Dyah Sawitri
1, Nur Fadhilah
2, Nurfadilah
3, Cindy Claudia Febiola
4,Ibnu Taufan
5, Rima Fitria Adiati
6Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Email : nurfadhilah321@gmail.com2
Abstr ak
Telah dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh dispersant terhadap stabilitas fotokatalis dan aglomeritas nanopartikel TiO2 sebagai optimasi dirt-free paint, yaitu bahan komposit cat yang mempunyai sifat anti noda dan mampu membersihkan dirinya sendiri (self-cleaning) dengan bantuan cahaya dan air. Dispersant yang digunakan Polietilen Glikol dan Triton X 100 dilarutkan pada cat berwarna putih. Komposisi massa TiO2 2% massa cat, dengan perbandingan anatase : rutile sebesar 90:10. Suspensi cat, TiO2, dan dispersant dengan magnetic stirer selama 2 jam dengn suhu 50º, dilanjutkan dengan suhu 60º selama 15 menit.Pengujian yang dilakukan meliputi uji DSC, XRD, FTIR, uji self-cleaning, dan SEM-EDX. Dari uji self-cleaning dengan dua macam pengotor, diperoleh hasil bahwa untuk pengotor lumpur dan pengotor pewarna makanan, sampel terbaik adalah sampel dengan dispersant Triton X-100, dengan selisih luas pengotor dengan prosentase 27,252 % dan 17.645%. Hasil uji SEM-EDX menunjukkan ukuran partikel TiO2 rata-rata untuk cat tanpa dispersant adalah 132.02 nm. Dengan penambahan dispersant PEG, ukuran partikel menjadi 104.98 nm. Dari hasil-hasil pengujian tersebut maka dalam penelitian ini dapat ditunjukkanbahwa bahan dispersant berpengaruh terhadap stabilitas fotokatalis sehingga dapat menimbulkan sifat self cleaning, serta terhadap sifat aglomeritas sehingga mampu mendispersikan TiO2 didalam cat dengan baik
Kata kunci: dirt-free paint,dispersant,TiO2. PENDAHULUAN
Faktor cuaca yang kurang menentu di Indonesia menyebabkan munculnya inovasi dirt-free paint, atau cat anti kotor. Dirt-free paint dimaksudkan agar tembok terbebas dari kotoran baik itu debu, lumpur, tanah dan lainnya. Dirt-free paint adalah kemampuan cat untuk membersihkan sendiri dari kotoran melalui reaksi kimia. Dengan adanya teknologi ini maka diharapkan dapat mempertahankan nilai estetika tembok. Salah satu teknologi yang sedang dikembangkan untuk aplikasi dirt-free paint pada cat adalah dengan memanfaatkan fotokatalisis bahan TiO2. Tetapi efek fotokatalis TiO2 dapat mendekomposisi atau menguraikan senyawa organik menjadi CO2 dan H2O, dimana pada penelitian ini efek fotokatalis TiO2 akan digunakan untuk mendekomposisi kotoran yang menempel pada permukaan cat (Nining., 2012). Penggunaan TiO2 pada cat dapat menjadikannya dirt-free paint tetapi efeknya adalah resin/binder dari cat akan mudah mengalami kerusakan karena TiO2 merupakan fotokatalis yang menggunakan sinar ultraviolet untuk prosesnya, sehingga resin yang terbuat dari bahan polimer akan mengalami pecah (cracking) karena efek dari sinar UV (Roland., 2000).
Katalis TiO2 umumnya berbentuk padat sehingga partikelnya cenderung lengket satu sama lain atau mengalami penggumpalan (secara
mikroskopis), oleh karena itu dibutuhkan perlakuan khusus sebelum diaplikasikan pada permukaan (Slamet., 2008). Dispersant atau zat pendispersi adalah bahan yang berfungsi untuk mendispersikan partikel-partikel dalam suspensi yang cenderung lengket satu sama lain agar tidak terjadi penggumpalan. Dengan penambahan dispersant dengan jumlah tertentu dapat digunakan untuk meningkatkan sifat fotokatalis TiO2 karena dapat mengurangi penggumpalan bahan TiO2 dan menjadikannya lebih homogeny (Nining., 2012).
. Pada penelitian ini digunakan 2 jenis dispersant untuk mengetahui pengaruhnya terhadap TiO2, yaitu Polietilen Glikol dan Triton X 100, dikarenakan bahan TiO2 merupakan powder yang partikelnya cenderung lengket satu sama lain atau mengalami penggumpalan secara mikroskopis. Oleh karena itu diperlukan dispersant untuk memisahkan partikel-partikel TiO2 agar memiliki jarak yang renggang apabila dicampurkan pada cat. Apabila dispersant telah melapisi partikel TiO2, maka dispersant akan mencegah terjadinya penggumpalan TiO2.
METODE PENELITIAN Perancangan Eksperimen A. Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: Titanium (IV) oxide, polietilen glikol, triton x 100, akuades, cat paragon warna putih, dan
papan asbes sebagai objek pengecatan ukuran 10x10 cm.
B. Peralatan
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari peralatan untuk pembuatan sampel dan peralatan untuk karakterisasi (pengujian). Peralatan untuk pembuatan sampel terdiri dari: timbangan digital, gelas kimia, gelas ukur, magnetic stirrer, furnace, kuas, dan mixer. Peralatan karakterisasi meliputi Differential Scanning Calorimetry ( DSC) untuk mengetahui energi yang diserap atau dikeluarkan sampel sebagai fungsi waktu dan temperatur, X-Ray Diffraction (XRD) Phillips
X’Pert MPD untuk mengetahui struktur dari TiO2, Fourier Transform Infrared (FTIR) thermo scientific tipe nicolet iS10 untuk mengetahui jenis ikatan kimia antara TiO2 dengan dispersant, software pengolah citra (ImageJ) untuk membandingkan prosentase luas pengotor pada saat pengujian self cleaning, dan pengujian Scanning Electrone Microscope- Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX) untuk mengetahui jenis atom di permukaan bahan yang mengandung multi atom.
HASIL DAN DISKUSI
A. Pengujian DSC
Analisa DSC (gambar 1) menunjukkan terdapat perubahan kristalinitas secara drastis yang mengakibatkan perubahan fase TiO2 pada suhu antara 300º-400ºC. Demikian pula pada suhu 1000ºC. Hasil ini menjadi pedoman untuk melaksanakan proses kalsinasi untuk membentuk TiO2 fase Anatase dan Rutile. Analisa berat sampel (gambar 2) menunjukkan penurunan berat yang signifikan antara suhu 800º-1000ºC sehingga TiO2 fase Rutile yang dihasilkan mengalami defek massa cukup besar dibandingkan dengan TiO2 murni. B. Pengujian XRD 10 20 30 40 50 60 70 80 2Theta (°) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 In te ns ity ( c ou nts ) 10 20 30 40 50 60 70 80 2Theta (°) 0 200 400 600 800 1000 1200 In te n sit y ( co un ts )
Hasil X-Ray Diffraction pada TiO2 fase Anatase (gambar 3) bersesuaian dengan data standar
JCPDS pada 2Θ = 37.76; 48.02; 53.88; 62.66. TiO2 fase Rutile (gambar 4) bersesuaian dengan data
standar JCPDS pada 2Θ= 27.56; 36.20; 44.18;
54.44.
C. Pengujian FTIR
Uji FTIR yang dilakukan pada hasil suspensi TiO2-dispersant menghasilkan data puncak-puncak serapan dari grafik spektrum inframerah. Gambar 5 menunjukkan spektrum FTIR dari hasil suspensi TiO2-dispersant polietilen glikol dan gambar 6 menunjukkan hasil suspensi TiO2- dispersant triton x 100. Data tersebut dibandingkan dengan data standar HR Aldrich FT-IR collection edition II dan telah sesuai pada tiap-tiap jenis dispersant.
Gambar 1 Gambar 2 Gambar 3 Gambar 4 Gambar 5 Gambar 6
D. Pengujian Self Cleaning Uji self-cleaning dilakukan selama 50 jam dengan penyemprotan air setiap 10 jam sekali. Dalam uji ini menghasilkan gambar-gambar yang menunjukkan secara kualitatif pengurangan jumlah pengotor. Pada sampel nomor 19 dan 20, yang merupakan sampel cat murni tanpa dispersant, tidak terjadi banyak perubahan dari jumlah pengotor awal hingga 50 jam, yang artinya tidak terdapat aktivitas self-cleaning. Secara kuantitatif, tingkat kemampuan self-cleaning dapat dianalisa menggunakan software pengolah citra ImageJ. Hasilnya dapat dilihat pada tabel berikut:
Untuk melihat dispersant terbaik, digunakan nilai selisih luas pengotor karena lebih jelas menunjukkan luasan yang mengalami self-cleaning. Pada tabel 1 diketahui untuk pengotor lumpur, dan pada tabel 2 untuk pengotot pewarna makanan, sampel terbaik adalah sampel dengan dispersant Triton X-100, dengan selisih luas pengotor dengan prosentase 27,252 % dan 17.645%. Selisih prosentase pengotor pada pengotor lumpur lebih besar dibandingkan prosentase pengotor pada pengotor pewarna makanan. Hal ini disebabkan bahwa pengotor lumpur memiliki unsur-unsur organik yang dapat mengalami reaksi fotokatalis dengan TiO2 pada permukaan cat. Pengotor berupa pewarna makanan mengandung unsur organik yang lebih sedikit sehingga lebih sulit mengalami reaksi fotokatalis.
Gambar 7 Setelah pengotoran
Gambar 8 10 jam
Gambar 9 20 jam
Gambar 10 30 jam
Gambar 11 40 jam
Gambar 12 50 jam
Tabel 1. Hasil analisa ImageJ untuk pengotor lumpur
E. Pungujian SEM-EDX
Gambar diatas merupakan hasil analisa SEM dengan perbesaran 50.000 kali. Dilihat bahwa bentuk partikel bervariasi mulai dari bulat halus, batang dan pecahan. Ukuran partikel rata-rata diketahui untuk cat tanpa dispersant adalah 132.02 nm, dengan penambahan TiO2, penambahan dispersant Polyetilen Glikol adalah
104.98 nm, dan
dispersant Triton X 137.52 nm. Hasil ini menunjukkan dispersant yang mencegah aglomerasi TiO2 paling baik adalah Polietilen Glikol.Hasil edx menunjukkan bahwa seluruh sampel mengandung spektrum unsur c, o, al, si, ca, dan ti, sedangkan sampel cat murni mengandung tambahan unsur na, dan mg.
KESIMPULAN
Dari rangkaian penelitian yang telah kami laksanakan, dapat disimpulkan hal-hal sebagai berikut:
1. TiO2 berhasil diaplikasikan pada dirt-free paint karena telah menghasilkan sifat self-cleaning. 2. Sampel yang memiliki sifat self-cleaning terbaik
adalah sampel dengan dispersant Triton X-100, dengan selisih luas pengotor dengan prosentase 27,252 % dan 17.645%. Masing-masing dengan penurunan luasan pengotor sebesar 34,292 cm2 dan 24,579 cm2.
3. Penambahan dispersant Polietilen glikol dapat mencegah aglomeritas partikel TiO2, dengan ukuran partikel 132.02 nm untuk cat murni dan 104.98 nm dengan penambahan TiO2 dan dispersant Polietilen Glikol.
UCAPAN TERIMA KASIH
Dalam kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih yang sedalam-dalamnya kepada :
1. Bapak Dr. Ir. Totok Soehartanto, DEA, selaku Ketua Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
2. Ibu Dyah Sawitri, ST, MT. selaku dosen pendamping atas saran dan masukannya selama pelaksanaan program ini.
3. Seluruh dosen, asisten laboratorium, dan mahasiswa tingkat akhir yang pernah menjadi tempat sharing penulis.
4. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu dalam kesempatan ini, yang telah memberikan bantuan moril dan materi dalam proses penyelesaian karya tulis ini.
REFERENSI
Kusmahetiningsih, Nining, Sawitri, Dyah . 2012. Aplikasi TiO2 Sebagai Self Cleaning pada Cat Tembok dengan Dispersant Polietilen Glikol (PEG), Jurnal Teknik Pomits. Hillebrandt, Poulsen. et al. 2010. Self Cleaning
Coating Composition. PCT WO 2010/269997 A1.
Sulasmono, Bagus. 2012. Studi Komparasi Pengaruh Variasi Dispersant terhadap Stabilitas Suspensi dan Sifat Hidrofilik Nanopartikel TiO2 berbasis Air. Kimia FMIPA UI.
Hoffman, M.R., Martin, S.T., Choi, W., and Bahneman, D.W. 1997. Environmental Application of Semiconductor Photocatalysis.J. Chem. Rev., 69 96. Gambar 13 Cat murni
Gambar 16 cat murni Gambar 14 Polietilen Glikol
Gambar 15 Triton X 100
Gambar 17 Polietilen Glikol
Fujishima, AK., Hasimoto, K., Watanabe, T. 1999. TiO2 Photocatalysis Fundamental andApplication. Japan: Koyo pringting. Basri, A. F. M.,& Rivai, V. 2005. Perfomance
Appraisal. Jakarta: PT Raja Grafindo Persada.
Benedix, Roland., et al. 2000, Application of Titanium Dioxide Photocatalysis to Create
Self-Cleaning Building Materials, LACER No. 5, 2000.