FILLERDEFINISIAdalah material padat dan relatif murah yang digunakan dalam persentase yang cukup besar dalam plastik, elastomer, coating, adhesive, kertas, dll.Pencampuran filler ke plastik ada 2 fasa: Fase Continuous (Matrix) = Polymer Fase terdispersi (Discontinuous Phase) = FillerDiagram Filler

MatriksFasa Diskontinyu /FillerNaturally, filler must interact with the base materialThe filler surface has to more or less come in close contact with the matrix REINFORCEMENTKontak filler dengan matriks

Tujuan Penambahan Filler Menambah volume/berat Menurunkan harga produksi Meningkatkan performa teknis Stiffness Strength Sifat thermal Permeabilitas gas/cairan Sifat elektrik Klasifikasi Filler - Umum Filler Inaktif ditambahkan pada polimer terutama untuk menekan harga agar lebih ekonomis (inert fillers, extenders) Filler Aktif berfungsi untuk memperkuat/ memperbaiki sifat polimer dasarnya (reinforcing agents) Matrix Compatibility

Konsumsi Filler

Pemakaian filler dalam polimer sangat bervariasi antara 0,5 2 % sampai 50 %Aplikasi Filler

Dampak Penambahan FillerPerubahan sifat dasar material sbb:

Sifat permukaan Warna Densitas Mekanik, thermal Shrinkage Koef. pemuaian Konduktivitas Permeabilitas Kristalinitas & Tg

Kriteria Pemilihan Filler

Harga ketersediaan Wettability, Compatibility Pengaruh terhadap sifat alir polimer Sifat-sifat fisika Stabilitas thermal Ketahanan kimia Ketahanan abrasi/wear Keamanan lingkungan (racun/tidak) Kemungkinan proses recyclingSifat Filler dan Panduan PemilihanPendahuluan Ukuran partikel rata-rata konvensional filler: 1-100mm Luas spesifik antara 1 m2/g (contoh CaCO3) 800 m2/g (contoh carbon black)Sifat- sifat Penting Filler Densitas, komersial filler 1,5 - 4,5 g/cm3 dalam bentuk powder bulk density~0,2 g/cm3 perlu handling khusus: split feeding, degassing, surface treatment atau kompaksi Ukuran dan bentuk geometri (aspek rasio) merupakan faktor paling berpengaruh pada sifat mekanik Ukuran & bentuk Geometri Filler

Luas muka spesifik, dalam m2/g (BET) bisa ditentukan dengan metode oil adsorption (OA), untuk memperkirakan secara kasar jumlah min polimer untuk mendispers filler Sifat optik & warna. Brightness quality, purity price ; tetapi dalam warna akhir produk: brightness filler (10x lebih besar) warpage jika digunakan filler dng aspect ratio tinggi Shrinkage Aspect ratio HDT Pengaruh Fillers pada Sifat Thermal Filled Materials

Filled PlasticsSifat Tribologi & Permukaan Kombinasi COF dpt diperoleh dengan penambahan lubricating fillers (MoS2, graphite, PTFE) Plastic + CaCO3 atau BaSO4 Glossy Plastic + treated glass beads atau talc (calcined) atau kaolin scratch resistance Plastic + talc atau kaolin atau silica atau carbonates anti blocking pada plastic film

Filled Plastics - Sifat RheologicalPenambahan filler akan meningkatkan viskositas materialEfek ini dapat dikurangi dengan cara pengukuran yang tepat: Pada konsentrasi filler yang sama, partikel filler dengan ukuran lebih besar dapat mengurangi kenaikan yang terjadi pada viskositas dibandingkan dengan partikel berukuran lebih kecil Filler dengan luas permukaan yang lebih kecil dapat mengurangi kenaikan viskositas dibandingkan dengan filler dengan luas permukaan yang lebih besar Pelapisan permukaan yang sesuai dapat menurunkan viskositas (CaCO3 treated isopropyl-triisostearoyl-titanate dalam campuran PP) Kenaikan pada packaging density (distribusi ukuran partikel yang dioptimasi) dapat menurunkan viskositas

Filled Plastics - Sifat Lain-lain Sifat Electrical Carbon black, graphite, metal filler, glass fiber, aramide resistivity Fatty acid, fatty amines antistatic Barium Ferrite magnetic Sifat Optik Calcination, coating filler atau campuran filler standard pigment characteristic % filler efek pigmentasi (5% talk halus & murni pd PP PP transparan)Pengaruh Fillers lainnya pada Sifat Filled Materials Fillers dapat mempengaruhi performance additives lainnya sepertiblowing agents, flame retardants, impact modifiers, UV-stabilizers, antistatics, compatibilizers in polymer blends, dll. Fillers berakibat pada environmental properties pada sistem seperti recycling, biodegradability dan juga flammability & fire resistance, char yield, smoke parameters dll. Fillers dapat mempengaruhi proses degradasi pada matrix screening the matrix from UV-radiation (carbon black) memperlambat thermal degradation akan tetapi beberapa fillers dalam beberapa kasus (PVC, PA) mampu mempercepat thermal degradation (pengaruhnya tergantung pada kemurnian fillers)Morphology pada Filled Systems Fillers dapat merubah crystallinity polymer (menaikkan atau menurunkan). Fillers dapat mendorong crystallisation pada konsentrasi yang rendah (melalui efek nucleation) dan mengurangi ukuran spherulite. Fillers dapat mendorong chain orientation dan mengakibatkan transcrystallisation(crystallites tumbuh tegak lurus pada permukaan filler).Pengaruh filler terhadap Morfologi

Filler pada PVC

++ sangat baik ~ tdk ada pengaruh- - berefek sangat negatif + baik - efek negatif

Filler pada Polyolefin

Filler pada Styrene Polymer

Filler pada Engineering Polymer

Sistematika pada Sistem Multi Fase Polymer

Fillers pada Thermosets Glass Fibers (digunakan pada thermosets) Carbon dan Aramid Fibers (Digunakan pada resin matrik dengan performance yang tinggi seperti epoxies, PI,) Ground Minerals (Chalk) Al(OH)3 dalam formulasi fire resistant Cellulosic Material (Phenolics & Aminoplastics)Coupling AgentsPrinciples Filler terikat sangat lemah pada plastik Perlu treatment pada permukaan filler yang mendorong terbentuknya ikatan: ikatan kimia, maka bifunctional molecul yg dimasukkan disebut sebagai coupling agents Ikatan fisik, pembentukan coating molekul organik pada filler (wax, stearates)Rule of thumb: T ~ 0,3(Os), berlaku pada coupling agent jenis Silane T = Konsentrasi max treatment pada fillerOs = Luas muka spesifik fillerContoh kinerja silane Ada gap

Unsaturated polyester Dg. Untreated quartz fillerNylon dg. Filler untreated glass

Unsaturated polyester Dg.treated quartz filler dg 1% wt methacrylate functional silaneNylon dengan silane treated glass filler