Self healing polymers

Admin akan menyempurnakan dan memindahkan artikel pada blog ini  secara bertahap ke : 
http://materimentor.blogspot.co.id/

Key Word : Polymer, Self Healing, Material, Microcapsule


1.   Ide Dasar Self-Healing

Ide dari self healing material timbul ketika manusia memperhatikan bagian tubuh dari makhluk hidup baik itu hewan ataupun tumbuhan. Pada makhluk hidup sel-sel yang terluka dapat menyembuhkan dan meregenerasi dirinya sendiri ketika terjadi kerusakan. Hal yang paling mendasar pada ide self healing polimer ini adalah mengacu pada kemampuan sel-sel makhluk hidup untuk menyembuhkan luka seperti akibat goresan yang dilakukan oleh sel trombosit pada manusia dan fungsi dari getah pada tumbuhan.

Gambar 1. Penyembuhan luka pada sel hewan

Material yang dapat meregenerasi dirinya sendiri akan memperpanjang umur penggunaan dari material tersebut. Kemampuan memperbaiki dan meregenerasi  diri sendiri akan mengakibatkan material mampu mengatasi kerusakan yang timbul pada dirinya sehingga material tersebut akan mampu digunakan dengan jangka waktu yang relatif lebih lama dibandingkan dengan material biasa yang tidak mampu menyembuhkan dirinya sendiri.

Self healing polymer dapat dibedakan berdasarkan healing agentnya yaitu material yang digunakan atau berfungsi sebagai agen yang sanggup meregenerasi polymer tersebut. Berdasarkan healing agent self healing polymer dibedakan menjadi dua jenis yaitu liquid phase healing agent dengan agen penyembuhnya berupa liquid yang biasanya adalah pelarut dan solid phase healing agent yang menjadi agen penyembuhnya dengan phasa solid.

2.  Liquid Phase Healing Agent

Model dari liquid phase healing agent adalah diinspirasi dari kemampuan penyembuhan sel pada hewan yang sanggup menyembuhkan diri dengan menggunakan trombosit yang berfasa cair.

Gambar 2. Skema penutupan luka pada sel hewan

Inspirasi penutupan luka dengan mengguanakan sel darah yang berupa cairan digunakanlah katalis sebagai matriks dari komposit pada polimer yang akan dijadikan self healing polimer. Penempatan matriks katalis ini diharapkan akan sanggup menutup luka pada polimer ketika terkena goresan  dengan mengasumsikan ketika polimer kesayat atau mengalami kerusakan, kerusakan ini akan memecah matriks katalis sehingga pelarut keluar dan menutupi kerusakan yang akan menyebabkan polimer di seitar tempat terjadi kerusakan akan bereaksi akibat inisiasi oleh katalis sehingga polimer akan sanggup menyembuhkan dirinya sendiri.

Gambar .Penyambuhan polimer PCs oleh katalis NaCO₃

Penempatan matriks katalis memeliki beberapa tipe diantaranya adalah :

a                     2.1 Microcapsule/ROMP Systems

Sistem penempaan katalis dengan menggunakan microcapsul adalah dengan dengan membungkus katalis menggunakan kapsul-kapsul berukuran mikro yang kemudian ditempatkaan pada polimer sebagai matriks.

Gambar 3. Skema penyembukan pada microcapsul system

Sistem microkapsul ini sanggup memperbaiki polimer ketika terjadi kerusakan. Penyembuhan diri pada suhu kamar menghasilkan 45% penyembuhan pada 80◦ C meningkat pemulihan ke lebih dari 80 %. Sistem dengan microcapsul ini memiliki kelebihan yaitu dengan lebih mudahnya membuat microkapsul polimer dibandingkan sistem yang lainnya tetapi sistem ini juga memiliki kelemahan yaitu tingkat penyembuhan yang lebih kecil dibandingkan dengan sistem lainnya yang diakibatkan oleh microkapsul yang ukuran mikro dan tersebar di dalam polimer dengan mengandung jumlah katalis yang sedikit untuk setiap mikrokapsulnya sehingga ketika terjadi kerusakan katalis yang merupakan agen yang akan memperbaiki kerusakan tersebut berjumlah sedikit sehingga tingkat penyembuhannyapun lebih sedikit. Pada suhu yang relatif lebih tinggi kemempuan penyembuhannya meningkat karena  suhu membantu reaksi pembentukan ikatan polimer baru, tetapi pada suhu yang sangat tinggi malah akan merusak seluruh bagian polimer karena polimer yang umumnya menggunakan agent phase merupakan polier jenis termoplastik sehingga tidak memilikimketahanan panas yang tinggi.

                  2.1 Hollow tubes or fibers

Sistem penempaan katalis dengan menggunakan hollow tube or fiber adalah dengan dengan membungkus katalis menggunakan tabung berukuran mikro yang ditempatkaan pada polimer sebagai matriks.

Gambar 4. Skema penyembukan pada hollow tube atau fiber system

Sistem hollow tube ini sanggup memperbaiki polimer ketika terjadi kerusakan. Penyembuhan diri pada suhu kamar menghasilkan 88%. Sistem dengan hollow tube ini memiliki kelebihan yang lebih baik dari sistem microcapsul, yang disebabkan oleh bentuk matriks penyimpan katalis berbentuk tabung sehingga jumlah katalis yang akan membantu polimer untuk menutupi kerusakan jauh lebih banyak datipada sistem microcapsul sehingga sanggup menyembuhkan kerusakan dengan lebih baik, serta matriks memiliki luas penampang yang lauh lebih besar daripada sistem microcpsul sehingga kemungkinan matriks akan ikut tersayat ketika terjadi kerusakan akan lebih besar dibandingkan dengan sistem micricapsul. Pada suhu yang relatif lebih tinggi kemempuan penyembuhannya meningkat karena  suhu membantu reaksi pembentukan ikatan polimer baru, tetapi pada suhu yang sangat tinggi malah akan merusak seluruh bagian polimer karena polimer yang umumnya menggunakan agent phase merupakan polier jenis termoplastik sehingga tidak memilikimketahanan panas yang tinggi.

                  2.3 Microvascular network

Sistem penempaan katalis dengan menggunakan microvascular network adalah dengan dengan membungkus katalis menggunakan tabung berukuran mikro dengan sistem tabung yang saling berhubungan yang ditempatkaan pada polimer sebagai matriks, sistem ini meniru dari jaringan penyembuhan dari makhluk hidup.

Gambar 5. Skema penyembukan pada microvascular network system

Sistem microvascular network ini merupakan pengembangan dari sistem hollow tube sehingga memiliki tingkat penyembuhan yang sangat baik yang dikarenakan banyaknya kaalis yang akan membantu dalam memperbaiki kerusakan dengan jumlah yang banyak serta menambah luas permukaan matriks yang ditempatkan pada polimer sehingga meningkatkan kemungkinan ikut terpotongnya matriks berisi katalis ketika terjadi kerusakan. Dibalik kelebihannya yang sangat banyak sistem microvascular network ini memiliki kelemahan yaitu kesulitan untuk mensintesis bahan karena kesulitan dalam membuat matriks berbentuk tabung yang saling berhubungan satu sama lain.

    3  Solid Phasa Agent (Heat Active)

Solid phasa agent ini terinspirasi dari kemempuan tulang pada sel hewan yang mampu menyembuhkan dirinya sendiri. Sistem solid phasa agent ini menggunakan agen penyembuhan dalam phasa padat dan sering dikatakan sebagai heat active karena kemampuan penyembuhannya akan aktif ketika adanya pengaruh panas.

Penggunaan solid phasa ini memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan menggunnakan pasa liquid peningkatan stabilitas karena penghapusan fase cair sehingga ketahanan terhadap panas yang lebih tinggi.

Sistem yang digunakan dalam solid phasa dapat dibedakan menjadi dua yaitu thermally remendable yang menggunakan ikatan lemah pada polimer sebagai agen penyembuhan dan campuran thermoplastic dan termoset yang memanfaatkan sifat thermoplastic yang kurang tahan terhadap panas  untuk menyembuhkan  kerusakan yang terjadi.

a.                    3.1 Thermally remendable

Sistem ini menggunakan ikatan lemah pada gues polimer yang ditempatkan pada host polimer sehingga ketika host polimer terpotong maka gues polimer yang akan terputus bukanlah host polimernya karena memiliki ikatan yang lebih lemah dan ketika terjadi peningkatan temperatur maka gues polimer tersebut akan bersambung lagi dengan gues polimer lain yang masih bebas.

Gambar 8. Skema penyembuhan sistem Thermally remendable

b.                         3.2 Campuran thermoplastic / termoset

Sistem dengan mencampurkan anatara thermoset dengan thermoplastik adalah dengan memanfaatkan sifat thermoplastik  yang tidak tahan panas untuk menyembuhkan kerusakan pada polimer. Polimer denga sitem pencampuran thermo plastik dan thermoset ini ketika mengalami kerusakan kemudian dipanaskan maka thermo plastik akan mengalami melting sehingga mengisi ruang kosong pada bagian kerusakan tersebut sehingga terisi dan ketika suhu kembali turun maka polimer akan mengeras kembali seperti semula.

   4. Aplikasi dari Self Healing Polymer

Penerapan dari self healing polimer sangat bermanfaat sekali diantaranya adalah sebagai pelapis satelit luar angkasa sehingga kerusakan kecil yang terjadi pada satelit akan sanggup diperbaiki oleh dirinya sendiri atau bahkan dapat dikembangkan ban kendaraan yang sanggup menyembuhkan dirinya sendiri sehingga ketika mengalami kebocoran akan sanggup menambal dirinya sendiri.

DAFTAR PUSTAKA

Akram, Muhammad N. 2011. Self-Healing Polymers as Smart Materials (A Theoretical Overview). Islamabad : Institute of Space Technology (IST).

R. P. Wool and K. M O’Connor, ‘‘Craze Healing in Polymer Glasses’’, Polym. Eng. Sci., 1981, 21, 970–977.

M. R. Kessler, N. R. Sottos and S. R. White, ‘‘Self-healing Structural Composite Materials, Composites, Part A: Appl. Sci. Manuf., 2003, 34(8), 743–753.