METODE PENELITIAN
3.3 Prosedur Penelitian
3.3.4. Analisis Laju Alir Leleh (Melt Flow Index, MFI)
Laju alir leleh suatu polimer adalah ukuran viskositas leleh suatu polimer yang sangat dipengaruhi oleh sifat fisika dan struktur molekul, mengindikasikan perubahan distribusi berat molekul suatu polimer (polidispersi) pada kondisi pengukuran. Metode pengukuran MFI mengukur kecepatan suatu lelehan polimer melewati lubang kecil (die) berdiameter 1 mm dan diberi beban 2,16 kg. Pengukuran MFI PP dan PP/MMT menggunakan alat MFI Devenvort Melt Flow Indexer pada temperature constant
230oC sesuai dengan ASTM D-1238. 3 gram granular dimasukkan dalam kolom barel MFI, dibiarkan selama 1 menit. Setelah dibebani 2,16 kg lelehan polimer akan melewati die dan dipotong sampel lewat tersebut setiap 1 menit dan ditimbang.
Besaran MFI dan % perubahan MFI dihitung menggunakan persamaan berikut:
MFIs (g/10min) = (Pers.2.1)
% MFI change = x 100 (Pers.
2.2) Dimana,
m : berat rata-rata yang keluar dari die, ekstrudat g t : waktu ektrusi, min
10 : 10 menit MFIs
MFI
: Melt Flow index polimer yang sdh diproses.
v : Melt Flow index polimer yg tdk diproses (virgin) 3.3.5. Modifikasi Antioksidan Amina Aromatis:
Modifikasi antioksidan amino diphenil amin (ADPA) suatu amina aromatis dilakukan dengan cara erefluks ADPA dengan metina diisosianat (TDI) atau dengan glicidil metacrilat dalam media pelarut xylene.
10 . m t
MFIs - MFIv
MFIv
3.4. Prosedur Kerja
A. Proses Preparasi Nanokomposit PP/MMT/PP-g-MA/Antioksidan
t = 0 menit
t = 2 menit
t = 10 menit Pengukuran
MFI
Diproses Dlm Internal Mixer
◘ 2 menit ◘ mixer tertutup
◘ Lingkungan gas Nitrogen ◘ Temp.180oC
◘ Kecepatan rotor 65 rpm
Dituang dlm wadah
Ram dibuka, masukkan MMT/PP-g-MA/ AO Proses dilanjutkan
◘ 8 menit ◘ mixer ditutup kembali
◘ Lingkungan gas Nitrogen ◘ Temp.180oC
◘ Kecepatan Rotor 65 rpm
Proses diakhiri setelah diproses 10 menit
Produk nanokomposit Dikeluarkan dari chamber TR
Dinginkan dalam lingkungan
◘ Antioksidan (0,6 phr)
B. Preparasi Sintesis Antioksidan TDI-ADPA
Filtrasi
Toluene 100ml
Endapan putih
FTIR
Produk murni
3 kali Dicuci dengan toluena
Produk Modifikasi ADPA
(31,7 g) TDI
15 g
Proses 3 jam pada temp 100oC
Produk endapan putih
filtrat
100 ml Toluena
C. Preparasi Sintesa Antioksidan GMA-ADPA
Filtrasi
Endapan putih
FTIR
Produk murni
3 kali Dicuci dengan toluena
Produk Modifikasi diphenilamine
(31,7 g) HCl
0,5 g
Proses 12 jam pada temp 25oC
Produk endapan putih
filtrat
200 ml THF GMA
15 g
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Spektra Infrared film Polipropilena
Gambar 4.1 menunjukkan spektra infra FTIR untuk polimer polipropilen, terlihat adanya puncak pada panjang gelombang disekitar 2700-2900-800 dan 1400 yang mengindikasikan adanya ikatan CH3 dan CH2 pada zat tersebut.
Gambar 4.1 Spektra Infrared film Polipropilena sebelum diekspose dalam panas oven
Gambar 4.2 Spektra Infrared film Polipropilena teroksidasi setelah diekspose dalam panas oven selama 125 jam
Jika dibandingkan spektra infra red film polipropilena sebelum dan sesudah dalam panas oven selama 125 jam terlihat munculnya puncak yang sangat kuat pada panjang gelombang 3424 dan 1700. Kemunculan puncak mengindikasikan terbentuknya gugus hidroperoksida dan guugus karbonil sebagaimana ditampilkan pada tabel 4.1.
Tabel 4.1. Perbandingan puncak serapan infrared, perubahan puncak serapan film propilena sebelum dan sesudah diekspos.
PP
υ(C-CH3)b
966 966 lemah υ(C-C)
Singkatan: b = backbone δ = bending, υ = stretching, ρ = rocking, τ = twisting, ϖ = wagging
Pengolahan data dengan software Nicolet 5DXC-FTIR akan menampilkan hasil seperti pada gambar 4.3. Terlihat perbandingan puncak serapan yang muncul akibat diekspose dengan panas (teroksidasi). Luas puncak adalah bagian yang di arsir.
Perbandingan luas puncak serapan memberikan gambaran kuantitatif kandungan gugus fungsi yang terkandung pada sampel yang diperiksa. Sangat terlihat bahwa pembentukan puncak dan luas areanya sangat signifikan bila dibandingkan dengan puncak dari gugus fungsi lainnya.
Gambar 4.3 Print Screen Spektrum pada soft ware Nicolet 5DXC-FTIR .
Perbandingan puncak serapan yang muncul akibat diekspose dengan panas (teroksidasi).
Spektrum FTIR sesuai dengan mekanisme degradasi menurut Rivaton (1998) Menurutnya Degradasi polipropilen dapat terjadi tanpa adanya pengaruh oksigen.
Peningkatan suhu dan radiasi cahaya yang panjangnya lebih besar dari 300 nm akan menyebabkan degradasi polipropilena. Pada tahap awal proses degradasi akan menghasilkan senyawaan gugus hidroksil. Pada reaksi selanjutnya akan dihasilkan senyawaan ester, asam dan lakton. Tahapan mekanisme degradasi polipropilen secara lebih terinci diterangkan pada gambar 4.4.
-CH2COOH, -CH2COO-CH2-,
Gambar 4.4. Mekanisme degradasi polipropilena A. Spektra Infra Red film Blending PP/MMT
Spektra FTIR propilena menunjukkan menunjukkan spektra infra FTIR untuk polimer polipropilen, terlihat adanya puncak pada panjang gelombang disekitar 2700-2900-800 dan 1400 cm-1yang mengindikasikan adanya ikatan CH3 dan CH2 pada zat tersebut.Akan tetapi blending PP/MMT menyebabkan perubahan pada spektra FTIR Polipropilena. Pada gambar 4.5 terlihat adanya puncak pada 3331 cm-1 pada spektra blending PP/MMT yang tidak dijumpai pada spektra PP yang diperkirakan dihasilkan oleh gugus hidroksi yang terdapat pada MMT. Puncak pada 1043 cm-1 diperkirakan
terbentuknya crosslingking ketika pencampuran PP dengan MMT. Akan tetapi tidakterlihat adanya peningkatan pada gugus karbonil yang mengindikasikan terjadinya oksidasi terhadap polimer polipropilen. Puncak – puncak yang menunjukkan ikatan antar C sebagian besar bertumpang tindih dengan spektra polipropilena. Hal ini menunjukkan bahwa blending PP/MMT tidak menyebabkan polipropilena berubah gugus fungsinya.
Gambar 4.5 Perbandingan Spektra FTIR film lapisan tipis Polipropilena (biru) dan blending PP/MMT (merah) sebelum diekspos.
B. Spektra Infra red Film Blending PP/ PP-g-MA
Pada gambar 4.6 terlihat bahwa blending PP/ PP-g-MA menimbulkan puncak pada 1378 cm-1 yang terbentuk dari gugus -HC=CH- yang terdapat pada senyawa maleat anhidrida. Tidak nampak adanya vibrasi yang terbentuk pada kisaran panjang gelombang 1700 cm-1 ( karbonil) dan 3424 nm ( hidroksil).
809.23841.05899.60
Gambar 4.6 Perbandingan Spektra FTIR film lapisan tipis Polipropilena (biru) dan blending PP/PP-g-MA sebelum diekspos.
Hasil penelitian Oromiehie A., Ebadi-Dehaghani H., dan Mirbagheri (2014).
Menunjukkan bahwa spektra FT-IR dari PP-g-MA memberikan puncak serapan yang signifikan karena adanya pengaruh dari kelompok anhidrida dan Dikuimil peroksida (DCP) yang digunakan pada blending PP/ PP-g-MA,
C. Spektra Infra Red Film PP/MMT/PP-g-MA
Spektra FTIR yang ditunjukkan pada gambar 4.7 menunjukkan adanya vibrasi pada 1378cm-1 dan 1044 cm-1 yang menunjukkan adanya gugus CH3 asymetris, CH2 dan C-C yang dihasilkan oleh senyawa PP-g-MA. Tidak nampak adanya vibrasi yang terbentuk pada kisaran panjang gelombang 1700 cm-1 (karbonil). Pada panjang gelombang 3131 cm-1 (hidroksil) tampak adanya vibrasi tetapi tidak terlalu signifikan. Vibrasi ini terbentuk karena adanya gugus hidroksil yang terdapat pada molekul montmorilont (MMT).
Gambar 4.7. Perbandingan Spektra FTIR film lapisan tipis Polipropilena (biru) dan blending PP/MMT/PP-g-MA sebelum diekspos.
D. Spektra Infra Red film lapisan tipis PP sebelum dan sesudah diekspos
Gambar 4.8 Spektra film lapisan tipis PP sebelum dan sesudah diekspos sampai 125 jam dalam oven 125oC.
Gambar 4.8 menunjukkan perbedaan spektra film lapisan tipis PP sebelum dan sesudah diekspos sampai 125 jam dalam oven 125oC. Terlihat bahwa terjadi perluasan puncak yang sangat signifikan pada 3400 cm-1 dan 1700 cm-1. Pembentukan puncak tidak menunjukkan peningkatan yang berarti hingga waktu ekspos selama 96 jam.
Penambahan waktu ekspos hingga 125 jam menunjukkan terjadinya pembentukkan puncak pada 3400 cm-1 dan 1700cm-1 pengaruh mengindikasikan adanya pengaruh termal. Waktu ekspos maksimal dimana propilena tidak mengalami degradasi selanjutnya dijadikan perbandingan tingkat kestabilan propilena dengan berbagi perlakuan, yaitu 96 jam.
E. Spektra Infra Red Film PP/MMT (Tanpa Compatibiliser) Sebelum dan Sesudah Diekspos
Hasil spektra infra red terhadap Film PP/MMT (tanpa compatibiliser) sebelum dan sesudah diekspos ditunjukkan pada gambar 4.9. Terlihat bahwa ekspos dilakukan hingga 192 jam dalam oven 125o
Kestabilan Blending PP/MMT, Menurut J. Njugunab , K. Pielichowskia,, J. R.
Banerjeec. 2007 karena terjadinya perubahan struktur dan konsentrasi produk.
Pengaruh menguntungkan darikestablan ini tergantung pada derajat interkalasi / pengelupasan lapisan tanah liat dan dispersi yang lebih baik dari nanofiller.
C. Terlihat bahwa peningkatan puncak 3400 dan 1700 terjadi pada waktu ekspos 192 jam, berarti pada waktu ekspos 168 jam dianggap waktu terlama film PP/MMT dapat mempertahankan kestabilannya. Jika waktu ekspos PP dipakai sebagai patokan kestabilan terendah maka kestabilan film PP/MMT memiliki faktor stabilitas : 168 jam / 96 jam = 1.75. Artinya blendling PP/MMT meningkatkan kestabilan polimer polipropilen hingga 1,75.
Gambar 4.9 Spektra film lapisan tipis blend PP/MMT (tanpa compatibiliser) sebelum dan sesudah diekspos sampai 192 jam dalam oven 125oC.
F. Spektra Infra Red Film blending PP/Antioksidan B225
Antioksidan B225 merupakan campuran dari Irganox 1010 dengan Irganox 168.
Kedua zat ini bersifat antioksidan. Penambahan campuran ini ke dalam PP memberikan pengaruh yang sangat baik pada kestabilan polimer tersebut. Camppuran ini dapat mempertahankan kestabilan polipropilena hingga waktu ekspos 350 jam.
Jika dibandingkan dengan kestabilaan PP murni maka di peroleh faktor stabilisasi 350 jam/ 96 jam = 3,65. Penambahan campuran antioksidan ini meningkatkan kestabilan sebanyak 2 kali lipat jika dibandingkan dengan blending PP/MMT tanpa antioksidan.
Gambar 4.10 Spektra film lapisan tipis blend PP/Antioksidan B225 sebelum dan
sesudah diekspos sampai 396 jam dalam oven 125oC
Penelitian Astutiningsih, dkk (2009) menunjukkan bahwa nanokomposit polipropilena dengan montmorillonite yang disintesa dengan cara cascade engineering menggunakan PP-g-maleik anhidrida sebagai pengkompatibel tidak stabil terhadap pengaruh termal. Sedangkan Penelitian Muller et. All (2009) menunjukkan bahwa penggunaan antioksidan hindered fenol dapat meningkatkan kestabilan polipropilena untuk jangka waktu yang panjang karena antioksidan hindered fenol tetap stabil selama proses manufaktur dan penyimpanan.
Irganox 1010 dan Irganox 168 adalah antioksidann yang memiliki gugus hindered fennol. Mekanisme penstabilan senyawa radikal oleh hidered fenol dapat dijelaskan dengan mekanisme reaksi pada gambar 4.11
Gambar 4.11 Mekanisme penstabilan senyawa radikal oleh hindered fenol G. Spektra Infra Red Film blending Film PP/MMT/ PB/ AO
46334521.53
Gambar 4.12. Spektra film lapisan tipis blend berbagai komposisi PP/MMT/PB/AO setelah diekspos sampai 125-398 jam jam dalam oven 125o
Gambar 4.12 menunjukkan spektra FTIR dari film blending PP/MMT/PB/AO dengan berbagai variasi lamanya disimpan dalam oven yang suhunya 125
C
o
Irganox 1010, Irganox acid dan Irganox alkohol, piperidinol dan campuran Irganox 1010/ Irganox 168 (B225) sangat efektif menahan laju degradasi polimer propilena dan nanokomposit PP/MMT dengan urutan efektifitas seB225 >Pipagai berikut :.OH > Irganox alkohol > Irganox acid. Dengan kata lain antioksidan yang paling baik untuk nanokomposit PP/MMT adalah yang memiliki gugus hindered fenol.
C. Dari gambar tersebut terlihat bahwa waktu espos 398 jam tidak menunjukkan perubahan spektra.
Jika dihitung faktor stabilisasinya adalah 398 jam/ 96 jam = 4,14. Jika faktor stabilisasi ini dibandingkan dengan faktor stabilisasi blending PP/antioksidan maka diperoleh nilai : 4,14/ 3.14 =1,31.
H. Pengaruh Komposisi PP/MMT/PB/AO Terhadap MFI dan Final Torque
Indeks aliran lelehan (Melt Flow Index) adalah ukuran kemudahan aliran lelehan polimer termoplastik. Halini didefenisikan sebagai massa polimer dalam gram mengalir dalam sepuluh menit melalui kapiler yang memiliki diameter dan panjang tertentu setelah diberi tekanan dan suhu yang ditentukan. MFI tidak merupakan ukuran tidak langsung dari berat molekul. Jika aliran lelehan cepat berarti zat tersebut memiliki berat molekul rendah dan jika sebaliknya jika aliran lelehan lambat
menunjukkan bahwa bahan tersebut mempunyai berat molekul tinggi. Pada gambar 4.13 campuran antioksidan Irganox 1010 dan Irganox 168 menunjukkan indeks MFI yang rendah berarti berat molekulnya paling besar yang menggambarkan kestabilannya.
Gambar 4.13 Melt flow index berbagai komposisi PP/MMT/PB/AO
Final torque adalah kondisi putaran yang paling optimal ketika proses blending senyawa polimer. Peningkatan final torque memberikan gambaran adanya pembentukkan ikatan yang berpengaruh pada viscositas dan kekuatan ikatan pada polimer. Pada gambar 4.14 terlihat Final torque yang paling tinggi adalah pada campuran PP dengan antioksidan dan campuran Irganox 1010 dengan Irganox 168.
0
Gambar 4.14 Melt flow index berbagai komposisi PP/MMT/PB/AO Gambar 4.14 Final Torque berbagai komposisi PP/MMT/ PB/ AO I. Waktu Ekspos Berbagai Komposisi Blendding PP/MMT /AO
Waktu ekspos adalah waktu yang dibutuhkan suatu zat atau campuran dapat mempertahankan kestabilannya. Gambar 4.15 menunjukkan waktu ekspos tertinggi dari berbagai komposisi PP/MMT dengan berbagai antioksidan. Terlihat bahwa waktu ekspos terlama adalah 398 jam.
Waktu ekspos terlama ditunjukkan oleh campuran PP dengan dengan kompatibeliser, campuran PP dengan piperidinol alkohol dan kompatibeliser serta campuran PP dengan Irganox 1010 dan Irganox 168 .Waktu ekspos campuran inimencapai 400. Jika dibandingkan dengan waktu ekspos PP murni yaitu 96 jam, maka diperoleh faktor stabilisasi 4.15.
Gambar 4.15 Waktu ekpose tertinggi untuk terjadinya degradasi J. Pengaruh Konsentrasi Antioksidan Terhadap Indeks Karbonil
0
Pada degradasi polimer polipropilen dihasilkan senyawa karbonil yang terlihat sebagai puncak yang muncul pada panjang gelombang 1700 cm-1 pada spektra FTIR. Luasan puncak yang terbentuk menggambarkan kuantitas senyawa karbonil yang terbentuk yang disebut dengan indeks karbonil.
Gambar 4.16 Spektra FTIR sampel PP/MMT/PB/B225 variasi konsentrasi antioksidan dan indeks karbonil yang dimunculkan setelah ekpose tertinggi untuk terjadinya degradasi
Gambar 4.16 bagian (a) menunjukkan indeks karbonil dari spektra IR pada gambar gambar 4.16 (b), sedangkan gambar 4.16 (c) menunjukkan grafik konsentrasi antioksidan dengan indeks karbonil. Dari gambar 4.16 terlihat bahwa indeks karbonil tidak meningkat pada konsentrasi antioksidan 0,5 dan 1 phr (per hundred=seperseratus
1630.95
bagian). Artinya penggunaan antioksidan dengan konsentrasi yang kecil sudan cukup untuk mempertahankan kestabilan polimer.
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulanbahwa Penambahan antioksidan Irganox 1010, Irganox Acid, Irganox Alkohol, Piperidinol, dan campuran Irganox 1010/ Irganox 168 (B225) sangat efektif menahan laju degradasi polimer polipropilena dan nanokomposit Polipropilena/montmorilonit dengan urutan efektifitas B225 > Pip.OH > Irganox alkohol > Irganox acid. Antioksidan dengan gugus hindered fenol memberikan stabilisasi yang lebih efektif.
Konsentrasi antioksidan yang digunakan dalam menahan laju degradasi nanokomposit PP/MMT sangat efektif karena dengan konsentrasi yang kecil mampu menahan laju degradsi oksidasi panas.
5.2. Saran
Dalam penelitian ini perlu dilakukan karakterisasi analisa yang berhubungan dengan produk penggunaan polipropilena dan nanokomposit PP/MMT seperti uji mekanikal tensile dan morfologi SEM.
Penggunaan antioksidan hasil sintesis TDI-ADPA dan GMA-ADPA masih perlu dilanjutkan sebagai antioksidan dengat uji efektifitas antioksidan.