## PENGARUH DIOCTYL ADIPATE TERHADAP SIFAT RHEOLOGI HTPB TERPLASTISASI (EFFECT OF DIOCTYL ADIPATE ON THE RHEOLOGICAL PROPERTIES OF PLASTICIZED HTPB)
Afni Restasari 1 , Luthfia Hajar Abdillah, Rika Suwana Budi, Kendra Hartaya PUSAT TEKNOLOGI ROKET LEMBAGA PENERBANGAN DAN ANTARIKSA NASIONAL (LAPAN) Jl. Raya LAPAN Rumpin Bogor Jawa Barat
1 e-mail: afni.restasari@lapan.go.id
Diterima: 17 Agustus 2018; Direvisi: 31 Januari 2019; Disetujui: 7 Februari 2019

## ABSTRACT
Developing knowledge on rheological properties of liquid content of propellant can be used to develop the formulation of liquid contents and mixing parameter that support the  increase  of  solid  contents  so  that  the  mechanical  properties  of  propellant  can  be optimum and impulse specific of the rocket can be increased. This development can be started from the mixture of HTPB-DOA so that this research aims to find out the effect of DOA  on  rheological  properties  of  HTPB-DOA  that  include  shear  dependence  flow properties, viscosity and viscosity at zero shear rate. In the methos, DOA were varied 0, 5,  10,  15,  20%  and  mixed  with  HTPB.  Its  rheological  behaviours  are  understood  by measuring its viscosities in rotational speed of 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4 of spindle type 2 of Brookfield viscometer and analyzing the graph of shear rate vs shear stress also viscosity vs shear rate. Based on those analysis, it is revealed that HTPB-DOA has shear thickening behaviour. The more DOA added, the lower viscosity, the lower viscosity at zero shear rate and the stronger the behaviour of shear thickening. Therefore, the use of high speed in mixing HTPB-DOA need to be avoided and the additive contents that are shear thinning are needed.
Keywords: Rheology, Plasticizer, Propellant Binder, Shear Thickening, Polymer.

## ABSTRAK
Pengembangan pengetahuan terhadap sifat rheologi isian cair propelan berguna untuk mengembangkan formula isian cair dan parameter mixing yang dapat mendukung peningkatan isian padat sehingga sifat mekanik propelan optimum dan spesifik impuls dari  roket  naik.  Pengembangan  ini  dapat  dimulai  dari  campuran  HTPB-DOA  sehingga penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh DOA terhadap sifat rheologi HTPB- DOA yang meliputi sifat alir terhadap shear rate, viskositas dan viskositas saat zero shear rate. Dalam metodenya, DOA divariasi 0, 5, 10, 15 dan 20% dan dicampur dengan HTPB. Sifat rheologi dipahami dengan mengukur viskositasnya pada kecepatan putar 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4 dengan spindel tipe 2 dari viskometer Brookfield dan menganalisis grafik shear stress vs shear rate serta viskositas vs shear rate. Berdasarkan analisis tersebut, diketahui bahwa campuran HTPB-DOA bersifat shear thickening. Semakin banyak DOA yang  ditambahkan,  semakin  rendah  viskositas  campuran,  semakin  rendah  nilai viskositas pada zero shear rate dan semakin kuat sifat shear thickening dari campuran. Dengan  demikian,  penggunaan  kecepatan  tinggi  dalam  mixing  HTPB-DOA  perlu dihindari dan diperlukan bahan aditif yang bersifat shear thinning.
Kata kunci: Rheologi, Plasticizer, Binder Propelan, Shear Thickening, Polimer.
1 PENDAHULUAN
Propelan padat komposit
merupakan  hasil  cetak  dari slurry yang mayoritas  berisi  partikel  oksidator seperti Ammonium perklorat dan serbuk bahan  bakar  logam  seperti  Aluminium. Dalam  pencetakan,  viskositas  sangat menentukan kualitas propelan.
Demikian pula dalam proses
pencampuran  padatannya  dengan  isian cair seperti Hydroxy Terminated Polybutadiene  (HTPB)  dan  Toluena diisosianat (TDI). Viskositas yang rendah memungkinkan  kedua  proses  tersebut menghasilkan  propelan  yang  homogen sehingga  masalah  seperti  terbentuknya rongga,  pori  hingga crack yang  dapat berujung  pada  rusaknya  struktur  roket dapat  dicegah.  Viskositas  menjadi semakin  penting  mengingat  semakin lama, viskositas slurry semakin meningkat  seiring  dengan  semakin banyaknya ikatan silang poliuretan yang terbentuk  melalui  reaksi  polimerisasi HTPB dan TDI.
Selain itu, viskositas juga semakin tinggi  ketika  kebutuhan  akan  isian
padatan  dalam  propelan  meningkat untuk  kenaikan  impuls  spesifik  (Isp). (Dey,  Athar,  Sikder,  &  Chattopadhyay,
2015; Muthiah, Somasundaran, Verghese, & Thomas, 1989; Remakanthan, Kk,
Gunasekaran,
Thomas, & Thomas, 2015) .
Viskositas  merupakan  besaran yang  menggambarkan  resistensi  suatu cairan untuk mengalir oleh adanya gaya dari luar. Dalam perumusannya, diumpamakan,  lapisan  tipis  cairan berada  diantara  dua  bidang  paralel dengan  jarak dy .  Pada  keadaan steady state, gaya  geser  yang  mengenai  cairan diimbangi oleh gaya gesek internal yang berlawanan arah. Untuk cairan Newtonian, yang mana besarnya viskositas  tidak  tergantung  pada  gaya geser,  tegangan  geser  ( shear  stress ), τ , berbanding  lurus  dengan    laju  geser ( shear rate ), γ , dan viskositas, µ, seperti dikemukakan  pada  Persamaan  1-1 (Chhabra RP & Richardson JF, 2008).
F/A = τ = µ (- dV/dy) = µ. γ (1-1)
Salah satu cara untuk menurunkan  viskositas  adalah  dengan penambahan plasticizer. Dalam
perkembangan teknologi propelan, plasticizer dibedakan  menjadi  inert  dan energetik. Plasticizer inert  meliputi senyawa  –  senyawa  yang  mengandung gugus fungsi ester dan rantai hidrokarbon.  Kelompok  ester  dapat berupa  Dimethyl  phthalate  (DMP), Diethyl phthalate (DEP), Dibutyl phthalate (DBP), Dioctyl phthalate (DOP),
Triacetin, Dibutyl sebacate (DBS),
Diisooctyl  sebacate,  Dioctyl  sebacate (DOS),  Dibutyl  sebacate  (DBS),  Isodecyl pelargonate  (IDP),  Trioctyl  phosphate (TOF), Dioctyl adipate (DOA) dan Dibutyl adipate  (DBA).  Sementara,  kelompok hidrokarbon terdiri dari polybutene (PB), spindle  oil,  naphthenic  oil,  polymer extender  oil  (PEO)  dan  poly  isobutylene (PIB)(Muthiah  et  al.,  1989).  Di  sisi  lain, plasticizer energetik dapat berbasis Azido, ester nitrat, N-Nitramine, Nitro aromatic, Oxetane, Nitro aliphatic dan GLYN dimer (Manu,  2009).  Diantara  jenis  –  jenis tersebut,  DOA  merupakan plasticizer yang  paling  banyak  digunakan  pada berbagai komposisi propelan.
Pada propelan berbasis GAP (Glycidyl Azide Polymer), DOA dilaporkan memiliki performa yang lebih baik dalam menurunkan  viskositas  dibanding  DOP (Manu, 2009). Sementara pada pencampuran  dengan  CL-20  dan  HTPB, performa  tersebut  lebih  baik  dibanding DOS  dan  DBP  (Li,  Wang,  &  An,  2014). Campuran HTPB dan DOA menunjukkan viskositas  yang  semakin  menurun dengan  bertambahnya  DOA,  demikian pula  setelah  penambahan  TDI  (Tomasz, Katarzyna, Karolina, & Lukasz, 2018).
Selain  menurunkan  viskositas, penambahan  DOA  juga  bermanfaat dalam  memperpanjang potlife sebagai lamanya  waktu  yang  tersedia  hingga propelan  tidak  layak  untuk  diproses berdasarkan viskositasnya. Hal tersebut
ditemukan  pada  isian  cair  sederhana berkomposisi  HTPB,  DOA,  TDI  maupun yang telah dilengkapi dengan additif TMP (trimethyol  propane)  dan  alkanol  tipe amina-amida.  Efek  ini  pun  masih  ada saat  isian  cair  telah  bercampur  dengan serbuk aluminium dan partikel Ammonium  perklorat  (AP)  baik  bimoda maupun  trimoda.  Lebih  lanjut,  DOA diketahui  kompatibel  terhadap slurry dengan komposisi yang mengandung AP bimoda sebaik IDP (Gupta, Kumar, & N, 2014; Muthiah et al., 1989; Restasari & Abdillah, 2017; Tomasz et al., 2018).
Di  sisi  mekanik,  adanya  DOA diketahui  dapat  menurunkan impact sensitivity pada komposisi CL-20, HTPB, DOA dan TDI. Hal ini juga terlihat dalam komposisi HTPB, 2,2’-methylenebis, IPDI (Isophorone diisocyanate), RS-RDX
(sensitivity  reduced-RDX),  aluminium dan  Fe  acetyl  acetonate.  Dengan turunnya  sensitivitas,  propelan  menjadi lebih  aman  untuk  ditangani  dalam penyimpanan maupun transportasi (Gurkan,  Deger,  Zekeriya,  &  Teoman, 2014; Li et al., 2014).
Dengan  semua  keunggulannya, penambahan sejumlah besar massa DOA tentunya  diinginkan.  Namun  demikian, terdapat  masalah  pada  sifat  fisik  dan mekanik propelan dengan kian bertambahnya  massa  DOA.  Dilaporkan, pada  propelan  berbasis  GAP,  semakin banyak  DOA  yang  ditambahkan,  nilai kekuatan tarik, tegangan saat perpanjanganf  100%,  kekerasan  dan ketangguhan  atau toughness semakin menurun (Manu, 2009). Hal serupa juga dilaporkan  terjadi  pada  nanokomposit polyurethane/polyhedral oligomeric silsesquioxane  berbasis  HTPB    (Kim, Kwon, & Kim, 2013).
Kelemahan plasticizer
dalam pembentukan  sifat  fisik  dan  mekanik propelan dapat diatasi dengan penambahan  senyawa bonding  agent yang  dapat  menambah  kuat  ikatan
antara binder dan  partikel  padat. Bonding agent ini dapat berupa molekul kecil dan polimer. Molekul kecil meliputi ester borat dan ester titanat. Sementara contoh  dari  golongan  polimer  adalah NPBA  ( Neutral  Polymer  Bonding  Agent ) dan polimer amida (Liu, Sun, Hong, Pang, & Qiao, 2018). Untuk propelan berbasis HTPB,  beberapa  bonding  agent  seperti senyawa aziridine,
alkanolamine,
polyamine,
isocyanurate,
dimethyldantoin  dan  turunannya  telah dikembangkan (Brzi ć et al., 2015; Hu et al., 2014).
Penambahan
bonding agent
biasanya  dilakukan  di  saat  awal pencampuran HTPB dengan DOA dan zat tersebut
berpotensi untuk mempengaruhi  viskositas  campuran. Lebih  lanjut,  karakteristik  perubahan viskositas  atau  sifat  alir  campuran  juga dipengaruhi.  Sifat  tersebut,  terutama yang  tergantung  pada  laju  geser  ( shear rate ) atau disebut cairan non-newtonian, penting  untuk  mendapat  perhatian karena  menyangkut  kondisi mixing dan casting yang  akan  diterapkan  agar hasilnya  optimum  yang  mana  kondisi tersebut  mendukung  peningkatan  isian padat  sehingga  sifat  mekanik  propelan optimum  dan  spesifik  impuls  dari  roket naik.Mengingat  kedua  proses  tersebut menghasilkan  gaya  geser  pada  cairan. Dengan  demikian,  sifat  alir  dari campuran  HTPB  dan  DOA  perlu  untuk diketahui terlebih dahulu.
Berdasarkan ketergantungan  pada shear  rate, sifat  alir  dibagi  menjadi  tiga yaitu shear  thinnning yang  mana viskositas  menurun  seiring  dengan naiknya shear  rate, viskoplastis  yang membutuhkan  gaya  tertentu  untuk memulai  aliran,  dan shear  thickening yang mana viskositas bertambah dengan naiknya shear  rate. Pada  Persamaan Power  Law  (Persamaan  1-2  &  1-3), n merupakan  index  Power  Law  yang menandai  sifat  alir  cairan  sementara K
dapat  diartikan  sebagai  viskositas  pada kondisi zero  shear,  µ 0 . Shear  thinning ditandai  dengan n  <  1,  shear  thickening ditandai  dengan n  >  1 dan  newtonian ditandai  dengan n  =  1. Sementara,  sifat alir  yang  bergantung  pada  waktu meliputi  thixotropik  yang  mana  terjadi penurunan viskositas seiring berjalannya waktu  dan  kebalikannya,  rheopeksi (Chhabra RP & Richardson JF, 2008) .
τ = K ( γ ) n (1-2)
µ = τ / γ = K ( γ ) n-1 (1-3)
Sifat  alir  komponen  propelan  yang mengandung  DOA  bermacam  –  macam, bergantung pada komposisinya. Gupta et al (2014) menungkapkan bahwa campuran  HTPB,  TDI,  DOA,  TMP (Trimethyol  propane)  dan  alkanol  tipe amina  amida  memiliki  sifat  newtonian (Gupta  et  al.,  2014).  Sifat  thixotropik ditemukan oleh Bogdan et al (2015) pada slurry  propellant  dengan  komposisi Ammonium klorat (VII), serbuk aluminium, BEFP, HTPB, DOA, DDI dan zat additif (Bogdan & Bednarczyk, 2015). Sementara, sifat shear thinning ditemukan  pada  beberapa  komposisi seperti  propelan  CL-20  (CL-20,  HTPB, TDI,  DOA),  RS-RDX  (HTPB,  2,2`- Methylenebis,  IPDI,  RS-RDX,  DOA, Aluminium  dan  Fe  Acetyl  Acetonate), EVA-RDX  (EVA,  RDX,  HMX,  DOA, Dechlorane)  (Gurkan  et  al.,  2014;  Jong, Sangmook, & Jae, 2017; Li et al., 2014).
Keuntungan dan cara
mengatasi kekurangan
dalam
penggunaan DOA serta beragamnya sifat alir  di  atas  membuat  sifat  dasar  aliran HTPB dan DOA penting untuk diketahui terutama pada shear rate rendah sesuai yang  diaplikasikan  pada mixing dan casting .  Oleh  karena  itu  penelitian  ini bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh penambahan  DOA  terhadap  sifat  alir
campuran  HTPB  dan  DOA  pada shear rate rendah.

## 2 METODOLOGI
Penelitian  ini  membuat  4  macam campuran HTPB - DOA. DOA divariasi (0, 5, 10, 15 dan 20%) dengan massa HTPB konstan. HTPB dan DOA dicampur pada 60  rpm  selama  3  menit  tanpa  panas dengan menggunakan pengaduk mekanika  IKA  dengan  anchor  impeller. Viskositas diukur pada kecepatan putar 0,5;  1;  1,5;  2;  2,5;  3;  4  rpm  dengan menggunakan  spindel  tipe  2  dari viskometer  Brookfield  untuk  semua komposisi.
Grafik shear  rate  vs  shear  stress dibuat  berdasarkan  Persamaan  1-1. Grafik shear  rate  vs viskositas  dibuat untuk mendapat Persamaan 1-3, beserta nilai n dan K . Analisis mikro dilakukan dengan  analisis  data  dipol  dengan software  Millsian  serta  struktur  kimia dengan ChemDraw Ultra Software.

## 3 HASIL PEMBAHASAN
Sifat alir dari slurry propelan sangat dipengaruhi  oleh  sifat  alir  isian  cairnya dan  penambahan  DOA  pada  isian  cair dikehendaki
untuk
menurunkan viskositas slurry .  Untuk  mempelajari pengaruh  penambahan  DOA  pada viskositas  HTPB-DOA,  viskositas  dari sistem  HTPB-DOA  dengan  persentase DOA  yang  bervariasi  diukur  pada kecepatan putaran spindle yang berbeda. Hal ini karena kecepatan putaran spindle dapat  mewakili shear  rate (Brookfield Engineering Laboratories, 2014) . Penggunaan kecepatan putaran hingga 4 rpm  adalah  untuk  mewakili  laju  geser yang terjadi saat casting secara gravitasi dan  vakum.  Teknik casting tersebut biasanya  digunakan  dalam  pembuatan propelan.  Hasil  pengukuran  viskositas kemudian  dibuat  grafik shear  rate  vs shear stress berdasarkan Persamaan 1-1 untuk mendapat nilai kemiringan grafik
sehingga diketahui karakteristik alirnya. Grafik tersebut tersaji pada Gambar 3-1 berikut,  sedangkan  nilai  kemiringan ditampilkan pada Tabel 3-1.
Gambar 3-1: Grafik Shear Rate vs Shear Stress dari sistem HTPB-DOA .

## Tabel 3-1: NILAI KEMIRINGAN GRAFIK ALIR HTPB-DOA
% DOA Kemiringan Grafik 1 2 0 83.202 5 65.085 10 53.768 15 44.997 20 36.694 Persamaan 1-1 menjelaskan
bahwa  nilai shear  stress berbanding lurus dengan hasil kali viskositas dengan shear rate. Pada cairan Newtonian, nilai kemiringan grafik tersebut adalah 1 yang ditandai  dengan  garis  merah  pada Gambar 3-1. Di Gambar tersebut terlihat bahwa HTPB saja dan semua komposisi HTPB-DOA  tidak  menunjukkan  sifat Newtonian. Hal ini berbeda dengan yang ditemukan oleh Gupta et al (2014) pada sistem binder propelan. Penyebab perbedaan  ini  dapat  bersumber  dari tingginya rpm yang digunakan Gupta et al (2014)  yaitu  10  rpm  ke  atas,  serta adanya  tambahan  senyawa  kimia,  tidak hanya  HTPB  dan  DOA  (Gupta  et  al., 2014).
Sementara,  berdasarkan  Tabel 3-1  kolom  2,  HTPB  dan  HTPB-DOA memiliki  nilai  kemiringan  lebih  besar dari  1,  yaitu  antara  36  hingga  83,  pada grafik shear rate vs shear stress. Hal ini menunjukkan  sifat shear  thickening, yaitu  nilai  viskositas  yang  naik  seiring dengan naiknya shear rate (Chhabra RP &  Richardson  JF,  2008) . Analisis  lebih lanjut dilakukan dengan membuat grafik shear  rate  vs viskositas  berdasarkan Persamaan  Power  Law  (Persamaan  1-3). Grafik  ini  disajikan  pada  Gambar  3-2, sedangkan  nilai n, K dan  korelasi  grafik dengan Persamaan Power
Law dicantumkan pada Tabel 3-2 . Gambar 3-2: Grafik Power Law HTPB-DOA Tabel 3-2: KARAKTERISTIK ALIR HTPB-DOA %
DOA
K n r Korelasi 1 2 3 4 5 0 79.29  1.0474 0.98 Sangat Kuat 5 59.59  1.0644 0.97 Sangat Kuat 10 49.56  1.059 0.95 Sangat Kuat 15 40.09  1.0839 0.94 Sangat Kuat 20 32.2  1.0962 0.95 Sangat Kuat Gambar 3-2 menunjukkan bahwa dengan meningkatnya kadar DOA,
viskositas  sistem  HTPB-DOA  menurun pada semua kecepatan rotasi.
Penurunan ini terjadi dari range 75 – 85 Poise  hingga  30  –  35  Poise  pada penambahan DOA 20%. Hal serupa juga ditemukan oleh Tomasz et al (2018) pada berbagai suhu campuran (Tomasz et al.,
2018).  Hal ini bisa dijelaskan seperti di bawah ini:
HTPB  adalah  polimer  dengan  rantai hidrokarbon  panjang  yang  memiliki gugus hidroksil di masing-masing ujungnya. Kehadiran struktur cis, trans dan  vinil  dalam  rantai  hidrokarbon membuat  rantai  HTPB  terlipat  sehingga membentuk hambatan steris dan menyebabkan  rantainya  stabil.  Lipatan tersebut menyebabkan bentuk koil HTPB. Ketika  koil  bertemu  satu  sama  lain, terbentuk beberapa interaksi intermolekuler  seperti  gaya  Van  Der Waals  dan  ikatan  hidrogen  seperti ditunjukkan pada Gambar 3-3. Interaksi tersebut  menghambat  mobilitas  polimer yang  menyebabkan  kesulitan  dalam pergerakan  sehingga  HTPB  memiliki viskositas  tinggi  (Fulmer,  2000;  George Wypych,  2017;  Mahanta  &  Pattnayak,
2015).
Sementara, DOA sebagai
plasticizer dapat bekerja sebagai pelumas internal dengan penjelasan berikut.
DOA  memiliki  sifat  semipolar dengan nilai momen dipol 0,0024 D. Sifat semipolar
didapat dari
rantai hidrokarbon  nonpolar  dan  gugus  adipat polar.  Sifat  semipolar  ini  sama  dengan HTPB  rantai  linier  yang    dengan kenaikan berat molekulnya, polaritasnya juga meningkat. Sebagai contoh, C 20 H 22 O 2 memiliki momen dipol 0,0017 D, C 28 H 30 O 2 memiliki momen dipol 0,0028 D dan  C 40 H 42 O 2 memiliki  momen  dipol 0,0031  D.  Berdasarkan  prinsip "like dissolve like" dan kemiripan nilai momen dipol,  maka  HTPB  dan  DOA  dapat  larut satu  sama  lain.  Disolvasi  ini  juga didukung oleh parameter kelarutan. Nilai parameter  kelarutan  DOA  adalah  18,2 (MPa) 0,5 ,  sesuai  dengan  nilai  parameter kelarutan  untuk  HTPB  yang  dihasilkan oleh  polimerisasi  radikal  bebas  (16,40  - 18,11  (MPa) 0,5 ).  Properti  pelarutan  ini berkontribusi
dalam mengurangi
viskositas HTPB + DOA (George Wypych, 2017).
Bila  HTPB  dicampur  dengan DOA,  rantai  hidrokarbon  nonpolar  DOA melarutkan rantai hidrokarbon nonpolar HTPB.  Sementara,  gugus  semipolar adipat  dari  DOA  kurang  melarutkan rantai  hidrokarbon  nonpolar  HTPB sehingga  DOA  dapat  berperan  sebagai pelumas. Seiring dengan proses pelumasan DOA, kekuatan kohesif HTPB menurun  sehingga  rantai  HTPB  bisa meluncur  satu  sama  lain  sehingga menyebabkan penurunan viskositasnya. Selain proses itu, selama pencampuran, dua  ikatan  hidrogen  antara  dua  gugus hidroksil  di  ujung  rantai  HTPB  yang berbeda,  Gambar  3-3  (a),  dapat  dipecah dan  digantikan  oleh  interaksi  antara gugus  hidroksil  HTPB  dan  gugus  adipat dari DOA (Fulmer, 2000; George Wypych, 2017; Mahanta & Pattnayak, 2015).
Berdasarkan  struktur  kimia yang  dianalisis  oleh  ChemDraw  Ultra Software, ditunjukkan pada Gambar 3-3 (b),  dua  atom  oksigen  (=  O)  pada  gugus karbonil  DOA  memiliki  arah  yang berlawanan.  Ini  menyebabkan  satu senyawa DOA dapat membuat dua ikatan hidrogen dengan dua rantai HTPB. Tapi, satu  rantai  HTPB  hanya  bisa  membuat satu  ikatan  hidrogen  dengan  satu senyawa  DOA,  yaitu  dengan  atom oksigen  gugus  karbonil  (=  O)  dari  DOA. Hal  ini  karena  momen  ikatan  C-O  (0,74 D)  jauh  lebih  kecil  daripada  momen ikatan C = O (2,3 D). Kondisi yang tidak stabil  ini  menyebabkan  rantai  polimer lebih mudah mengalir sehingga
viskositas HTPB-DOA
menurun (Fessenden & Fessenden, 1997; Fulmer, 2000; George Wypych, 2017).
Mekanisme  di  atas  dapat  pula menjadi penyebab turunnya nilai K atau viskositas  pada zero  shear, dari  79 hingga  32, dengan  naiknya  konsentrasi DOA.  Nilai K terlihat  pada  Tabel  3-2 kolom  2.  Nilai K tersebut  diperoleh  dari
persamaan  garis  pada  grafik  di  Gambar 3-2 yang berkorelasi sangat kuat dengan persamaan Power Law, seperti
ditampilkan pada Tabel 3-2 kolom 4 yang merupakan kesimpulan dari nilai
koefisien korelasi ( r ) pada kolom 3.
(a)
(b)
Gambar 3-3: (a) Ilustrasi ikatan hidrogen HTPB;
(b) Ilustrasi ikatan hidrogen antara HTPB  dan  DOA  (George  Wypych,
2017).
Viskositas  pada zero  shear  rate penting untuk mengkarakterisasi respon rheologi pada tegangan alir yang rendah, menemukan  energi  aktivasi  aliran  dan menganalisis pengaruh arsitektur molekuler  terhadap  resistensi  untuk mengalir
(Shaw, 2016).
Dalam hubungannya  dengan  energi  aktivasi, semakin rendah nilai K, semakin mudah suatu  cairan  untuk  mengalir.  Dengan demikian, semakin besar DOA, semakin rendah  energi  aktivasi  untuk  mengalir, semakin mudah campuran untuk mengalir. Nilai energi aktivasi yang kian turun  dengan  bertambahnya  DOA  ini ditemukan  oleh  Tomasz et  al (2018). Sementara,  dalam  kaitannya  dengan struktur  molekuler,  semakin  rendah K, semakin  rendah  berat  molekul  yang terlarut yang dalam hal ini adalah HTPB. Hal  ini  dapat  diartikan  bahwa  semakin banyak  DOA  ditambahkan,  semakin banyak  ikatan  hidrogen  antar  rantai HTPB  yang  putus  sehingga  semakin mudah  mengalir  (Dalsin,  Hillmyer,  & Bates, 2014).
Hal  yang  menarik  pada  Tabel  3-2 terletak  pada  kolom  3  sebagai  analisis lanjutan  dari  Tabel  3-1  kolom  2,  yaitu
mengenai  sifat  alir  HTPB-DOA.  Pada kolom  tersebut,  HTPB  dan  semua campuran  HTPB-DOA  memiliki  nilai n yang  lebih  besar  dari  1,  yang  berarti bahwa  HTPB  dan  HTPB-DOA  memliki sifat shear thickening. Dengan bertambahnya  DOA,  nilai n naik  dari 1,0474 yang merupakan nilai dari HTPB hingga  1,0962  yang  dimiliki  oleh campuran dengan DOA sebesar 20%.  Ini menunjukkan  bahwa  semakin  banyak DOA,  sifat shear  thickening campuran HTPB-DOA  semakin  kuat.  Sifat shear thickening ini dijelaskan sebagai berikut. Seperti telah dijelaskan,
dideskripsikan  pada  Gambar  3-3  (b) bahwa  dengan  adanya  DOA,  koil  HTPB menjadi terbuka namun tidak seluruhnya.  HTPB-DOA  membentuk kumparan yang lebih mudah terurai oleh adanya  gaya  geser  dibanding  dengan bentuk koil HTPB. Kumparan yang telah terurai  dapat  membentuk  ikatan  silang secara  fisik  satu  dengan  yang  lain sehingga  sulit  untuk  mengalir,  seperti terdeskripsikan pada Gambar 3-4. Ikatan silang  ini  menimbulkan  sifat shear thickening apabila besarnya energi ikatan fisik tersebut bersesuaian dengan energi thermal campuran. Semakin besar shear rate ,  semakin  banyak  kumparan  yang terurai,  semakin  banyak  ikatan  silang, semakin  tinggi  viskositas  sehingga menyebabkan  sifat shear  thickening.
Dengan  semakin  banyaknya  DOA, semakin  mudah  kumparan  terurai, semakin banyak kumparan yang terurai sehingga  kekuatan shear  thickening semakin besar (Ding, Tracey, Li, Peng, & Whitten,  2013;  Jaishankar,  Wee,  Matia- Merino, Goh, & McKinley, 2015; Wagner, Barbati, Engmann, Burbidge, & McKinley, 2016).
Sifat shear thickening pada polimer ini  juga  dilaporkan  nampak  pada campuran Mamaku gum dan urea serta terpineol  dan plasticizer DBP.  Namun, pada  kedua  campuran  tersebut, shear
thickening hanya  terjadi  sampai  nilai shear rate tertentu yaitu sekitar 10 – 100 rps untuk campuran Mamaku gum dan di  bawah  100  rps  untuk  campuran terpineol  (Jaishankar  et  al.,  2015; Umerova,  Dulina,  &  Ragulya,  2015). Batas tersebut bernilai 600 hingga 6000 rpm  yang  mana  tidak  diterapkan  pada mixing maupun casting propelan
Gambar  3-4:  Ilustrasi  Kualitatif  Mengenai Mekanisme Shear  Thickening HTPB-DOA.
Untuk  lebih  memahami  pengaruh penambahan  DOA  terhadap  nilai n, persentasi  DOA  vs  nilai n dibuat  dan disajikan  pada  Gambar  3-5.  Pada Gambar tersebut, berdasarkan nilai dari determinan  korelasi,  persentase  DOA dan  nilai n membentuk  korelasi  yang sangat  kuat,  sehingga  dapat  digunakan untuk  memprediksi  nilai n selanjutnya dengan  penambahan  DOA  yang  lebih besar.
Gambar 3-5:   Grafik Pengaruh %DOA terhadap Nilai n.
Walaupun  nilai n dari  HTPB-DOA mendekati  Newtonian  (n=1),  namun
tingginya  kebutuhan  akan  persentase DOA  serta  tingginya  kecepatan  mixing HTPB-DOA  saat  pembuatan  propelan (sekitar  40-60rpm),  maka  berdasarkan Persamaan 1-3, nilai n tersebut membawa  dampak  yang  signifikan terhadap  viskositas  HTPB-DOA.  Dengan demikian,  penggunaan kecepatan tinggi dalam mixing HTPB-DOA perlu dihindari. Di sisi lain, berkaitan dengan penambahan bonding  agent dan  aditif lainnya, diperlukan pemilihan berdasarkan  sifat shear  thinning sehingga pengadukan saat ditambahkan isian  padat  lebih  mudah  mencapai homogen  walaupun  persentase  isian padat  ditingkatkan.  Hal  ini    berujung pada optimumnya sifat mekanik propelan dan spesifik impuls roket . 4

## KESIMPULAN
Dalam penelitian ini telah dilakukan
pengukuran
viskositas
campuran HTPB dan DOA pada berbagai shear  rate. Berdasarkan  hasil  analisis grafik shear  rate  vs  shear  stress, diketahui  bahwa  campuran  HTPB  dan DOA  memiliki  sifat shear  thickening.
Diketahui  pula  bahwa  semakin  banyak DOA yang ditambahkan, semakin rendah viskositas  campuran,  semakin  rendah nilai viskositas pada zero shear rate dan semakin kuat sifat shear thickening dari campuran. Penggunaan kecepatan putar rendah  dalam  pengadukan  HTPB-DOA, serta pemilihan bahan aditif yang shear thinning disarankan  untuk  peningkatan sifat  mekanik  propelan  dan  spesifik impuls roket.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Pusat Teknologi Roket (Pustekroket) LAPAN karena telah menyediakan
fasilitas pendukung penelitian serta rekan – rekan yang telah mendukung penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Bogdan, F., & Bednarczyk, A. M. (2015). Studies of Rheological Properties of Suspension of Heterogeneous Rocket Propellant Based on HTPB Rubber. CHEMIK , 69 (3), 136–145.
Brzi ć , S., Dimi ć , M., Jelisavac, L., Djonlagi ć , J., U šć umli ć ,  G.,  &  Bogdanov,  J.  (2015).
Influence  of  Polyglycidyl-type  Bonding Agents  on  the  Viscoelastic  Properties  of  a Carboxylterminated poly(butadiene-co- acrylonitrile)-based  Composite  Rocket Propellant. Central  European  Journal  of Energetic Materials , 12 (2), 307–321.
Chhabra  RP,  &  Richardson  JF.  (2008). Non- Newtonian  Flow  and  Applied  Rheology
Engineering Applications (2nd ed.).
Burlington: Elsevier Ltd.
Dalsin,  S.  J.,  Hillmyer,  M.  A.,  &  Bates,  F.  S.
(2014).  Molecular  Weight  Dependence  of Zero-Shear Viscosity in Atactic Polypropylene  Bottlebrush  Polymers. ACS Macro Letters , 3 (5), 423–427. https://doi.org/10.1021/mz500082h
Dey,  A.,  Athar,  J.,  Sikder,  A.  K.,  &
Chattopadhyay,  S.  (2015).  Effect  of Microstructure on HTPB Based
Polyurethane (HTPB-PU), 5 (April), 145–151. https://doi.org/10.17265/2161- 6221/2015.3-4.005
Ding,  J.,  Tracey,  P.  J.,  Li,  W.,  Peng,  G.,  & Whitten,  P.  G.  (2013).  Review  on  shear thickening  fluids  and  applications.pdf. Textile  and  Light  Industrial  Science  and Technology , 2 (4), 161–173.
Fessenden,  R.  J.,  &  Fessenden,  J.  S.  (1997). Kimia organik . Jakarta: Erlangga.
Fulmer, M. S. (2000). Introduction to Lubricants and  Additives  for  Polymer  Compounds.
Retrieved from
http://www.struktol.com/pdfs/Lubricant s.pdf.
George Wypych. (2017). Handbook of Plasticizers
(3rd ed.). Toronto: ChemTec Publishing.
Gupta,  B.,  Kumar,  V.,  &  N,  S.  (2014). Rheological  Studies  on  Virgin,  Plasticized and  Solid  Filled  HTPB  Binder  System. Global  Journal  of  Advanced  Engineering Technologies and Sciences , 1 (2), 41–48.
Gurkan, A., Deger, S., Zekeriya, T. K., & Teoman,
T.  (2014).  ylmaz2014.pdf. Journal  of
Applied  Polymer  Science ,  40907–40914. https://doi.org/10.1002/APP40907
Hu, W., Su, Y., Zhou, L., Pang, A., Cai, R., Ma, X., & Li, S. (2014). Molecular Dynamics of Neutral Polymer Bonding Agent (NPBA) as
Revealed by Solid-State NMR Spectroscopy. Molecules , 19 , 1353–1366. https://doi.org/10.3390/molecules19011
353
Jaishankar, A., Wee, M., Matia-Merino, L., Goh,
K. K. T., & McKinley, G. H. (2015). Probing hydrogen  bond  interactions  in  a  shear
thickening polysaccharide using nonlinear shear and extensional rheology.
Carbohydrate  Polymers , 123 ,  136–145. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2015.0
1.006
Jong, H. C., Sangmook, L., & Jae, W. L. (2017). Non-Newtonian  Behavior  Observed  via Dynamic  Rheology  for  Various  Particle Types in Energetic Materials and Simulant Composites. Korea-Australia  Rheology Journal , 29 (1), 9–15. https://doi.org/10.1007/s13367-017-
0002-6
Kim,  H.  J.,  Kwon,  Y.,  &  Kim,  C.  K.  (2013).
Thermal  and  Mechanical  Properties  of Hydroxyl-Terminated Polybutadiene-based Polyurethane/Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane Nanocomposites Plasticized  with  DOA.  Kim. J  Nanosci Nanotechnol , 13 (1).
Li, H., Wang, J., & An, C. (2014). Study on the Rheological  Properties  of  CL-20  /  HTPB Casting  Explosives. Central  European Journal of Energetic Materials , 11 (2), 237–
255.
Liu, X., Sun, X., Hong, X., Pang, A., & Qiao, Y.
(2018).  Research  Progress  of  Bonding Agents  for  Nitramine  Composite  Solid Propellants. International  Journal  of Astrophysics and Space Science , 6 (2), 44–
50.
https://doi.org/10.11648/j.ijass.2018060
2.11
Mahanta, A. K., & Pattnayak, P. K. (2015). Green
analytical  methods  for  determination  of intrinsic  viscosity  of  hydroxyl  terminated polybutadiene. J. Mater. Environ. Sci , 6 (9), 2377–2385.
Manu, S. K. (2009). Glycidyl Azide Polymer (GAP) as  a  High  Energy  Polymeric  Binder  for Composite  Solid  Propellant  Applications .
Mahatma Gandhi University.
Muthiah, R., Somasundaran, U. I., Verghese, T.
L., & Thomas, V. A. (1989). Energetics and Compatibility  of  Plasticizers  in  Composite Solid Propellants. Defence Science Journal ,
39 (2), 147–155.
Remakanthan,  S.,  Kk,  M.,  Gunasekaran,  R., Thomas,  C.,  &  Thomas,  C.  R.  (2015). Analysis of Defects In Solid Rocket Motors
Using X-Ray Radiography. The E-Journal of Nondestructive Testing , 20 (6). Restasari, A., & Abdillah, L. H. (2017). Pengaruh Dioctyl Adipate Terhadap Pot-Life
Proopelan  Berformula  AP  Trimoda.  In Prosiding  SIPTEKGAN  XXI (pp.  314–322).
Tangerang: Pusat Teknologi Penerbangan, LAPAN.
Shaw,  M.  T.  (2016).  On  Estimating  The  Zero-
Shear-Rate  Viscosity:  Tests  with  PIB  and PDMS.  In AIP  Conference  Proceeding . American Institute of Physics.
https://doi.org/10.1063/1.4965543
Tomasz,  G.,  Katarzyna,  G.-S.,  Karolina,  J.,  &
Lukasz,  K.  (2018).  Rheological  and
Thermal  Properties  of  Mixtures  of Hydroxyl-Terminated  Polybutadiene  and Plasticizer
(Rapid communication). Polimery , 63 (1), 53–63. https://doi.org/10.14314/polimery.2018.
1.9
Umerova, O., Dulina, O., & Ragulya, V. (2015). Rheology of plasticized polymer solutions.
Journal  of  Silicate  Based  and  Composite Materials , 67 (4), 119–125.
Wagner,  C.  E.,  Barbati,  A.  C.,  Engmann,  J., Burbidge, A. S., & McKinley, G. H. (2016). Apparent  shear  thickening  at  low  shear rates  in  polymer  solutions  can  be  an artifact of non-equilibration Caroline.