Potensi Elastomer Termoplastik Getah Asli Berprestasi Tinggi untuk Aplikasi Industri melalui Penyinaran Gama

Penulis: Dr. Siti Aisyah Shamsudin

Pensyarah Kanan,
Program Sains Bahan Jabatan Fizik Gunaan
Fakulti Sains dan Teknologi Universiti Kebangsaan Malaysia

Elastomer termoplastik (TPE) ialah bahan yang menggabungkan dua sifat serentak, iaitu sifat lembut dan keras yang masing-masingnya berasal daripada segmen termoplastik dan elastomer. Dalam pelbagai jenis elastomer, getah asli ialah bahan yang bersifat biodegradasi yang menawarkan alternatif mesra alam berbanding getah sintetik yang diperoleh daripada pokok Hevea brasiliensis. Getah asli (GA) mempunyai sifat mekanikal melalui sifat lenturan yang sangat baik untuk pelbagai aplikasi seperti bio-komposit mesra alam, produk marin, industri tayar, penebat getaran, perlindungan struktur daripada gempa bumi dan lain-lain. Namun demikian, beberapa sifat getah asli (GA) seperti sangat sensitif terhadap perubahan cuaca dan mempunyai kerintangan terhadap minyak yang terhad berbanding getah sintetik [1] telah menghadkan penggunaannya dalam banyak aplikasi. Getah asli dikategorikan sebagai polimer yang mampu ditingkatkan sifat mekanikal dengan menghasilkan ikatan taut silang kerana getah asli mengandungi ikatan berganda dalam struktur asas cis-1,4-polisoprena (PI).

Getah asli yang wujud dalam bentuk cecair yang dikenali sebagai lateks getah asli (LGA), iaitu merupakan taburan koloid berakuas yang terdiri daripada rantai poliisoprena (PI) panjang sebagai teras dan satu membran monolapisan yang terdiri daripada lipid dan protein. Penghasilan TPE daripada campuran atau adunan GA dan polimer yang bersifat semikristal seperti polistirena (PS) telah menarik perhatian sejak beberapa tahun lalu kerana PS menawarkan kekakuan tinggi dan murah, manakala GA memberikan keanjalan tinggi dan sifat rintangan lelasan yang baik. Namun begitu, walaupun adunan GA/PS menunjukkan peningkatan dalam kekuatan, namun adunan GA/PS merupakan adunan yang tidak boleh larut (immiscible) sesame fasa lalu membentuk larutan yang tidak serasi. Hal ini dibuktikan melalui kehadiran dua suhu peralihan kaca (Tg). Masalah ketidakserasian ini boleh menyebabkan pemisahan fasa dan seterusnya menurunkan sifat mekanikal dan terma adunan tersebut.

Penemuan kopolimer blok (BCP) sebagai polimer yang diadunkan bersama GA memberikan peningkatkan keserasian untuk sistem adunan LGA/BCP. BCP terdiri daripada monomer yang berbeza dalam satu polimer yang terdiri daripada segmen kaca (plastik) dan segmen lembut (elastomer), dan mampu untuk lakukan penyusunan kendiri (self-assembly) sebagai pasangan polimer. Didapati kopolimer diblok linear AB terdiri daripada blok monomer A dan B yang berbeza. Dimana, blok A boleh melarut (miscible) dalam polimer A’ dan manakala blok B boleh melarut dalam polimer B’. Selain itu, kopolimer blok A–B boleh dilarut dalam sesuatu pelarut yang dikelaskan sebagai pelarut baik atau selektif, bergantung kepada sejauh mana pelarut tersebut mengembangkan mikrodomain kopolimer tersebut. Secara umum, pelarut baik tersebar diantara mikrodomain A dan B serta mengurangkan interaksi diantara blok A/B. Pengembangan kedua-dua blok memberikan mobiliti yang mencukupi kepada rantaian polimer untuk tersusun semula dan membolehkan salah satu blok berinteraksi dengan polimer yang ingin diadun dan bertindak sebagai agen penserasi. Manakala pelarut selektif untuk blok A, hanya mampu mengembagkan blok A manakala blok B cenderung untuk mengecut pada mikrodomain masing-masing (Rajah 1)[2,3].

Selain itu, ciri penyusunan kendiri yang unik dalam BCP dapat mengurangkan pemisahan fasa semasa proses pengadunan dilakukan. Selalunya proses penghasilan polimer adunan memerlukan agen penserasi yang lain, namun didapati polimer blok polistirena- blok-isoprena-blok-polistirena, PS-PI-PS (SIS) yang diadunkan bersama GA turut bertindak sebagai penserasi. Oleh itu, SIS dipilih untuk diadunkan bersama LGA kerana mempunyai segmen bersifat keras polistirena (PS) dan segmen bersifat lembut poliisoprena (PI). Selain itu, PI mempunyai struktur kimia yang hampir sama dengan GA, iaitu cis-1,4-poliisoprena, sekali gus menjadikannya sesuai dari segi keterlarutan fasa serta lebih ekonomi dari segi pemprosesan [4].

Telah diketahui bahawa kehadiran taut silang mampu mengubah getah menjadi kuat dan tidak melekit dalam masa yang sama dapat mengekalkan sifat lembut dan kelenturannya. Taut silang bagi adunan GA atau LGA melalui kaedah penyinaran gama telah digunakan sebagai kaedah alternatif kepada kaedah peroksida atau sulfur kerana proses taut silang ini menawarkan kuasa penembusan ion yang tinggi, proses yang cepat serta mesra alam. Menjadikan polimer adunan yang lebih homogen dan bersih tanpa mengsilkan bahan buangan kimia yang boleh memberikan kesan kepada persekitaran dan hidupan. Kaedah ini menggunakan mekanisme radikal bebas untuk mencetuskan beberapa tindak balas dalam GA atau LGA. Disebabkan kehadiran ikatan berganda dalam cis-1,4-PI, maka rantaian utama GA boleh mengalami pemutusan (scission), pembentukan cabang (branching), atau taut silang (crosslinking) pada Rajah 2 dengan mengawal dos sinaran yang turut memberikan sifat reologi baharu buat polimer adunan tersebut [4].

Didapati juga polimer adunan yang disinari gama tanpa vakum menghasilkan interaksi dengan oksigen di udara lalu memberikan sifat mekanikal yang lebih rendah berbanding proses sinaran terhadap polimer adunan yang dilakukan dalam keadan vakum. Oleh itu, sifat homogen bagi polimer adunan LGA/SIS dipertingkat dan taut silang dihasilkan tanpa gangguan proses pengoksidaan di udara. Oleh itu, adunan GA/SIS dengan kadar dos yang rendah dapat menghasilkan sifat mekanikal dan ketahan suhu yang optimum dengan mengurangkan kos pengeluaran. Dimana, sifat mekanikal polimer adunan ini juga turut dipacu oleh ciri viskoelastiknya. Peningkatan perubahan sifat pada viskoelastik polimer adunan yang terdedah kepada sinaran gama merupakan petunjuk yang sangat baik terhadap keupayaan bahan polimer adunan ini untuk mengekalkan ketahanan mekanikal yang memerlukan jangka hayat yang lama untuk sesuatu aplikasi (Rajah 3). Hal ini kerana viskoelastik sesuatu polimer bergantung pada struktur molekul yang ditentukan oleh ikatan kimia dan panjang rantaian, serta morfologi yang ditentukan oleh komposisi fasa kristal dan amorfus serta ciri-ciri diantara muka [1].

Rujukan

1-Nurul Hakimah Lazim, Norsyahidah Mohd Hidzir, Naim Syauqi Hamzah, Takenaka Mikihito, Siti Aisyah Shamsudin. The effects of the cross-linking mechanism of low doses of gamma irradiation on the mechanical, thermal, and viscoelastic properties of the natural rubber latex/poly(styrene-block-isoprene-block-styrene) block copolymer Journal Polymer Engineering C Science. 2022, 62 (1),185-200. 

2-Siti Aisyah Shamsudin,Takenaka Mikihito, Hasegawa Controlling
Ordered Structures of PS–b–P2VP Block Copolymer Thin Film by Tuning Solvent Evaporation Rate. Macromolecular Symposia. 2017, 371 (1), 75-83.

3-Siti Aisyah B. Shamsudin, Go Sakaguchi, Mikihito Takenaka, Hirokazu Hasegawa. Influence of Temperature and Type of Solvents on the Microdomain Orientation of PS-b- P2VP Ultrathin Films by Solvent Macromolecular Symposia. 2013, 327 (1), 72-79. 

4-Nurul Hakimah Lazim, Siti Aisyah Shamsudin, Norsyahidah Mohd Mechanical and thermal studies on modified 50/50 natural rubber latex/poly(styrene-block- isoprene-block-styrene) blend by gamma irradiation and comparison with sulphur and peroxide vulcanization methods. Journal Radiation Physics and Chemistry. 2023, 207, 110857.