Jurnal Sains Materi Indonesia Indonesian Journal of Materials Science
Vol. 11, No. 1, Oktober 2009, hal : 10 - 14 ISSN : 1411-1098 Akreditasi LIPI Nomor : 536/D/2007 Tanggal 26 Juni 2007
PENAMBAHAN LATEKS KARET ALAM KOPOLIMER RADIASI DAN PENINGKATAN INDEKS VISKOSITAS MINYAK PELUMAS SINTETIS OLAHAN Meri Suhartini dan Rahmawati Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi(PATIR)-BATAN Jl. Cinere , Kotak Pos 7002 JKSKL, Jakarta 12070
ABSTRAK PENAMBAHAN LATEKS KARET ALAM KOPOLIMER RADIASI DAN PENINGKATAN INDEKS VISKOSITAS MINYAK PELUMAS SINTETIS OLAHAN. Pada penelitian ini, minyak pelumas sintetis hasil olahan (recovery) dan minyak pelumas mineral diberi aditif lateks karet alam-metil metakrilat kopolimer radiasi (kopolimer LKA-MMA) yang telah dibuat larutan dengan konsentrasi bervariasi yaitu 0,25%, 0,70%, 1%, 3%, 5%, 7%, 10%. Hasil analisis indeks viskositas dan viskositas kinematik dibandingkan dengan minyak pelumas komersial yang beredar. Hasil menunjukkan bahwa indeks viskositas minyak pelumas sintetis olahan meningkat lebih dari 50% dengan pemberian 0,25% kopolimer LKA-MMA. Pada konsentrasi penambahan yang sama minyak pelumas mineral HVI 60 meningkat 11%. Pour point minyak pelumas sintetis olahan dan mineral bernilai kurang dari minus 36 yang berarti memenuhi standar Society of Automotive Engineers (SAE). Selain itu angka basa total pada minyak pelumas tersebut meningkat dengan signifikan setelah diberi kopolimer LKA-MMA. Kata kunci : Lateks karet alam, Metil Metakrilat, Kopolimer radiasi, Minyak pelumas sintetis olahan, Indeks Viskositas
ABSTRACT RADIATION COPOLYMER ADDITION AND VISCOSITY INDEX IMPROVEMENT OF RECOVERY SYNTHETIC LUBRICANT OIL. In this study, irradiation copolymer of natural rubber latexmethyl methacrylate ( NRL-co-MMA) was added into recovery synthetic and mineral lubricant oil as samples at concentration of 0.25%, 0.70%, 1%, 3%, 5%, 7%, 10%. The viscosity index and kinematic viscosity of samples were compared to commercial lubricant oils. The results shown that viscosity index of recovery sinthetyc lubricant oil increased more than 50% at 0.25% addition of NRL-co-MMA. At similar addition of NRL-co-MMA, the viscosity index of mineral lubricant oil increased up to 11%. Pour point of samples were less than minus 36, means fulfill the Society of Automotive Engineers (SAE) standard. The total base number of lubricant samples increased significantly by NRL-co-MMA addition. Key words : Natural Rubber Latex, Methyl Methacrylate, Radiation copolymer, Recovery sinthetic lubricant oil, Viscosity index
PENDAHULUAN Pada suhu tinggi, pelumas akan menurun viskositasnya, karena suhu tinggi menyebabkan molekul bergerak lebih cepat sehingga pelumas tersebut menjadi encer. Untuk menghambat turunnya viskositas pelumas karena kenaikan suhu dibutuhkan zat aditif peningkat indeks viskositas untuk menambah kemampuan pelumas dalam mempertahankan viskositasnya terhadap suhu [1]. Dewasa ini telah berkembang teknologi polimer yang dapat memformulasikan polimer sebagai zat aditif untuk peningkat indeks viskositas dari pelumas. Polimer yang biasa digunakan ialah kopolimer olefin, kopolimer stearat dan kopolimer metakrilat, karena ketiga 10
polimer ini mempunyai sifat mengembang pada suhu tinggi [2]. Viskositas semua jenis fluida akan mengalami penurunan dengan adanya kenaikan suhu. Kenaikan suhu ini akan mengakibatkan melemahnya ikatan molekul fluida yang kemudian menurunkan viskositasnya. Pada Gambar 1 ditampilkan hubungan antara perubahan viskositas dengan kenaikan suhu. Perubahan viskositas yang disebabkan pengaruh kenaikan suhu ini merupakan hal yang sangat penting untuk dipertimbangkan pada berbagai jenis penerapan minyak pelumas dalam menghadapi jangkauan suhu yang
Penambahan Lateks Karet Alam Kopolimer Radiasi dan Peningkatan Indeks Viskositas Minyak Pelumas Sintetis Olahan
(Meri Suhartini)
Viskositas kinematika (cSt)
Cara Kerja Pembuatan Kopolimer Lateks Karet Alam-Metil Metakrilat (Kopolimer LKA-MMA) Lateks sebanyak 166,7 g (60% kadar karet kering) ditambah monomer metil metakrilat seberat 50 g. Campuran tersebut diiradiasi dengan sinar- dengan laju dosis 1 kGy per jam selama 10 jam dan selanjutnya kopolimer yang dihasilkan dikeringkan. Suhu oC
Gambar 1. Grafik perubahan Viskositas terhadap kenaikan suhu suatu minyak pelumas
luas. Jika digunakan pelumas mesin yang rendah viskositasnya, maka aktivitasnya untuk melindungi bagian mesin kendaraan pada saat mesin beroperasi akan berkurang. Akan tetapi, jika menggunakan minyak pelumas dengan viskositas terlalu tinggi, akan mendapat kesulitan pada saat menghidupkan mesin atau setidaknya baterai akan bekerja keras memberi suplai arus listrik. Kondisi suhu lingkungan yang terlalu rendah juga akan berpengaruh, karena kondisi viskositas minyak pelumas yang tinggi pada suhu lingkungan yang rendah di pagi hari akan menyulitkan berputarnya mesin [3]. Kondisi ideal dari suatu minyak pelumas mesin adalah memiliki viskositas yang cukup rendah di pagi hari untuk dapat menghidupkan mesin dan cukup tinggi viskositasnya dalam melayani operasi mesin. Secara umum yang diharapkan dari suatu minyak pelumas adalah perubahan viskositas yang sekecil mungkin dengan adanya perubahan suhu yang besar. Pada studi ini digunakan aditif peningkat indeks viskositas yang dibuat dari kopolimer radiasi lateks karet alam dan metil metakrilat. Pelarutan dilakukan dengan beberapa teknik untuk mendapatkan formula yang mempunyai karakteristik optimal sebagai aditif pelumas otomotif.
METODE PERCOBAAN Bahan Lateks karet alam (LKA) diambil dari perkebunan PTPN VIII Bandung. Karet alam ini mempunyai kadar karet kering 60%. Sebagai bahan polimer digunakan bahan metil metakrilat (MMA) teknis. Untuk minyak pelumas digunakan minyak mineral HVI 60, HVI 95 dan minyak pelumas sintetis olahan (dasar dan beraditif). Beberapa bahan pelarut yang digunakan meliputi xilen, aseton dan gliserol.
Sumber Radiasi Sebagai sumber radiasi dipergunakan Iradiator panorama sinar-Co-60 PATIR - BATAN.
PembuatanAditif Peningkat Indeks Viskositas Kopolimer LKA-MMA dilarutkan dalam pelarut antara, yang dilarutkan lagi dalam HVI 60 dengan konsentrasi 10 %. Larutan ini disebut larutan induk. Larutan induk kemudian ditambahkan secara bervariasi yaitu 0,25%, 0,70%, 1%, 3%, 5%, 7% dan 10% pada minyak mineral dan minyak sintetis hasil olahan dasar dan semi dasar.
Penentuan Viskositas Menggunakan Metode Cannon Fenske Routine Untuk menentukan indeks viskositas maka viskositas kinematik perlu diketahui dengan cara mengukur viskositas kinematik dengan metode ASTM D445. Viskometer Cannon-Fenske Routine dimasukkan ke dalam bak yang suhunya ditetapkan pada suhu 40 oC. Sampel dimasukkan ke dalam viskometer dan dipanaskan dalam waterbath pada suhu 40 oC selama 30 menit. Sampel ditarik dengan karet balp sampai di atas tanda batas pertama. Kemudian waktu pengaliran diukur dari batas pertama sampai ke batas kedua tabung viskometer. Percobaan ini dilakukan berulang kali dan dirata-ratakan waktu alirnya. Hal yang sama dilakukan untuk mengukur viskositas kinematik pada 100 oC (dalam waterbath pada suhu 100 oC).
HASIL DAN PEMBAHASAN Dari Tabel 1 dapat dilihat bahwa pada minyak pelumas sintetik olahan terjadi kenaikan indeks viskositas sebesar kurang lebih 73,33%, dengan penambahan 0,25% aditif kopolimer, dan naik sebesar 162% dari kondisi awal tanpa kopolimer, pada penambahan 10% kopolimer. Peningkatan indeks viskositas dengan adanya penambahan kopolimer LKA-MMA ini karena kemampuan kopolimer karet alam MMA untuk berintegrasi masuk ke dalam pelumas sintetis dan memperbaiki sifat fisiko kimia minyak pelumas sintetis olahan tersebut. Indeks viskositas adalah ukuran yang menunjukkan kemampuan pelumas dalam mempertahankan kekentalan terhadap perubahan suhu yang dialami pelumas. Makin tinggi indeks viskositas makin stabil tingkat kekentalannya terhadap perubahan suhu. 11
Jurnal Sains Materi Indonesia Indonesian Journal of Materials Science
Vol. 11, No. 1, Oktober 2009, hal : 10 - 14 ISSN : 1411-1098
Tabel 1. Viskositas Kinetik dan Indeks Viskositas minyak pelumas sintetis hasil olahan yang diberi aditif kopolimer LKA-MMA Aditif KOLAM
Viskositas kin. 40oC (cSt)
Viskositas kin. 100oC (cSt)
Indeks viskositas
0%
24.53071
3.061643
< 90
0.25%
26.14518
5.549505
156
0.70%
27.14752
5.81022
164
1%
28.11161
6.190119
179
3%
36.7425
8.007675
200
5%
48.53346
11.07666
231
7%
67.98358
14.38402
223
10%
116.3411
23.71762
236
Dari data tersebut juga dapat dilihat bahwa viskositas kinematik pada 100 oC mengalami kenaikan sebesar 81,26%, dari semula sebesar 3,06 menjadi 5,55 pada penambahan 0,25% kopolimer LKA-MMA dan naik sebesar 674% pada penambahan 10% kopolimer LKA-MMA. Viskositas kinematik adalah ukuran besarnya tahanan laju alir antara pelumas dan permukaan, artinya makin kental pelumas laju aliran dekat permukaan akan makin lambat atau gaya gesek antara pelumas dan permukaan makin besar. Viskositas yang baik adalah penyesuaian untuk mencapai sirkulasi pelumas yang lancar dalam arti tenaga luar yang diperlukan ringan dan kedua permukaan yang dilumasi bergerak bebas. Pada tabel tersebut juga terlihat bahwa viskositas kinematik pelumas sintetis olahan tersebut berada pada kisaran 24,53 cSt hingga 116,34 cSt pada suhu 40 oC dan 3,06 cSt hingga 23,72 cSt pada suhu 100 oC. Viskositas pelumas sintetis olahan mengalami peningkatan seiring dengan meningkatnya konsentrasi kopolimer LKA-MMA yang ditambahkan. Hal ini disebabkan jumlah molekul kopolimer LKA-MMA yang terkandung dalam pelumas sintetis tersebut semakin banyak sehingga dapat lebih menjaga laju alir pelumas pada saat suhu tinggi. Penambahan kopolimer LKA-MMA sebesar 7% meningkatkan klasifikasi pelumas sintetis olahan dari 0W menjadi 40W menurut standar Society of Automotive Engineering (SAE). Penambahan kopolimer LKA-MMA sebesar 10% mampu meningkatkan klasifikasi pelumas sintetis olahan dari 0W menjadi 60 menurut standar SAE. Nilai viskositas Tabel 2. Viskositas Kinetik dan Indeks Viskositas minyak pelumas sintetis hasil olahan yang diberi aditif komersial dan ditambahi aditif kopolimer LKA-MMA
Aditif Kopolimer
12
Viskositas kin. 40oC (cSt)
Viskositas kin. 100oC (cSt)
Indeks viskositas
0%
170.2459
22.60772
160
0.25%
181.4477
24.23905
164
0.70%
185.3576
24.85731
188
3%
207.019
32.61917
203
5%
299.166
42.84665
201
kinematik pada 100 oC menunjukkan penambahan aditif memberikan hasil yang baik untuk meningkatkan mutu pelumas bekas pakai, yaitu mampu meningkatkan klasifikasi pelumas bekas pakai menurut standar SAE dari 0W hingga klasifikasi SAE 60. Tabel 2 memperlihatkan kenaikan yang tidak terlalu signifikan dari pelumas sintetis olahan yang sudah mendapat tambahan peningkat indeks viskositas komersil, kemudian diberi kopolimer LKA-MMA. Tabel 3 memperlihatkan kenaikan indeks viskositas dari minyak mineral dasar yang diberi kopolimer LKA-MMA. Terlihat bahwa kenaikan cukup signifikan yaitu sebesar 11,11% terjadi pada penambahan 0,25%, dan meningkat sebesar 134,92% pada penambahan kopolimer dengan konsentrasi 10%. Tabel 4 memperlihatkan viskositas kinematik pada 40 oC dan 100 oC dan indeks viskositas dari beberapa pelumas di pasaran. Terlihat bahwa rata-rata pelumas sintetis komersial untuk otomotif berbahan bakar bensin yang beredar di pasaran mempunyai indeks viskositas berkisar antara 180 sampai dengan 191. Pelumas sintetis untuk otomotif yang berbahan bakar diesel mempunyai indeks viskositas berkisar 169. Sedangkan pelumas mineral komersial untuk otomotif berbahan bakar bensin yang beredar di pasaran mempunyai indeks viskositas 148. Tabel 3. Viskositas Kinetik dan Indeks Viskositas minyak lumas HVI 60 yang diberi aditif KOLAM
Aditif KOLAM
Viskositas kin. 40oC (cSt)
Viskositas kin. 100oC (cSt)
Indeks viskositas
0%
24.10395
4.850452
126
0.25%
24.4824
5.091156
140
0.70%
25.27771
5.414766
156
1%
26.62646
5.722041
163
3%
35.39871
8.338659
224
5%
47.12559
11.6364
254
7%
65.03775
16.52137
272
10%
101.8032
26.73327
296
Tabel 4. Viskositas Kinetik dan Indeks Viskositas minyak pelumas HVI 60 yang diberi aditif kopolimer LKA-MMA Sampel Pelumas sintetis A, SAE 10/40 (bensin) Pelumas sintetis B, SAE 10/40 (bensin) Pelumas sintetis C, SAE 10/40 (bensin) Pelumas Mineral A, SAE 20/50 (bensin) Pelumas sintetis D, SAE 15/50 (bensin) Pelumas sintetis E, SAE 15/40 (diesel) Pelumas sintetis F, SAE 20/50 (bensin)
Viskositas kin. Viskositas kin. Indeks 40oC (cSt) 100oC (cSt) viskositas 83.76862
14.37445
180
86.19415
15.09594
186
93.06826
16.05414
186
158.1718
20.12546
148
133.4253
20.77761
181
97.69818
15.51417
169
140.4127
22.60647
191
Penambahan Lateks Karet Alam Kopolimer Radiasi dan Peningkatan Indeks Viskositas Minyak Pelumas Sintetis Olahan
(Meri Suhartini) Jika dilihat dari nilai viskositas kinematik pada 40 oC, pelumas sintetis olahan yang ditambah aditif (Tabel 1) memiliki sifat lebih encer daripada minyak pelumas sintetis komersial merek B, D dan F yang beredar di pasaran. Tetapi viskositas kinematik pada 100 oC minyak pelumas sintetis olahan + 7% aditif kopolimer tidak berbeda dengan pelumas merek B dengan klasifikasi SAE 10/40, dan viskositas kinematik 100 oC minyak pelumas sintetis olahan + 10% aditif kopolimer lebih tinggi dari pelumas merek D dan F dengan klasifikasi SAE 15/50 dan SAE 20/50. Artinya, dalam hal ini viskositas kinematik, pelumas olahan yang ditambah aditif kopolimer LKA-MMA secara kualitas dapat bersaing dengan pelumas yang beredar di pasaran. Tabel 5, Tabel 6 dan Tabel 7 memperlihatkan densitas dan angka basa total dari beberapa sampel yang dianalisis. Dari tabel terlihat, semakin tinggi viskositas dari minyak mineral tersebut maka semakin tinggi pula densitas minyak mineral tersebut. Akan tetapi angka basa total dari minyak mineral tersebut memperlihatkan sebaliknya, dimana semakin tinggi viskositas minyak mineral tersebut maka semakin rendah Tabel 5. Angka basa total minyak mineral
Sampel
Densitas (g/ml)
TBN
HVI 60
0.854
62.52
HVI 95
0.8616
38.43
HVI 160
0.8669
35.5
HVI 650
0.8732
33.27
Tabel 6. Angka basa total minyak mineral yang diberi aditif kopolimer LKA-MMA Aditif
Densitas (g/ml)
TBN
0%
0.854
62.52
0.25%
0.856
64.03
0.70%
0.8588
65.72
1%
0.86
67.25
3%
0.8647
74.12
5%
0.8665
76.5
7%
0.8671
77.48
10%
0.8677
77.95
Tabel 7. Angka basa total minyak pelumas sintetis olahan yang diberi aditif kopolimer LKA-MMA Aditif
Densitas (g/ml)
TBN
0%
0.844
13.73
0.25%
0.86
17.5
0.70%
0.8636
23
1%
0.8656
27.18
3%
0.8672
54.9
5%
0.8688
63.14
7%
0.87
66.3
10%
0.872
67.95
Tabel 8. Pour point dari beberapa jenis minyak pelumas yang diberi aditif kopolimer karet alam MMA Pour point
No
Jenis sampel
1
HVI 60+ 1% Kopolimer LKA-MMA
-24
2
HVI 60+ 7% Kopolimer LKA-MMA
Below -36
3
Minyak sintetis olahan Minyak sintetis olahan + 1% Kopolimer LKA-MMA Minyak sintetis olahan + 7% Kopolimer LKA-MMA
Below -36
4 5
ASTM D 97
Below -36 Below -36
angka basa totalnya. Angka basa total (Total Base Number, TBN) adalah kemampuan pelumas untuk menetralisir asam kuat (sulfat) yang terjadi dari proses perubahan dalam silinder, begitu pula dalam pendinginan gas hasil pembakaran tidak menyebabkan korosi permukaaan silinder, piston dan ring. Angka TBN pada minyak olahan lebih rendah dari pada pelumas baru karena sebagian besar telah digunakan untuk menetralisir asam-asam yang terbentuk atau untuk menghancurkan kotoran. Dengan mengukur Angka TBN dapat diketahui kemampuan pelumas yang telah beberapa kali diolah untuk dapat dipergunakan kembali sebagai pelumas otomotif. Tabel 8 memperlihatkan pour point dari minyak pelumas yang telah diberi aditif kopolimer LKA-MMA. Pour point adalah suhu terendah pelumas dengan kemampuan alir yang baik yang berhubungan dengan daerah pemakaian atau kondisi kerja. Dari tabel terlihat bahwa nilai pour point pada beberapa sampel yang diberi aditif masih memenuhi standar internasional yang ditetapkan.
KESIMPULAN Penambahan kopolimer LKA-MMA pada minyak pelumas sintetis olahan memberikan peningkatan indeks viskositas lebih tinggi dibandingkan penambahan kopolimer LKA-MMA tersebut pada minyak mineral. Angka basa total pada minyak pelumas sintetis olahan meningkat secara signifikan dengan adanya penambahan kopolimer LKA-MMA. Hasil uji pour point pada minyak pelumas sintetis olahan, setelah diberi kopolimer LKA-MMA, memenuhi standar internasional yang ditetapkan.
DAFTAR ACUAN [1]. [2].
[3].
A. CHAPIRO, Radiation Chemistry of Polymer System, Jhon Wiley & Sons Inc, New York, (1962) GUNAWAN, Pemanfaatan Radiasi Pada Proses Polimerisasi Metil Metakrilat Sebagai Penguat Beton, Universitas Nusa Bangsa, Bogor, (1999) P. E. LESTARI, Pengaruh Penggilingan Terhadap Sifat Fisik dan Mekanik Campuran Karet Alam 13
Jurnal Sains Materi Indonesia Indonesian Journal of Materials Science
[4].
14
Iradiasi Polimetil Metakrilat dan Karet Alam Polimetil Metakrilat Kopolimer, Akademi Kimia Analis, Bogor, (1991) A. MULYANA dan E.W. TJAHYONO, Penelitian Teknologi Proses Pembuatan Polyester Sebagai Bahan Dasar Minyak Lumas Sintetik, Prosiding Seminar Teknologi untuk Negeri 2003 III, (2003) 165 - 175
Vol. 11, No. 1, Oktober 2009, hal : 10 - 14 ISSN : 1411-1098
[5].
[6].
[7].
NURSIAH, Studi Sintetis Aditif Peningkat Indeks Viskositas Pelumas dari Kopolimer LKA-Stiren dengan Jumlah Inisiator dan Lama Proses, Program Pasca Sarjana UI, Depok, (2004) A. PERDANA, Optimasi Kopolimer LKA-g-MMA sebagai Aditif Peningkat Indeks Viskositas Dalam Minyak Pelumas, FMIPA UI - Depok, (2005) SYED Q.A. RIZVI, Lubricants Additive and Their Function, ASM Hand Book, Northwestern University, 18 (1993) 109
