.0 and 7.0 parts per hundred rubber (phr). An  investigation  was  carried  out  to  examine  the  effect  of  ALK  on  tensile  properties  of  the kaolin  filled-natural  rubber  compound.  It  was  found  that  ALK  exhibited  higher  tensile modulus,  tensile  strength,  and  elongation  at  break  up  to  5.0  phr  of  ALK  loading  and  then decreased with further increasing of ALK loading. Crosslink density measurement proved that 5.0  phr  loading  of  ALK  in  the  kaolin-filled  natural  rubber  system  exhibited  greatest  tensile properties due to its highest crosslink density formation.
Keywords  : alkanolamide, natural rubber, tensile properties, crosslink density

## Pendahuluan
Pada  industri  karet,  pengisi-pengisi dapat  dibagi  menjadi  pengisi  hitam  dan  putih. Pengisi  hitam  adalah  karbon,  dan  pengisi- pengisi  putih  adalah  kalsium  karbonat,  kaolin, silika  presipitat,  talkum,  barit,  wollastonite, mika.  Dari  kesemua  pengisi  putih,  3  pengisi yang  yang  paling  sering  digunakan,  secara jumlah dan kegunaan, adalah kalsium karbonat, presipitat  silika,  dan  kaolin.  Untuk  banyak penggunaan,  kaolin  dan  pengisi-pengisi  putih yang  lain  bukan  merupakan  pilihan  yang  baik, karena  tingkat  penguatannya  yang  tidak memadai.  Masalah  utamanya  adalah  kimia permukaannya  yang  lebih  polar  dan  terhidrasi ketimbang  karbon,  dan  menyebabkan  kaolin dan  pengisi-pengisi  putih  yang  lain  sulit  untuk menyebar dan berinteraksi dengan hidrokarbon dari  karet.  Sejumlah  teknologi  telah  dilakukan untuk  meningkatkan  reaktivitas  dari  pengisi- pengisi  putih  dengan  fasa  karet.  Salah  satunya adalah  memanfaatkan  zat  penggabung  silana. Zat penggabung mengubah permukaan pengisi- pengisi  yang  polar.  Pengisi-pengisi  polar  yang dimodifikasi memberikan permukaan- permukaan    aktif  secara  kimia  yang  dapat
mengambil bagian pada vulkanisasi, memberikan  pasangan  ikatan-ikatan  antara silana, fasa karet dan pengisi-pengisi [5,7,8].
Berdasarkan  hal  tersebut  diatas  peneliti tertarik  untuk  meningkatkan  reaktivitas  dari pengisi  penguat  kaolin  terhadap  karet  alam, yaitu  dengan  penggunaan  Alkanolamida  yang akan  bertindak  sebagai  bahan  aditif  yang membantu untuk meningkatkan interaksi kaolin dengan  karet  alam.  Bahan  tersebut  adalah senyawa  amida  tersier,  yang  diperoleh  melalui proses sintesa amidasi, yaitu dengan mereaksikan  asam-asam  lemak  yang  berasal dari minyak kelapa sawit dengan dietanolamina NH(CH 2 CH 2 OH) 2 dengan menggunakan katalis CH 3 ONa. Molekul-molekul amida asam lemak  tersebut  memiliki  sifat  gabungan  yang unik,  karena  rantai  hidrokarbonnya  yang panjang  bersifat  non-polar  sedangkan  gugus amidanya bersifat sangat polar. Dengan metode ini  diharapkan  kaolin  dapat  dipakai  sebagai pengisi  penguat  alternatif  dengan  efisiensi penguatan  yang  lebih  baik  lagi.  Untuk meningkatkan  efek  penguatan  dari  kaolin terhadap  karet  alam  dengan  cara  mengurangi
kepolarannya,  yaitu  dengan  menambahkan Alkanolamida  kedalam  kompon  karet  alam berpengisi  kaolin.  Disebabkan  oleh  sifat  kimia permukaan  dari    pengisi  kaolin  yang  polar, maka  ini  merupakan  kelemahan  bagi  kaolin jika  digunakan  sebagai  pengisi  penguat alternatif    bagi  karet  alam.  Maka  kepolaran pengisi  tersebut  harus  dikurangi  yaitu  dengan menambahkan  bahan  Alkanolamida  kedalam kompon karet alam berpengisi kaolin.

## Teori
Pengisi-pengisi biasanya digunakan untuk  meningkatkan  sifat-sifat  mekanikal  dari vulkanisat  karet  alam  seperti  kekuatan  tarik ( tensile strength ), ketahanan terhadap pengikisan  dan  pengoyakan  ( resistances  to abrasion and  tearing ) atau untuk  memurahkan ongkos suatu produk karet ( cheapen the cost of product ).  Pengisi-pengisi  juga  mempengaruhi sifat-sifat  viskoelastis  ( viscoelastic  properties ) dan  kekuatan  kompon  karet.  Berdasarkan  efek penguatan  terhadap  sifat-sifat  karet  ( rubber properties ), maka pengisi dapat dikelompokkan menjadi  3  yaitu  penguat  ( reinforcing ),  semi penguat  dan  bukan  penguat ( non  reinforcing ). Pengisi  penguat  ( reinforcing  filler )  digunakan untuk  meningkatkan  sifat-sifat  mekanikal vulkanisat  karet  alam  seperti  yang  telah dijelaskan  diatas.  Pengisi  bukan  penguat dipakai  untuk  memurahkan  ongkos  produksi, dan  memudahkan  pemrosesan.  Pengisi  bukan penguat  juga  dapat  menyebabkan  peningkatan kekerasan,  penurunan  kekuatan-kekuatan  tarik dan koyak, resistansi pengikisan, dan resiliensi dari  vulkanisat  karet.  Kalsium  karbonat (CaCO 3 ),  barium  sulfat,  dan  kaolin  ( clay ) adalah  contoh-contoh  pengisi  bukan  penguat bagi karet [1,2,4].

## Metodologi Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Kimia  Organik  Departemen  Kimia  F-MIPA USU    dan  Laboratorium  PT    Industri  Karet Deli, Medan.
Tabel  1  menunjukkan  bahan  yang dipakai  untuk  sistem vulkanisasi  sulfur terakselerasi semi efisien. Bahan yang digunakan untuk membuat  Alkanolamida yaitu dietanolamin,  RBDPS (Rifinery  Bleaching Deodorant Product Stearin) , natrium
metoksida,  metanol,  dietil  eter,  natrium  sulfat anhydrous,  natrium  klorida  jenuh.  Sementara itu  untuk  melakukan  uji  tarik  bahan  yang digunakan  yaitu  Alkanolamida,  karet  alam,
ZnO, asam
stearat,
MBTS
(Benzothiazolildisulfide), IPPD (N-Isopropil- N'-phenil-phenilena-amnia) , sulfur, dan kaolin.
RBDPS  ditimbang  sebanyak  91,6  gram kemudian  dimasukkan  kedalam  1  L  labu  leher tiga  lalu  ditambahkan  dietanolamin  sebanyak 42,16  gram,  dirangkai  alat  refluks,  dihidupkan hotplate ,  dibiarkan  RBDPS  dan  dietanolamin bercampur,  setelah  bercampur  ditambahkan campuran  metanol  dan  natrium  metoksida  (40 ml : 10 gram) lalu dipanaskan pada suhu 70-80 o C  selama  5  jam.  Setelah  selesai  dibiarkan beberapa menit sampai suhu kamar, selanjutnya  diekstrasi  dengan  dietil  eter sebanyak 200 gram, dicuci dengan NaCl 50 ml sebanyak  3  kali.  Hasilnya  akan  didapati  2 lapisan. Lapisan atas adalah  Alkanolamida dan lapisan  bawah  natrium  metoksida.  Lapisan bawah  dibuang  dan  lapisan  atas  diambil  lalu ditambahkan natrium sulfat anhydrous dibiarkan  selama  1  hari.  Kemudian  disaring dengan  kertas  saring,  filtratnya  diuapkan dengan  alat  vaporator  sehingga  didapat Alkanolamida dalam bentuk semi padat (gel).
Pengujian  bengkak  ( swelling  test )  pada vulkanisat-vulkanisat dilakukan dengan melarutkannya didalam 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  masukkan  kedalam 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, lalu 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 [9]:
Mc =
2 r 1/3 r s p V Vr Vr) - (1 ln V V -     …….…………(1)
Vr = Qm 1 1  ……………………………….(2)
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 = 0,039).

## 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)
Pencampuran  karet  alam  dan  bahan-bahan  lain dilakukan  pada two-roll  mill .  Karet  alam, Alkanolamida, kaolin dan bahan-bahan lainnya dicampur  sampai  mencapai  keadaan  homogen pada suhu yang dijaga konstan pada ± 65 - 75 0 C  selama  ±  25  menit  untuk  satu  siklus pencampuran.  Sampel  senyawa  karet  yang berupa  lembaran  disimpan  dengan  kondisi  ± 21-25 o C  selama  ±  24  jam.  Didalam  suatu freezer  tertutup  sebelum  dilakukan  pengujian terhadap  sifat-sifat  uji  tarik.  Penyediaan  dan pengujian  sampel.  Sampel-sampel    berbentuk dumbel  dipotong  dari  lembaran  vulkanisat karet  pada  ketebalan  2  mm  dengan  pisau pemotong  yang  juga  berbentuk  dumbel. Panjang dan lebar sampel 31  – 35 mm dan 6,2 –  6,4  mm.  Sampel  ini  diuji  sifat  uji  tariknya. Prosedur  sifat-sifat  uji  tarik  dilakukan  dengan melakukan  standarisasi  ASTM  D  412-92 Test method A yaitu dengan menggunakan Tensometer  Monsanto (Model  T10)  yang beroperasi dengan kecepatan 50 cm/min. Sifat- sifat  uji  tarik  dilakukan  dengan  melakukan pembacaan  kekuatan  tarik  ( Tensile  Strength ) dan persentasi pemanjangan pada saat putus ( % elongation  at  break )  yang  terekam  dalam display dari Tensometer  T10 pada  akhir  setiap pengujian.

## Hasil dan Pembahasan
Adapan  hasil  FT-IR  dari  Alkanolamida disajikan pada gambar 1. Hasil dari pembuatan Alkanolamida  dibuktikan  melalui  bilangan gelombang  yang  terbentuk  dari  gugus  karbonil amida  yang  didukung  oleh  munculnya  pita serapan pada bilangan gelombang C-N (1364,48  cm -1 ).  Pada  bilangan  gelombang daerah  3370,14  cm -1 menunjukkan  vibrasi gugus C=C. Pada bilangan gelombang 1615,44 cm -1 yang  merupakan  vibrasi stretching C=O. Pada  bilangan  gelombang  2852,20  cm -1
merupakan  gugus  -(CH 2 ) yang  merupakan rantai hidrokarbon alkil rantai panjang [6].

## Gambar 1. FT-IR Alkanolamida
Penambahan Alkanolamida sampai kadar  5  bsk  mengalami  peningkatan  kerapatan sambung  silang.  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  [3]. Penambahan  yang  lebih  dari  5  bsk,  vulkanisat mengalami  penurunan  kerapatan  sambung silang  karena  kadar  bahan  tersebut  bertindak sebagai pelarut yang membuat sulfur dan bahan kuratif lainnya melarut ke dalam bahan tersebut,
sehingga  menyebabkan  penurunan  kerapatan sambung silang bagi vulkanisat karet tersebut.
Gambar 2 menyatakan kerapatan sambung silang.
Gambar 2. Kerapatan sambung silang vulkanisat  karet  alam  berpengisi  kaolin  dan Alkanolamida.
Gambar  3  menunjukkan  modulus  tensil vulkanisat  karet    alam  berpengisi  kaolin  dan Alkanolamida.
Gambar  3.  Modulus  tensil  vulkanisat  karet alam berpengisi  kaolin  dan Alkanolamida.
Dari  kurva  modulus  tensil,  terlihat bahwa  penambahan  Alkanolamida  ke  dalam kompon  karet  alam  berpengisi  kaolin  sampai 5,0  bsk  menghasilkan  vulkanisat  karet  alam berpengisi  kaolin  dan  Alkanolamida  dengan modulus  tensil  (M100  dan  M300)  yang  lebih tinggi.  Peningkatan  nilai  modulus  tensil  ini menyebabkan  vulkanisat  karet  berpengisi tersebut menjadi lebih kaku, efek kekakuan ini disebabkan  oleh    peningkatan  kerapatan sambung  silang,  melalui  peningkatan  interaksi baik  pengisi  kaolin  maupun  Alkanolamida dengan molekul karet alam, sehingga kerapatan sambung silang meningkat, yang menyebabkan rantai-rantai  molekul  karet  alam  susah  untuk bergerak. Sehingga dapat dikatakan
penambahan  Alkanolamida  ke  dalam  kompon karet alam berpengisi  kaolin  sama saja dengan meningkatkan  kerapatan  sambung  silang  dari vulkanisat karet berpengisi tersebut.
Penambahan  Alkanolamida yang lebih dari 5,0 bsk.  menyebabkan  nilai  M100  dan  M300  dari vulkanisat  karet  berpengisi  tersebut  menjadi menurun.  Hal  ini  disebabkan  jumlah/kadar yang  lebih  banyak  dari  Alkanolamida  tersebut dapat  bertindak  sebagai  bahan  yang  dapat melarutkan  bahan-bahan  kuratif,  sehingga menurunkan  kerapatan  sambung  silang  yang mungkin  dibentuk.  Penjelasan  ini  konsisten dengan  efek  Alkanolamida  terhadap  kerapatan sambung silang vulkanisat karet alam berpengisi kaolin dan Alkanolamida.
Untuk  melihat seberapa kuat karet alam maka  dilakukan  uji  kekuatan  tarik  yang disajikan pada gambar 4.
Gambar 4. Kekuatan tarik  vulkanisat karet alam berpengisi  kaolin dan Alkanolamida.
Kekuatan  tarik  dari  vulkanisat  karet alam  berpengisi  kaolin  meningkat  dengan penambahan Alkanolamida dari 1,0 bsk hingga 5,0  bsk.  Peningkatan  kekuatan  ini  dapat disebabkan karena Alkanolamida dapat
bertindak sebagai bahan yang dapat meningkatkan  kerapatan  sambung  silang  dari vulkanisat  karet  alam  berpengisi  kaolin. Peningkatan  penambahan  Alkanolamida  lebih lanjut  menyebabkan  penurunan  kekuatan  tarik vulkanisat karet alam berpengisi kaolin tersebut, Penjelasan ini konsisten dengan efek Alkanolamida  terhadap  kerapatan  sambung silang  vulkanisat  karet  alam  berpengisi  kaolin dan Alkanolamida.
Gambar  5  menunjukkan  pemanjangan saat putus dari vulkanisat. Pengaruh pemanjangan  saat  putus  dari  vulkanisat  karet alam  berpengisi  kaolin  meningkat  dengan penambahan  Alkanolamida.  Sehingga  dapat dikatakan penambahan Alkanolamida ke dalam kompon  karet  alam  berpengisi  kaolin  dapat meningkatan ekstensibilitas dari vulkanist karet
55.084 59.788 69.648 71.942 58.254 50 55 60 65 70 75 0 5 Ker a p a ta n sa m b u n g si la n g (x 1 0 -5 m o l/ cm 3 ) Kadar alkanolamida (bsk) 0.720 0.936 0.944 1.018 0.840 2.09 2.19 2.45 2.48 1.76 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 0 1 3 5 7 M o d u lu s te n si le ( M Pa ) Penambahan Alkanolamida (bsk) M100 M300 10.40 19.00 21.50 21.70 16.30 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0 1 3 5 7 Kek u a ta n t a ri k ( M Pa ) Penambahan Alkanolamida (bsk)
berpengisi  tersebut.  Efek  dari  bahan  tersebut sama  seperti  bahan  pemlastis  (minyak)  yang plastizicer .
Gambar  5.  Pemanjangan  saat  putus    vulkanisat karet alam  berpengisi kaolin dan Alkanolamida.

## Kesimpulan
Penambahkan  Alkanolamida  kedalam kompon karet alam berpengisi kaolin, hingga 5 bsk  menyebabkan  kenaikan  kekuatan  tarik, modulus  tensil  dan  sambung  silang  dari vulkanisat  karet  alam  berpengisi  kaolin. Penambahan  yang  lebih  besar  dari  5  bsk menyebabkan  kekuatan  tarik,  modulus  tensil dan  sambung  silang  dari  vulkanisat  karet  alam berpengisi kaolin menjadi menurun. Kemungkinan hal ini disebabkan Alkanolamida telah bersifat sebagai bahan pelarut yang  dapat melarutkan bahan-bahan

## Ucapan Terimakasih
Pada
kesempatan ini
Peneliti mengucapkan terimakasih kepada Laboratorium  Kimia    Organik    F-MIPA  USU dan  PT  Industri  Karet  Deli  yang  telah membantu didalam penyediaan tempat penelitian didalam membuat Alkanolamida dan pengujian  terhadap  sifat-sifat  uji  tarik  dari vulkanisat.

## Daftar Pustaka
[1]   A.D.  Thorn  &  R.A.  Robinson. In  Rubber Product Manufacturing Technology.
Bhowmick,  A.K.  et  al.,  ed,  New  York  : Marcel Dekker, Inc., 1994, p.3.
[2]   B.B.  Boonstra. Carbon  black  and  non black  in  rubber  technology .  Morton,  M. ed.,  New  York  :  Van  Nostrand  Reinhold Company, 1973, p. 51-86.
[3]  G. Kraus, “Interactions of elastomers and reinforcing fillers,” Rubber Chem
Technol , XXXVIII November,  1965,  p. 1070-1114.
[4]   J.B.  Horn. Materials  for  compounding and reinforcement. In rubber technology and manufacture . Blow, C.M.ed. London  :  Butterworth  &  Co.  Ltd.  1971, p. 174-226.
[5]  M.P.  Wagner,  “Heat  Generation  and Rubber-Filler  Coupling  Bonds,” Rubber Chem  Technol ,  XLVII  September,  1974,
p. 697-716. [6]  M.R. Silverstein. Spectrometric Identification  of  Organic  Compounds .
(New  York  :  John  Wiley  &  Son.1997),
p.166-170.
[7]   M.W.  Ranney  &  C.A.  Pagano,  “Silane Coupling  Agent  Effects  In  Ethylene Propylene  Diene  Terpolymer,” Rubber Chem  Technol ,  XLIV,  September,  1971,
p. 1080-1092.
[8]  P.E. Pinter & Mc. Gill, C.R,  “Comparing rubber  fillers  in  an  energy  conscious economy,” Rubber  World ,  CLXXVII
Februari, 1978, p. 30-37.
[9]  P.J.  Flory.  And  J.  Rehner,  “Statistica Mechanics of Crosslink Polymer Network II.  Swelling,” J.  Chem.  Phys, XI
November, 1943, p 521.
805.6 912.8 1010.0 1034.3 1048.0 0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0 0 1 3 5 7 Pe m a n ja n g a n sa a t p u tu s (% ) Penambahan Alkanolamida (bsk)