Pembuatan Thermoplastik Elastomer dari Latex melalui Metode Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) untuk aplikasi Bearing Jembatan

Abstract

Karet alam merupakan Biomacromolecule yang dikenal dengan 1,4-poliisoprene memiliki sifat yang special termasuk memiliki ketahanan yang tinggi, kekuatan dan ketangguhan yang baik. Karet alam memiliki berbagai aplikasi produk karet seperti ban mobil, sarung tangan karet, dan bearing karet. Indonesia merupakan Negara penghasil karet terbesar kedua dunia setelah Thailand. Berdasarkan analisa Bisnis.com, produksi karet mentah Indonesia melimpah tetapi bahan baku industri hilir, seperti crumb rubber masih impor sekitar 70-80%, hal ini membuka peluang untuk melakukan diversifikasi produk latex menjadi produk thermoplastic elastomer (TPE) dengan harga 2 – 9 usd/kg meningkat sebesar 100 – 900% dari harga latex. Termoplasik elastomer (TPE) merupakan material yang bersifat termoplastik dan elastis yang merupakan gabungan antara material yang bersifat termoplastik seperti metil metakrilat (MMA) dan yang bersifat elastis seperti latex. Starch-g-PMMA merupakan produk kopolimer hasil sintesis melalui metode ATRP dibiayai dari hibah insinas tahun 2013 dan hibah bersaing tahun 2014-2016 yang dapat digunakan sebagai kompatibilizer pada pencampuran polimer alam dan polimer sintetik seperti pada PP dan serat alam. Metode Atom Transfer radical Polymeriation (ATRP) dapat diaplikasikan pada sintesa kopolimer latex-g-PMMA yang akan diaplikasikan sebagai kompatibel agen pada pencampuran antara latex/PMMA. Penelitian diawali dengan membentuk pusat aktif pada latex oleh substitusi gugus aktif alkil bromide melalui modifikasi dua langkah yaitu epoksidasi parsial pada ikatan C=C, diikuti dengan penambahan nukleofilik dari asam karboksilat dengan gugus fungsi alkil bromide pada cincin oxirane dari karet terepoxidasi (ENR) menghasilkan latex-alkil bromida. Selanjutnya latex alkil bromide digunakan sebagai makroinisiator untuk memulai ATRP dengan monomer MMA. Pada bagian pertama kelayakan reaksi pencangkokan diverifikasi dengan mempelajari ATRP dari makroinisiator latex-alkil bromide melalui epoksidasi dengan asamchloroperbenzoic (CPBA) diikuti dengan penambahan asam karboksilat alkil bromida pada cincin oxirane. Penambahan asam terjadi sesuai mekanisme SN2 dengan fiksasi kelompok asam pada karbon yang disubtitusi dari cincin oxirane yang akan bersaing dengan reaksi sekunder kearah pembentukan kembali cincin oxirane, mengarah pada pembentukan dua alkohol alil, dengan keasaman sesuai dengan kadar asam karboksilat yang digunakan. Selanjutnya digunakan campuran ligan sebagai stock solution untuk memulai ATRP latex-gPMMA pada 90 ° C dalam campuran pelarut DMF/air menggunakan Cu (I) Br kompleks dengan ligan poliamina. Beberapa ligan diuji: N- (n-oktil) -2-pyridylmethanimine (NOPMI), N- (n-oktadesil) -2-pyridylmethanimine (NODPMI), dan 1,1,4,7,7- pentamethyldiethylenetriamine (PMDETA). Produk dikontrol terhadap berat molekul (SECn, Mn) dan indeks polidispersitas (PDI) diperoleh dengan O- (2-hidroksi-2-metil-1- (n-propil) pentil) -2-bromoisobutyrate sebagai pemrakarsa di hadapan CuBr / NOPMI sebagai sistem katalitik. Pada bagian kedua, dilakukan optimalisasi formulasi komposisi yang diperoleh dari proses tahun pertama, dilakukan scale up di laboratorium untuk pembuatan macroinitiator latex-alkil bromide dilanjutkan dengan pencangkokan dengan MMA. Produk dikarakterisasi terhadap berat molekul (SECn), index PDI. Selanjutnya dilakukan uji kinerja latex-g-PMMA pada pemrosesan latex dengan PMMA pada skala laboratorium. Pada bagian terakhir, rancang bangun proses pembuatan thermoplastic elastomer latex//PMMA/latex-g-PMMA pada scaleup dari skala laboratorium. Karakterisasi produk dilakukan terhadap Struktur kimia menggunakan FT-IR, 1H dan 13C NMR. Sifat termal dari kopolimer cangkok dipelajari menggunakan Scaning Thermal Analyzer (STA). Morphologi dipelajari menggunakan scanning electron microscopy (SEM). Sifat mekanik (kuat tarik, ketahanan sobek, keuletan dan ketangguhan) dipelajari menggunakan Dinamic Mechanical Analyzer (DMA). Untuk meningkatkan performance TPE latex/PMMA/latex-g-PMMA pada aplikasi bearing jembatan dalam meredam suara akibat beban dan gesekan, maka ditambahkan filler selulose dengan memanfaatkan produk starch-g-PMMA yang telah dihasilkan pada penelitian sebelumnya sebagai kompatibel agen pada pencampuran TPE (latex/PMMA) dengan selulosa. Produk TPE/selulose blend dianalisa sesuai standar ASTM D 412. Luaran penelitian wajib tahun pertama berupa 1 makalah Accepted pada journal of Polymers and Environmental dengan impak factor 1,969. Sedangkan luaran tambahan berupa 1 makalah accepted pada Majalah Polimer Indonesia (MPI) terakreditasi LIPI, 1 makalah yang akan diseminasi pada Internasional Polymers Science and Technology (IPST 2018) dan 1 makalah yang akan diseminarkan pada seminar nasional Teknik Kimia Unpar 2018. Sedangkan dari hasil penelitian diperoleh HKI berupa produk dan draft paten dengan kesiapan teknologi level 4, tahun kedua berupa luaran wajib 1 makalah accepted pada jurnal Polymers Chemistry dengan impak factor 2,020, dan luaran tambahan berupa 1 makalah published pada proceeding internasional RSCE 2019 dan 1 makalah terbit pada proceeding nasional SNP XII 2019. Hasil penelitian berupa produk dan draft paten dengan tingkat kesiapan teknologi pada level 5.