Ketika Plastik Bertemu Radiasi: Menguatkan atau Merusak?

Oleh: Nayla Uzma Ardhiyanto *), Anjar Anggraini Harumningtyas **), dan Bidhari Pidhatika ***)

Polimer: Si Ringan yang Serba Bisa

Apakah Anda pernah melihat benda-benda berbahan dasar plastik dalam suatu fasilitas yang terpapar radiasi, seperti kemasan alat medis yang disterilkan, kabel-kabel pada fasilitas radiografi, maupun komponen wahana antariksa? Banyak di antaranya tersusun atas bahan polimer. Dalam percakapan sehari-hari, istilah polimer sering disamakan dengan “plastik”, meskipun sebenarnya polimer adalah kelompok material yang sangat luas.

Polimer merupakan molekul berantai panjang yang tersusun dari unit-unit kecil berulang, mirip untaian karet gelang yang disambung terus-menerus (Ashfaq dkk., 2020). Beberapa jenis polimer yang paling sering digunakan adalah polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polytetrafluoroethylene (PTFE atau teflon), dan polyether ether ketone (PEEK) (Azevedo dkk., 2025).

Sifatnya yang ringan, mudah dibentuk, tahan korosi, relatif murah diproduksi, serta memiliki sifat isolator listrik yang baik membuat polimer digunakan secara luas dalam berbagai bidang, seperti alat kesehatan sekali pakai, kabel, pipa, komponen elektronik, hingga bagian struktural pesawat antariksa. Bahkan, beberapa periset material menyebut polimer sebagai “the mother of all materials”.

Menariknya, teknologi radiasi kini juga dimanfaatkan untuk meningkatkan nilai tambah sampah plastik melalui proses daur ulang. Di Indonesia, upaya ini dilakukan melalui kolaborasi BRIN dan industri dalam negeri sebagai bagian dari inisiatif NUclear TEChnology for Controlling Plastic Pollution (NUTEC Plastics) yang didukung oleh IAEA (IAEA Newscenter, 2025).

Dua Efek Radiasi: Menguatkan atau Merapuhkan

Ketika radiasi pengion (seperti sinar gamma, sinar-X, berkas elektron, atau neutron) menabrak material polimer, energi radiasinya akan berinteraksi dengan atom dan molekul penyusun polimer. Interaksi ini menyebabkan terbentuknya radikal bebas, yaitu molekul atau fragmen molekul yang sangat reaktif. Radikal bebas inilah yang kemudian memicu salah satu dari dua reaksi berikut (Ashfaq dkk., 2020).

1) Ikatan silang (crosslinking) terjadi ketika radikal bebas dari satu rantai polimer “berjabat tangan” dengan radikal bebas dari rantai di sebelahnya, sehingga terbentuk ikatan baru yang menghubungkan keduanya. Proses ini membentuk jaringan polimer yang lebih kuat, meningkatkan kekuatan mekanik, ketahanan panas, dan ketahanan kimia material. Secara sederhana, proses ini dapat dianalogikan seperti beberapa tali yang semula terpisah kemudian diikat menjadi satu jaring yang lebih kokoh (Ashfaq dkk., 2020).

2) Pemutusan rantai (chain scission) adalah kebalikannya: radiasi justru memutus rantai polimer menjadi potongan-potongan yang lebih pendek. Massa molekulnya turun, materialnya menjadi getas, kekuatan tariknya berkurang, dan warnanya dapat berubah akibat oksidasi (Hasan, 2024). Jika proses ini berlangsung terus-menerus, material bisa kehilangan elastisitas, menjadi rapuh, bahkan retak selama masa pakainya.

Kedua mekanisme ini sebenarnya berlangsung bersamaan pada hampir semua polimer yang terpapar radiasi (Naikwadi dkk., 2022). Yang membedakan hasil akhirnya adalah mekanisme mana yang lebih dominan, dan bergantung pada jenis polimer, dosis radiasi, laju dosis, lama paparan, suhu, serta ada atau tidaknya oksigen di lingkungan sekitar.

Dosis radiasi merupakan faktor penting, tetapi bukan satu-satunya penentu “nasib”
Secara umum, banyak orang menganggap bahwa dosis radiasi yang rendah selalu bermanfaat, sedangkan dosis yang tinggi selalu merusak. Namun, respons polimer terhadap radiasi tidak sesederhana itu. Efek radiasi bergantung pada keseimbangan antara proses crosslinking, chain scission, dan reaksi oksidasi yang terjadi selama iradiasi.

Selain dosis, struktur kimia polimer, kondisi lingkungan, serta formulasi material, seperti penambahan antioksidan, penstabil, pigmen, dan bahan pengisi, juga berperan dalam menentukan respons polimer terhadap radiasi. Oleh karena itu, material yang menunjukkan ketahanan baik pada atmosfer inert, seperti nitrogen atau argon, belum tentu memberikan respons yang sama ketika digunakan di udara yang mengandung oksigen (Naikwadi dkk., 2022).

Sebagai contoh, pada banyak kondisi, polyethylene (PE) umumnya cenderung mengalami ikatan silang (crosslinking), sedangkan polypropylene (PP) lebih rentan terhadap pemutusan rantai (chain scission ) dan penggetasan yang menyebabkan penurunan sifat mekanik. PTFE juga bukan bahan yang dapat begitu saja diberi label “paling tahan radiasi”; karena iradiasi PTFE di udara bahkan dimanfaatkan secara komersial untuk memecah rantainya menjadi bubuk mikro (Lyon, 1995; Oshima dkk., 2020).

Polimer berstruktur aromatik seperti polyether ether ketone (PEEK) dan polyimide (PI) sering dipertimbangkan untuk lingkungan berat karena struktur kimianya relatif stabil, tetapi tetap harus diuji sesuai kondisi pemakaian. Meskipun demikian, ketahanan kedua material tersebut tetap perlu dievaluasi sesuai dosis, jenis radiasi, dan kondisi penggunaannya karena respons setiap polimer dapat berbeda (Azevedo dkk., 2025).

Dari ruang operasi: Dosis 25 kGy yang menjadi standar dunia

Di bidang kesehatan, sterilisasi alat medis sekali pakai umumnya menggunakan dosis acuan 25 kGy untuk mencapai Sterility Assurance Level (SAL) sebesar 10⁻⁶, artinya dari satu juta produk yang disterilkan, hanya boleh ada maksimum satu yang masih mengandung mikroba hidup. Dosis tersebut telah menjadi acuan dalam proses sterilisasi radiasi sesuai ISO 11137-2:2013 dan diterapkan secara luas pada berbagai alat kesehatan, seperti alat bedah, spuit, implan, dan biomaterial medis (Fu dkk., 2021; Hendry, 2007).

Menariknya, tujuan sterilisasi saat ini bukan hanya membunuh mikroorganisme. Materialnya juga harus tetap mempertahankan bentuk, kekuatan, transparansi, dan keamanan kimia setelah penyinaran, sesuatu yang secara khusus diatur dalam dokumen IAEA tentang sterilisasi radiasi jaringan cangkok, yang menjelaskan bagaimana dosis sterilisasi harus divalidasi tanpa mengorbankan jaringan yang disterilkan.

Saat pandemi COVID-19 di Indonesia, tim peneliti Badan Tenaga Nuklir Nasional (sekarang BRIN) menguji dosis sterilisasi untuk alat pelindung diri (APD) bekas pakai berupa baju hazmat. Dengan mengukur beban mikroba (bioburden) rata-rata sebesar 4.216 CFU pada sampel APD, mereka menetapkan dosis sterilisasi sebesar 27,2 kGy untuk mencapai SAL 10⁻⁶ (Fitriana dkk., 2021). Studi ini menegaskan bahwa pemilihan dosis radiasi tidak bisa asal tinggi, namun dosis harus cukup untuk membunuh mikroba, tetapi tetap memperhitungkan agar bahan polimer APD tidak mengalami degradasi berlebihan.

Kabel reaktor yang diuji hingga ratusan kilo Gray
Dalam industri nuklir, tuntutan terhadap performa material jauh lebih tinggi dibandingkan aplikasi medis. Kabel listrik dan material isolasi pada pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) merupakan komponen keselamatan yang dirancang memiliki keandalan tinggi selama sedikitnya 40 tahun masa operasi, bahkan banyak PLTN saat ini menjalani program perpanjangan umur operasi hingga 60–80 tahun. Kabel tersebut harus tetap mempertahankan integritas mekanik dan elektrik selama operasi normal maupun ketika terjadi kondisi kecelakaan yang melibatkan paparan radiasi dan temperatur tinggi (Liu dkk., 2021).

Untuk mengevaluasi ketahanan material terhadap radiasi dosis tinggi, Plaček dkk. (2003) menguji kabel berbahan PVC, PE, dan XLPE menggunakan radiasi gamma Co-60 hingga dosis kumulatif 590 kGy. Riset terbaru pada kabel XLPE dan EPR (ethylene propylene rubber) turut mengonfirmasi bahwa laju dosis tetap memengaruhi laju degradasi walaupun dosis totalnya sama (PNNL, 2023). Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa paparan radiasi menyebabkan penurunan sifat mekanik dan stabilitas termo oksidatif pada material PVC dan PE, sedangkan XLPE menunjukkan ketahanan yang lebih baik terhadap degradasi radiasi. Temuan tersebut menjadi salah satu dasar dalam proses kualifikasi material kabel yang digunakan pada sistem keselamatan PLTN.

Studi lain terhadap isolasi kabel berbahan etilena vinil asetat (EVA) untuk aplikasi PLTN menguji paparan radiasi gamma pada rentang dosis 0–1500 kGy dengan suhu penuaan 55 °C dan 85 °C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa laju degradasi material lebih dipengaruhi oleh temperatur dibandingkan laju dosis radiasi, karena suhu yang lebih tinggi mendorong terjadinya mekanisme ikatan silang (cross-linking) yang dapat menghambat degradasi oksidatif pada EVA (Przybytniak dkk., 2015).

Diuji langsung di luar angkasa

Sementara itu, dalam teknologi antariksa, polimer menghadapi radiasi kosmik yang jauh lebih ganas: sinar kosmik galaktik dan partikel energi tinggi dari matahari. Salah satu bukti paling meyakinkan datang dari eksperimen langsung di International Space Station (ISS). Tim peneliti dari Universitas Roma Tor Vergata memasang pelindung berbahan Kevlar dan polietilena di modul Columbus milik ISS, lalu mengukur radiasi yang menembusnya. Hasilnya, lapisan pelindung setebal 10 g/cm2 mampu menurunkan laju dosis radiasi sebesar 322 persen dan laju dosis ekuivalen (yang memperhitungkan dampak biologis radiasi) sebesar 554 persen dibandingkan tanpa pelindung sama sekali (Narici dkk., 2017). Data ini menjadi rujukan penting karena diukur langsung di luar angkasa, bukan sekadar simulasi laboratorium.

Riset lanjutan menunjukkan bahwa pengembangan komposit berbasis polimer terus diupayakan untuk meningkatkan efektivitas perlindungan sekaligus memperpanjang umur pakai material di lingkungan antariksa. Studi pada polyimide, polimer aromatik berkinerja tinggi yang juga dipakai sebagai insulasi kabel bersuhu tinggi, menunjukkan bahwa iradiasi elektron dapat mengubah struktur dan performa perlindungannya, mendorong pengembangan komposit berbasis track membrane untuk aplikasi antariksa (Cherkashina dkk., 2022).

Sementara itu, tinjauan atas berbagai pendekatan nanomaterial dan filler dalam matriks polimer, termasuk penggunaan polimer performa tinggi seperti PTFE dan PEEK menegaskan bahwa optimalisasi desain material tetap menjadi fokus utama untuk meningkatkan efektivitas perlindungan radiasi tanpa menambah beban struktural wahana antariksa (Thibeault dkk., 2015).

Penelitian lainnya juga menunjukkan bahwa pengembangan material pelindung radiasi semakin mengarah pada komposit berbasis polimer dengan penambahan berbagai filler serta penggunaan polimer berkinerja tinggi seperti polietilena (PE), polyimide (PI), polydimethylsiloxane (PDMS), dan polyether ether ketone (PEEK). Pendekatan ini bertujuan meningkatkan efektivitas perlindungan terhadap radiasi kosmik sekaligus mempertahankan sifat mekanik dan memperpanjang umur pakai material pada lingkungan antariksa (Toto dkk., 2024).

Dari ruang operasi hingga luar angkasa: Satu prinsip yang sama
Baik di rumah sakit, PLTN, maupun luar angkasa, prinsip dasarnya sama, yaitu ketahanan material polimer terhadap radiasi ditentukan oleh jenis polimer, dosis dan laju dosis radiasi, suhu, serta kondisi lingkungan. Oleh karena itu, berbagai strategi terus dikembangkan untuk meningkatkan ketahanan polimer, antara lain melalui pembuatan komposit berbasis polimer, penambahan filler dan antioksidan, modifikasi campuran polimer, serta penerapan teknik grafting dan crosslinking menggunakan radiasi.

Pada dosis yang terkendali, radiasi tidak hanya menyebabkan degradasi, tetapi juga dapat dimanfaatkan untuk membentuk ikatan silang (crosslinking) dan grafting sehingga meningkatkan sifat mekanik, termal, dan kimia polimer. Pendekatan ini telah diterapkan secara luas pada industri otomotif, kabel dan isolasi listrik, heat shrink tube, pengemasan pangan, sterilisasi alat kesehatan, serta berbagai aplikasi berperforma tinggi lainnya (Bhattacharya, 2000; Naikwadi dkk., 2022).

Kesimpulannya, tidak ada satu jenis polimer yang dapat dinyatakan sebagai material yang paling tahan terhadap radiasi dalam semua kondisi. Ketahanan suatu polimer bergantung pada kesesuaian antara karakteristik material dengan jenis radiasi, dosis dan laju dosis, suhu, serta lingkungan operasinya. Pemahaman mengenai keseimbangan antara mekanisme crosslinking dan chain scission menjadi dasar dalam memilih material yang tepat untuk setiap aplikasi. Dengan demikian, polimer dapat dioptimalkan penggunaannya, baik sebagai komponen alat kesehatan yang disterilkan dengan radiasi, isolasi kabel pada pembangkit listrik tenaga nuklir, maupun material pelindung pada wahana antariksa yang terpapar radiasi kosmik. +++

*) Mahasiswa Program Studi Elektro Mekanika, Politeknik Teknologi Nuklir Indonesia, BRIN Indonesia, Yogyakarta
**) Peneliti, PRTPP-BRIN Indonesia
***) Peneliti, Politeknik Teknologi Nuklir Indonesia, BRIN Indonesia