Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat Grafting Maleat Anhidrat Pada High Density Polyethylene ( HDPE ) Dengan Inisiator Benzoil Peroksida

(1)

PENGARUH KONSENTRASI MALEAT ANHIDRAT TERHADAP

DERAJAT GRAFTING MALEAT ANHIDRAT PADA HIGH

DENSITY POLYETHYLENE ( HDPE ) DENGAN INISIATOR

BENZOIL PEROKSIDA

SKRIPSI

IWAN PRANATA SITEPU

040822037

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(2)

Iwan Pranata Sitepu : Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat Grafting Maleat Anhidrat Pada High PENGARUH KONSENTRASI MALEAT ANHIDRAT TERHADAP DERAJAT GRAFTING MALEAT ANHIDRAT PADA HIGH DENSITY POLYETHYLENE

( HDPE ) DENGAN INISIATOR BENZOIL PEROKSIDA

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

IWAN PRANATA SITEPU 040822037

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(3)

PERSETUJUAN

Judul : PENGARUH KONSENTRASI MALEAT ANHIDRAT TERHADAP DERAJAT GRAFTING MALEAT ANHIDRAT PADA HIGH DENSITY POLYETHYLENE (HDPE) DENGAN INISIATOR BENZOIL PEROKSIDA

Kategori : SKRIPSI

Nama : IWAN PRANATA SITEPU

Nomor Induk Mahasiswa : 0404822037

Program Studi : SARJANA ( S 1 ) KIMIA EKSTENSI

Pembimbing II Pembimbing I

Drs. Syamsul Bachri Lubis, MSi Drs. Darwin Yunus Nasution, MS

NIP 130 809 879 NIP 130 936 280

Diketahui / Disetujui oleh

Departemen Kimia FMIPA USU Ketua

(4)

Iwan Pranata Sitepu : Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat Grafting Maleat Anhidrat Pada High PERNYATAAN

PENGARUH KONSENTRASI MALEAT ANHIDRAT TERHADAP DERAJAT GRAFTING MALEAT ANHIDRAT PADA HIGH DENSITY POLYETHYLENE

(HDPE) DENGAN INISIATOR BENZOIL PEROKSIDA

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, Maret 2009

(5)

PENGHARGAAN

Segala Puji dan Syukur hanya bagiMU Tuhan Allah disorga, Tuhan pemilik seluruh Alam semesta yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini.

Penghargaan yang setinggi – tingginya dan ucapan terimakasih yang tulus penulis sampaikan kepada Ibunda Narta Perangin-angin, juga kepada adik - adik penulis Frans Janporta Sitepu, Bobby Suhandri Sitepu dan Ennike rut Perbina Sitepu untuk semua pengorbanan, perhatian, motivasi dan kasih sayang yang telah dan akan selalu penulis terima, semua tak akan pernah terbalas oleh penulis kecuali Tuhan Yang Maha Kuasa.

Pada kesempatan ini, penulis dengan kerendahan hati ingin mengucapkan terimakasih yang tulus kepada Bapak Drs. Darwin Yunus Nasution, M.S dan Drs. Syamsul Bahcri Lubis, M.Si selaku pembimbing I dan II yang dengan penuh kesabaran dalam memberikan arahan dan bimbingan hingga selesainya skripsi ini. Ibu Dr. Rumondang Bulan Nst, M.S dan Drs. Firman Sebayang, M.S selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Kimia FMIPA USU Medan. Bapak dan Ibu staf pengajar dan administrasi Fakultas MIPA USU Medan, khususnya Jurusan Kimia yang telah mendidik penulis dalam studi. Bapak Suryanta Sinulingga selaku Bapak kost saya yang juga telah memberikan motivasi dan saran kepada penulis dalam penyelesaikan skripsi ini. Kakanda ( Roni Siallagan, Fransisco Sinulingga, Mardona Surbakti) yang telah membantu pengerjaan tulisan maupun semangat, kawan–kawan ( Samsir Pohan, Ali Umar Batubara, Udin, Bernadet Silalahi, Rosa Ginting, Jonner Sihotang, Ridwan Sihotang, Henry Siagian, Ronal Simanjuntak, Jonny Silalahi, Rico Sibagariang, Hendra Nainggolan, Cipta Sihombing, Azril Lubis), dan adinda satu kost ( Roni Simatupang, Donald Silalahi, Simsons Nainggolan, Leo Batubara, Alex Silitonga,dan lain – lain ).

Partner penulis ( Halomoan Harahap, Siska, Oni, Tara, Bang Edi dan lain - lain ) dan rekan –rekan yang tak dapat dituliskan stu persatu, sukses selalu.

Penulis menyadari akan kekurangan dari materi dan data yang disajikan dalam penulisan skripsi ini karena keterbatasan literatur dan pengetahuan penulis, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun.

(6)

Iwan Pranata Sitepu : Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat Grafting Maleat Anhidrat Pada High ABSTRAK

(7)

THE EFFECT OF MALEIC ANHYDRATE CONCENTRATION ON THE GRAFTING DEGREE IN HIGH DENSITY POLYETHYLENE (HDPE) WITH

INISIATOR BENZOYL PEROXIDE

ABSTRACT

(8)

(9)

3.2.6 Uji spektroskopi FTIR. ... 20

3.3 Bagan Penelitian... 21

3.3.1 Proses grafting MA pada HDPE dengan radikal bebas ... 21

3.3.2 Menghitung derajat grafting dengan metode titrasi ... 22

3.3.3 Proses pembuatan film untuk analisa FTIR ... 23

Bab 4 Hasil dan Pembahasan ... 24

4.1 Hasil Pencampuran Polimer... 24

4.2 Perhitungan ... 25

4.3 Pembahasan ... 25

4.3.1 Pengaruh konsentrasi maleat anhidrida terhadap derajat grafting... 26

4.3.2 Analisa FTIR ... 27

Bab 5 Kesimpulan dan Saran ... 28

5.1 Kesimpulan ... 28

5.2 Saran ... 28

Daftar Pustaka

(10)

Iwan Pranata Sitepu : Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat Grafting Maleat Anhidrat Pada High DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Sifat Fisika dan Mekanika HDPE dan LDPE ... 6

Table 2.3 Beberapa contoh senyawa Peroksida ... 8

Tabel 2.5 Sediaan dari Xylen dan Etibenzena ... 14

Tabel 2.6 Korelasi gugus fungsional untuk HDPE termodifikasi ... 17

Tabel 4.1 Data Hasil Pencampuran Polimer ... 24

Tabel 4.2 Perbandingan konsentrasi maleat anhidrat terhadap Derajat Grafting ... 26

Tabel 4.3 Bilangan Gelombang HDPE murni ... 27

(11)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

(12)

Iwan Pranata Sitepu : Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat Grafting Maleat Anhidrat Pada High DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

(13)

DAFTAR SINGKATAN

HDPE = High Density Polyethylene

MA = Maleat anhidrat

BPO = Benzoil peroksida

FTIR = Fourier Transform Infrared Spektroskopy

(14)

Iwan Pranata Sitepu : Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat Grafting Maleat Anhidrat Pada High BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Polietilena adalah polimer termoplastik yang secara komersial banyak digunakan

sehingga diproduksi secara besar. Banyaknya permintaan polietilena tidak terlepas

dari sifat – sifatnya yang tahan terhadap zat kimia, ringan, mudah dibentuk dan tidak

mahal (Billmeyer, 1994).

Polietilena adalah bahan termoplastik yang transparan, berwarna putih

mempunyai titik leleh bervariasi antara 1100C -1370C, Beberapa jenis polietilena

antara lain. Low Density Polyethylene ( LDPE ), High Density Polyethylene (HDPE),

dan Linear Low Density Polyethylene ( LLDPE). Low Density Polyethylene (LDPE ),

memiliki struktur rantai percabangan yang tinggi dengan cabang - cabang yang

panjang dan pendek. Sedangkan High Density Polyethylene ( HDPE ) mempunyai

struktur rantai lurus, Linear Low Density Polyethylene ( LLDPE ) memiliki rantai

polimer yang lurus dengan rantai –rantai cabang yang pendek (Curlee, 1991).

Polietilena adalah polimer termoplastik yang banyak digunakan untuk

pembuatan komposit dengan bahan pengisi serat alam, namun dalam pembuatannya

tidak diperoleh hasil yang homogen karena perbedaan polaritas antara polimer dan

serat alam, Untuk meningkatkan interaksi antara bahan pengisi dengan matriks

polimer telah dilakukan dengan beberapa cara. Salah satu cara yang dilakukan adalah

dengan menambahkan senyawa penghubung (Coupling Agent) sehingga

meningkatkan sifat antarmuka dan adhesi bahan pengisi dengan matriks polimer.

Machado melaporkan maleat anhidrat sangat berperan dalam memodifikasi struktur

(15)

polyolefin dengan inisiator di-tert-butyl peroxide (DBP) dalam alat twin-screw

extruder ( Machado, 2000).

Teknik lain yang dilakukan untuk meningkatkan kompatibilitas campuran

polimer adalah dengan memodifikasi struktur matriks polimer sehingga kepolarannya

meningkat, seperti yang dilakukan oleh Mousa Ghaemy, Departemen Kimia,

Universitas Mozaidoran, Iran. Teknik yang dilakukan untuk memodifikasi polimer

ialah dengan reaksi grafting antara maleat anhidrat dengan polietilena dengan cara

refluks menggunakan inisiator azoisobutyronnitrile ( AIBN) dengan pelarut xylen.

( Mousa G, 2002).

Pada penelitian ini, penulis berkeinginan memodifikasi struktur HDPE

dengan teknik pencampuran reaktif dalam Internal Mixer pada suhu 1450C dengan

cara grafting MA kedalam HDPE dengan inisiator benzoil peroksida.

1.2 Permasalahan

Yang menjadi permasalahan dalam penelitian ini adalah :

1. Apakah terjadi reaksi grafting setelah pencampuran HDPE dengan maleat

anhidrat ?

2. Bagaimana pengaruh konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat grafting

maleat anhidrat pada HDPE?

1.3 Pembatasan Masalah

Untuk mengetahui apakah reaksi grafting sudah terjadi dapat dilakukan dengan

(16)

Iwan Pranata Sitepu : Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat Grafting Maleat Anhidrat Pada High

1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan :

1. Untuk mengetahui apakah reaksi grafting terjadi setelah pencampuran HDPE

dengan maleat anhidrat

2. Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat

grafting maleat anhidrat pada HDPE.

1.4 Manfaat Penelitian

Adapun hasil penelitian ini diharapkan memberikan informasi reaksi grafting antara

maleat anhidrida dengan HDPE.

1.5 Lokasi Penelitian

Lokasi penelitian dilakukan di Laboratorium Polimer FMIPA USU dan perekaman

spektra FTIR dilakukan di laboratorium Bea Cukai Belawan.

1.6 Metodologi Penelitian

Penelitian ini bersifat eksperimen laboratorium, yaitu untuk memodifikasi struktur

polimer HDPE dilakukan beberapa tahap yaitu :

Tahap I : Preparasi Alat

Tahap II : Proses analisa data meliputi :

a) Preparasi sampel

(17)

c) Menghitung derajat grafting dengan metode titrasi

d) Perekaman spektra FTIR

Variabel – variabel yang digunakan adalah :

Variabel bebas : Konsentrasi maleat anhidrida dalam HDPE

Variabel terikat : Derajat Grafting

Variabel tetap :

1. Benzoil Peroksida ( BPO ) 2 %

2. Suhu Hotmixer 145 0C

3. Waktu pencampuran 60 menit

(18)

Iwan Pranata Sitepu : Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat Grafting Maleat Anhidrat Pada High BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Polietilena

Polietilena adalah bahan termoplastik yang transparan, berwarna putih mempunyai

titik leleh bervariasi antara 1100C -1370C. Umumnya polietilena bersifat resisten

terhadap zat kimia. Pada suhu kamar, polietilena tidak larut dalam pelarut organik dan

anorganik ( Bilmeyer, 1994 ). Polietilena dapat teroksida diudara pada temperatur

tinggi atau dengan sinar UV. Struktur rantai polietilena dapat berupa linier, bercabang

atau berikat silang.

Beberapa jenis polietilena antara lain : Low Density Polyethylene ( LDPE ),

High Density Polyethylene ( HDPE ) dan Linear Low Density Polyethylene ( LLDPE)

Low Density Polyethylene ( LDPE ) memiliki struktur rantai percabangan yang tinggi

dengan cabang- cabang yang panjang dan pendek. Sedangkan High Density

Polyethylene ( HDPE ) mempunyai struktur rantai lurus, Linear Low Density

Polyethylene ( LLDPE ) memiliki rantai polimer yang lurus dengan rantai –rantai

cabang yang pendek.

a.

(19)

c.

Gambar 2.1 Struktur rantai polietilena a. HDPE b. LDPE c. LLDPE

HDPE ( HIGH Density Polyethylene ), LDPE ( Low Density Polyethylene )

sebaliknya dengan sedikit cabang- cabang pada rantai terutama akan memperkuat

gaya –gaya ikatan antar molekul. Dengan berdekatannya rantai – rantai utama akan

menaikkan kristalinitas, rapat massa dan kekuatannya.

Adanya beberapa struktur dari polietilena akan mempunyai sifat fisik dan

kimia dari bahan polimer. Struktur rantai bercabang mempunyai kekuatan yang lebih

rendah karena cabang- cabang akan mengurangi gaya-gaya ikatan antar molekul.

Adanya rantai-rantai cabang pada rantai polimer sehingga merupakan polimer linier

yang mempunyai krisnalitas tinggi.

Proses pembuatan rantai panjang dari polimer termoplastik polietilena secara

umum dapat dilakukan dengan dua cara yaitu:

a. Proses dengan kondisi pada tekanan tinggi yang menghasilkan LDPE ( low

density polyethylene )

b. Proses dengan kondisi pada tekanan rendah yang menghasilkan HDPE ( High

Density Polyethylene ).

Proses pada tekanan tinggi dengan kondisi tekanan ( P0 ) > 1000 atm dan

temperatur 100-300 0C pertama kali diperkenalkan di Inggris tahun 1993. Polietilena

yang dihasilkan pada proses ini mempunyai berat molekul tinggi, mengandung rantai

–rantai cabang yang banyak dan kristalinitas rendah, sedang proses polimerisasi ini

ternyata kurang begitu menguntungkan sehingga dilakukan penelitian selanjutnya.

Sekitar tahun 1953 Karl Ziegler dari Jerman menemukan proses polimerisasi, proses

ini dilakukan pada tekanan dan temperatur kamar dengan bantuan katalis yang disebut

katalis Ziegler Natta, yaitu yang merupakan senyawa kompleks yang terbentuk dari

(20)

Polietilena yang dihasilkan mempunyai berat molekul yang tinggi, polimer

lebih kaku dibandingkan dengan polimer yang dihasilkan pada tekanan tinggi.

Kekakuan tersebut disebabkan tidak adanya rantai –rantai cabang pada rantai polimer

sehingga merupakan polimer linier yang mempunyai kristalinitas tinggi.

Polietilena adalah polimer yang termasuk golongan poliolefin dengan berat

molekul rata –rata ( Mw ) = 50.000 – 300.000. Jenis polietilena yang banyak

digunakan adalah LDPE ( Low Density Polyethylene ) yang mempunyai rantai cabang

digunakan sebagai pengemas yaitu sekitar 44,5 % dari total plastik kemas kemudian

diikuti HDPE ( High Density Polyethylene ) yang tidak mempunyai rantai cabang,

tapi merupakan rantai utama yang lurus kurang lebih 25,4 % ( Hartomo, 1993).

Mengenai sifat fisika dan mekanika HDPE dan LDPE dapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Sifat Fisika dan Mekanika HDPE dan LDPE Sifat fisika dan

mekanik

HDPE rantai lurus LDPE rantai cabang

Titik leleh 125 – 130 0C 105-115 0C

Derajat kristalinitas 85- 95 % 65 %

Berat jenis 0,95 – 0,96 0,91-0,92

Titik lunak 124 0C 105 0C

Kekuatan tarik 245 kgf/cm2 144 kgf/cm2

Perpanjangan 100 % 500 %

(Surdia, 1995 ).

2.1.1 Sifat kimia Polietilena

Polietilena adalah bahan polimer yang sifat kimianya cukup stabil terhadap larutan

dan hampir semua pereaksi kimia pada temperatur kamar. Polietilena tidak dapat

dilarutkan dengan pelarut organik, bersifat non polar dan tidak menunjukkan

perbedaan sifat listrik.

LDPE bersifat lentur, ketahanan listrik yang baik, kedap air, lebih lunak dari

(21)

HDPE memilki kecenderungan untuk mengkerut dan getas selama dicetak sehingga

merupakan material yang kritis terhadap cetakan. Polietilena cenderung tidak tahan

terhadap perubahan cahaya sehingga mudah berubah warna oleh pengaruh cahaya

matahari dan menghasilkan material yang berwarna hitam (Cowd, M.A., 1991 ).

2.2 Maleat Anhidrat

Maleat anhidrat masih digunakan dalam penelitian polimer. Maleat anhidrat dapat

dibuat dari asam maleat, seperti reaksi dibawah ini :

O O

Asetat anhidrat Asam maleat anhidrat

O

Gambar 2.2. Pembentukan Maleat Anhidrat

Maleat anhidrat dengan berat molekul 98,06, larut dalam air, meleleh pada

temperatur 57- 60 0C, mendidih pada 202 0C dan spesifik grafiti 1,5.

Maleat anhidrat adalah senyawa vinil tidak jenuh merupakan bahan mentah

(22)

minyak pelumas, plastisizer dan kopolimer. Maleat Anhidrat mempunyai sifat kimia

khas yaitu adanya ikatan etilenik dengan gugus karbonil didalamnya, ikatan ini

berperan dalam reaksi adisi ( Arifin, 1996 ).

Dalam penelitian ini maleat anhidrat diharapkan menempel ( tergrafting ) pada

matriks HDPE dengan variasi konsentrasi yang maksimum.

2.3 Inisiator

Inisiator sering digunakan untuk membentuk radikal bebas

Tabel 2.3 Beberapa contoh senyawa peroksida Nama Campuran yang Umum

Alkil peroksi radikal ROO.

(23)

Asetil peroksida CH3-C(O)O2·

Benzoiloksil φ-CO2·

Benzoil peroksida φ-C(O)O2·

Beberapa alasan mengapa digunakan peroksida sebagai inisiator yaitu:

a. Kecepatan dekomposisi peroksida

b. Keraktifan radikal dalam penyerapan atom hidrogen pada polimer

c. Proses awal dekomposisi untuk menghasilkan radikal bebas bergantung pada

kekuatan reaksi dan variasi proses.

d. Keraktifan radikal dalam penyerapan atom hidrogen pada polimer

e. Waktu paruh peroksida

f. Sifat fisik peroksida

Gambar dekomposisi dari benzoil peroksida dapat dilihat pada gambar 2.3

Gambar 2.3 Mekanisme dekomposisi dari benzoil peroksida (BPO)

( Carry, M.,1998).

Benzoil peroksida Benzoiloksil radikal

(24)

Sebuah kopolimer graft adalah sebuah polimer dimana menempel satu atau lebih

spesies blok pada rantai.

Pada polimer graft dapat bersifat homopolimer dan kopolimer .

2.4.1 METODE GRAFTING

A. Mekanisme Radikal bebas

Adalah metode tertua dan terluas penggunaannya,karena relatif simpel. Ada 5 metode

grafting dengan mekanisme radikal bebas yaitu:

1. Metode Kimia (chemical method)

Radikal bebas di lepaskan oleh inisiator seperti benzoyl peroxide (BPO) atau

azobisisobutironitrik(AIBN).

Kelompok khromoponik dipolimer menyerab radiasi elektro magnetik pada daerah

visibel dan elektromagnetik. Hasilnya pemutusan ikatan dan kemudian pada

dekomposisi radikal dimana menghasilkan inisiasi grafting.

(25)

3. Metode Radiasigrafting

Pada metode ini kopolimer graft dimulai pada daerah radikal pada rantai polimer

dengan energi radiasi yang tinggi pada daerah vakum atau medium lainnya.

4. Metode Plasmagrafting

Grafting plastik seperti fiber dengan pemberian sinar. Dengan suhu yang rendah

merupakan sistem yang kompleks untuk elektron, atom, spesies ionisasi dan pelepasan

atom dan molekul

5. Metode Kimia mekanik grafting

Mekanisme yang bersifat reaktif dan ultrasonik menyebabkan polimer mengalami

degradasi disebabkan oleh sebuah radikal bebas.

B. Mekanisme ionik

Merupakan teknik yang baik untuk persiapan kopolimer graft. Metode ini dibagi dua

yaitu :

1. Metode Anionik

Graft kopolimerisasi mengalami inisiasi oleh anion dengan reaksi basa dengan asam

proton pada rantai utama polimer.

Contoh. Poliamida dilapisi dengan logam natrium dalam larutan amonia dan

mengalami grafting dengan unit monomer.

2. Metode Kationik

Reaksi inisiasi diantara alkil halida dan asam lewis merupakan contoh untuk kationik

grafting.

C. Mekanisme koordinasi

Stereospesifik inisiator memberikan stereo blok kopolimer mengandung rangkaian

(26)

Greber menggrafting hidrokarbon kedalam poli ( strirena- cobutadiena ) menggunakan

ziegler natta.

D. Mekanisme Coupling

Polimer yang mengandung hidrogen yang aktif digunakan untuk sintesis kopolimer

graft. poly ( etilena oksida ) adalah grafting yang mudah kedalam nilon.

Faktor – faktor yang mempengaruhi daerah grafting pada polimer adalah :

(a) Struktur dasar sebuah polimer

(b) Struktur dasar monomer dan comonomer

(c) Struktur dan konsentrasi inisiator

(d) Efisiensi kecepatan proses ; Efisiensi kecepatan monomer dan inisiator dengan

polimer. Efisiensi kecepatan proses menentukan konsentrasi reaktan.

(e) Suhu; proses suhu yang tinggi secara umum menyebabkan polimer mengalami

degradasi, mengurangi half-life inisiator, mengubah kecepatan atau

kespesifikan reaksi (Sigh, R.P. 1992).

2.4.2 Mekanisme Grafting MA kedalam HDPE

Mekanisme grafting MA kedalam HDPE dapat dilakukan dalam beberapa tahap yaitu:

1. Tahap dekomposisi peroksida

2. Tahap Inisiasi

3. Tahap Propagasi

4. Tahap Transfer rantai

(27)

Dekomposisi peroksida

Benzoil Peroksida Benzoilpksil radikal

Benzoilpksil radikal

Polietilena

(28)

Ikat Silang ( Crosslinking )

( Mousa G., 2002). 2.5 Xylen

Xylen merupakan salah satu dari isomer gugus hidrokarbon aromatik. Ketiga isomer

xylen ( 0-xylen, m-xylen, p-xylen ) dan ethilbenzena mempunyai kesamaan berat

molekul yaitu : 106,2 dan susunan yang sederhana C8H10. Nama, struktur senyawa dan

titik didih serta titik lebur dari senyawa ini ditunjukkan pada:

Tabel 2.5. Sediaan dari Xylen dan Etilbenzena

(29)

p-xylen

2.6 Analisa Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)

Pada tahun 1965, Cooley dan Turky mendemontrasikan teknik spektroskopi FTIR

(Fourier Transform Infrared Spectroscopy). Pada dasarnya teknik ini sama dengan

spektroskopi inframerah biasa, kecuali dilengkapi dengan cara penghitungan Fourier

Transform dan pengolahan data untuk nendapatkan resolusi dan kepekaan yang lebih

tinggi. Teknik ini dilakukan dengan penambahan peralatan interferometer yang telah

lama ditemukan oleh Michelson pada akhir abad 19. Michelson telah mendapatkan

informasi spectrum dari suatu berkas radiasi dengan mengamati interferogram yang

diperoleh dari interfemeter tersebut. Fellet (1970) juga telah menggunakan

perhitungan Fourier Transform pada Spektrometer dalam bidang astronomi.

Penggunaan Spektrometer FT-IR untuk analisa banyak diajukan untuk

identifikasi suatu senyawa. Hal ini disebabkan spektrum FT-IR suatu senyawa

(misalnya senyawa organik) bersifat khas, artinya senyawa yang berbeda akan

mempunyai spektrum yang berbeda pula. Vibrasi ikatan kimia pada suatu molekul

menyebabkan pita serapan hampir seluruhnya didaerah spectrum IR yakni 4000-400

cm-1.

Pada temperatur biasa molekul organik frekuensi vibrasinya dalam keadaan

tetap. Masing-masing ikatan mempunyai vibrasi regangan (stretching) dan vibrasi

tekuk (bending) yang dapat mengasorbsi energi radiasi pada frekuensi itu. Yang

(30)

dua atom didalam suatu molekul. Vibrasi regang ini ada dua macam, yaitu regang

simetris dan tak simetris. Yang dimaksud vibrasi tekuk adalah terjadinya perubahan

sudut antara dua ikatan kimia. Ada empat macam vibrasi tekuk, yakni vibrasi tekuk

dalam bidang (inplane bending)yang dapat berupa vibrasi scissoring (deformasi) atau

vibrasi rocking dan vibrasi keluar bidang (out of plane bending) yang dapat berupa

wagning atau berupa twisting ( Seymour, 1984).

Formulasi bahan polimer komersial dengan kandungan aditif bervariasi seperti

pemlastis, pengisi, pemantap dan antioksidasi, memberikan kekhasan pada spektrum

inframerahnya. Analisis inframerah memberikan informasi tentang kandungan aditif,

panjang rantai, dan struktur rantai polimer. Disamping itu, analisis IR dapat digunakan

untuk karakterisasi bahan polimer yang terdegradasi oksidatif dengan munculnya

gugus karbonil dan pembentukan ikatan rangkap pada rantai polimer. Gugus lain yang

menunjukkan terjadinya degradasi oksidatif adalah gugus hidroksida dan karboksilat.

Umumnya pita serapan polimer pada spektrum inframerah adalah adanya

ikatan C-H regangan pada daerah 2880 cm-1 -2900 cm-1 dan regangan dari gugus

fungsi lain yang mendukung untuk analisis suatu material.

Banyak faktor yang mempengaruhi frekuensi vibrasi ikatan dalam molekul dan

tidak mungkin memisahkan pengaruhnya suatu dari yang lain, sebagai contoh serapan

ikatan C=O dalam gugus keton (RCOCH3) lebih rendah daripada dalam RCOCl.

Perubahan frekuensi struktur C=O ini karena perbedaan massa diantara CH3 dan Cl.

Molekul yang terdiri dari beberapa atom tidak saja bervibrasi pada frekuensi

ikatan, tetapi juga pada ”overtone” frekuensi. Bila suatu ikatan bervibrasi; ikut pula

sisanya dalam molekul. Vibrasi harmonis ( overtone) mempunyai frekuensi yang

merupakan kelipatan dari frekuensi dasar ( fundamental ).

Suatu pita kombinasi adalah jumlah atau perbedaan antara dua vibrasi

harmonis. Keistimewaan spektra infra merah disebabkan oleh pita-pita ini. Frekue nsi

gugus ini memungkinkan penentuan ada atom atau tidak adanya suatu gugus fungsi

(31)

(a) Resonansi yang dapat menyebabkan penyerapan orde ikatan rangkap dan

frekuensi dengan 30 cm-1

(b) Ikatan Hidrogen

(c) Efek tegangan lingkar.

Spektra infra merah dapat dibagi dalam :

1) Sumbu Vertikal yaitu biasanya linier dalam bilangan gelombang ( dalam cm-1)

Spektra kontinu dari 4000 – 650 cm-1

2) Sumbu Vertikal yaitu biasanya linear dalam % transmisi ( 100% T diatas, 0% T

dibawah )

(Hummel, D.O., 1985)

2.6.1 Hubungan spektra Infra merah dengan struktur molekul

Informasi empiris tentang bermacam gugus fungsi dapat mengabsorbsi, disimpulkan

dalam ” chort = korelasi ” yang digunakan untuk identifikasi.

Dengan korelasi ditemukan dalam wilayah unit infrared dibagi dalam wilayah:

1. Frekuensi gugus 4000 -1300 cm-1

2. Wilayah finger print 1300 - 600 cm-1

Dalam wilayah frekuensi gugus pita absorbsi terpenting disebabkan oleh unit vibrasi

dari dua atom dalam molekul jadi harga gugus fungsi. Faktor – faktor yang

mempengaruhi letak pita absorbsi:

(a) Adanya resonansi

(b) Bila terjadi perubahan sifat ikatan

(c) Adanya ikatan hidrogen

(d) Macam pelarut yang dipakai.

Tabel 2.6. Korelasi gugus fungsional untuk HDPE termodifikasi

Graft Monomer Gugus fungsionil Ir Peak ( cm-1 )

Maleat anhidrat

(MA)

C=O ( Single Unit )

C=O ( dihubungkan terhadap oligo-

1792, 1715

(32)

MA, , -anhidrat ta k jenuh )

C=O 1713,1790,1867

Dietil maleat C=O 1740

Asam akrilat C=O 1710,1720

(Mousa, G.2002)

BAB 3

BAHAN DAN METODE PENELITIAN

3.1 Alat dan Bahan 3.1.1 Alat

Adapun alat-alat yang digunakan adalah sebagai berikut :

- Neraca Analitis Mettler Toledo

- Botol Aquadest

- Alat-alat Gelas Pyrex

- Labu Ukur Pyrex 500 ml

- Oven Memmert

- Alat Pemanas PMC

(33)

- Hot Mixer Heles CR-52

Dihidupkan alat Internal Mixer selama 1 jam

3.2.2. Preparasi Sampel

Ditimbang Polietilena ( HDPE ) , MA, BPO masing –masing sesuai dengan

(34)

3.2.3 Proses Grafting MA kedalam HDPE

Dihidupkan alat dan diatur suhu sampai 1450C selama 60 menit . Dimasukkan HDPE

dan diputar selama 5 menit. Setelah 5 menit ditambahkan MA dan BPO dan diputar

kembali selama 55 menit. Dikeluarkan dan didinginkan dengan penambahan es pada

suhu kamar. Dilakukan prosedur yang sama untuk sampel berikutnya.

3.2.4 Menghitung Derajat Grafting

HDPE tergrafating MA yang diperoleh dari Internal Mixer ditimbang 1 gram

kemudian direfluks dengan 100 ml xylen. Setelah larut ditambahkan 40 ml aseton

sehingga terbentuk endapan, lalu disaring dengan kertas saring yang terhubung

dengan pompa vakum dan dicuci dengan metanol berulang kali. Endapan yang

diperoleh dikeringkan di Oven pada suhu 1200 C selama 6 jam. Endapan yang sudah

kering ditimbang dan dicatat beratnya kemudian direfluks kembali dengan 100 ml

xylen. Kemudian ditambahkan 1 tetes air dan direfluks selama 15 menit. Lalu

ditambahkan indikator Fenofthalin 1 % kemudian dititrasi dengan KOH 0,05 N dalam

keadaan panas. Titrasi dihentikan bila terjadi perubahan warna dari putih menjadi

merahjingga dan dicatat volumenya.

(35)

Ditimbang 2,8 gram KOH dilarutkan dengan methanol kemudian dimasukkakan

kedalam lanu takar 1000 ml sehingga diperoleh larutan KOH 0,05 N dalam methanol.

3.2.6 Uji Spektroskopi FTIR

HDPE murni dan HDPE tergrafting MA dengan derajat grafting paling banyak di

cetak tekan panas pada suhu 145 0 C selama 15 menit, sehingga akan diperoleh film

HDPE murni dan HDPE tergrafting MA. Film spesimen ini dijepit pada tempat

sampel kemudian diletakkan pada alat kearah sinar infra merah. Hasilnya akan

direkam pada kertas berskala aluran kurva bilangan gelombang terhadap intensitas,

hasilnya akan dilihat pada spektra FTIR.

3.3 Bagan Penelitian

3.3.1 Proses Grafting MA pada HDPE dengan Radikal bebas

Dimasukkan HDPE kedalam alat Internal Mixer

pada suhu 1450C dan diputar selama 5 menit

Ditambahkan MA dan BPO dan diputar kembali

selama 55 menit

Dikeluarkan dan didinginkan dengan

penambahan es pada suhu kamar

Dilakukan prosedur yang sama untuk sampel

(36)

Iwan Pranata Sitepu : Pengaruh Konsentrasi Maleat Anhidrat Terhadap Derajat Grafting Maleat Anhidrat Pada High 3.3.2 Menghitung Derajat Grafting dengan metode titrasi

Direfluks dengan 100 ml xylen selama 60 menit

Ditambahkan aseton 50 ml

Disaring dan dicuci kembali dengan metanol

berulang-ulang 1 gram HDPE -g- MA

Larutan HDPE-g- MA

(37)

Dikeringkan di dalam Oven pada suhu 1200C

selama 6 jam

Direfluks dengan 100 ml xylen selama 45 menit

Ditambahkan 1 tetes air dan direfluks kembali

selama 15 menit

Setelah 15 menit ditambahkan indikator

Fenolthalein 1 %

Dititrasi dengan KOH 0,05 N pada keadaan

panas

Titrasi dihentikan bila perubahan warna dari

putih menjadi merah jingga

Dicatat volume titran dan dihitung derajat

graftingnya

3.3.3 Pembuatan Film untuk analisa FTIR

Dimasukkan ke alat cetak tekan

(38)

Dimasukkan ke alat Press

Dipress selama 15 menit pada suhu 145 0C

ANALISA DENGAN FTIR

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 HASIl PENCAMPURAN POLIMER

Pada penelitian ini dilakukan pencampuran antara HDPE/MA/BPO. Hasil

pencampuran variasi komposisi campuran dapat dilihat pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 Data Hasil Pencampuran Polimer

HDPE-g-MA

(39)

NO Sampel

Grafik perbandingan derajat grafting dengan konsentrasi MA terlihat pada gambar 4.1

Gambar 4.1 Grafik perbandingan derajat grafting dengan konsentrasi MA 4.2 PERHITUNGAN

Bilangan Asam =

(40)

Untuk Sampel 1 diperoleh volume KOH = 1,3 ml dan berat endapan = 0,885 gram,

maka dari rumus diatas diperoleh :

Bilangan asam =

= 4,26

Derajat grafting( %) =

=

3,72 %

Dengan cara yang sama untuk sampel hdpe-g-ma 2,3,4,dan 5 diperoleh hasil :

Derajat grafting sampel 2 = 12,38

4.3 PEMBAHASAN

Reaksi radikal bebas dari monomer kedalam hidrokarbon ( polyolefin ) adalah jenis

inisiasi melalui alkoksi radikal yang dibentuk dari dekomposisi peroksida.

Pencangkokan maleat anhidrat kedalam polietilena terjadi ketika polimer tersebut

menjadi radikal. Bentuk formasi pencangkokan maleat anhidrat kedalam HDPE dapat

berupa disproporsionasi dan cross-lingking. Semakin banyak jumlah maleat anhidrat

tergrafting pada HDPE maka semakin tinggi juga derajat graftingnya.

4.3.1 Pengaruh konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat grafting

Pengaruh konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat grafting tertera pada tabel

berikut.

Tabel 4.2 Perbandingan konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat grafting

Konsentrasi Maleat ( % ) Derajat Grafting ( % )

(41)

6 12,38

9 5,24

12 5,08

15 4,83

Pengaruh konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat grafting tertera pada

tabel 4.2. Pada penelitian ini, penentuan derajat grafting dilakukan dengan metode

titrasi. Persentase derajat grafting bertambah pada konsentrasi monomer 3 dan 6 %.

Posisi maksimum ditandai pada saat konsentrasi maleat anhidrat 6 %. Ini

menunjukkan bahwa kenaikan derajat grafting disebabkan oleh formasi cross-lingking

polimer dan poli (maleat anhidrat maleat) bertambah. Hasil ini didukung oleh Gaylor

yang telah meneliti proses grafting maleat pada polietilena (Gaylor, 1989).

Persentase derajat grafting mulai menurun ketika konsentrasi maleat anhidrat lebih

dari 6 %. Ini disebabkan karena terjadinya homopolimerisasi, yang menyebabkan

monomer-monomer maleat anhidrat cenderung untuk membentuk diri polimer sendiri

dibandingkan dengan menempel pada rantai HDPE. .

Persentase derajat grafting tidak hanya bergantung pada jumlah rantai cabang tetapi

juga berat molekul mereka; dimana dapat menurunkan derajat grafting dengan

penambahan konsentrasi inisiator. Ketika konsentrasi poli ( maleat anhidrat )

makroradikal bertambah, maka laju kombinasi mereka dan disproporsionasi juga

bertambah terhadap pembentukan polietilena makroradikal. Hasil ini didukung oleh

Mousa Ghaemy yang telah meneliti proses grafting maleat pada polietilena dengan

teknik refluks (Mousa G.2002).

4.3.2 Analisa FTIR campuran HDPE/ MA/BPO

Penerapan spektroskopi infra merah dalam penelitian polimer mencakup dua aspek

yaitu aspek kualitatif dan aspek kuantitatif. Penelitian ini lebih menekankan aspek

kualitatif karena berupa penentuan struktur dengan cara mengamati frekuensi –

(42)

membandingkan spektra polietilena murni dengan spektra campuran polietilena

dengan maleat anhidrat dan benzoil peroksida yang dapat dilihat pada lampiran

Bilangan Gelombang FTIR HDPE murni dapat dilihat pada tabel 4.1

Tabel 4.1 Bilangan gelombang HDPE murni

Sampel Bil Gelombang ( cm -1 ) Gugus Fungsi

Polietilena ( HDPE )

2851,0- 2926 CH2

1462,97-1472,83 C – H

3607,77 OH

Bilangan gelombang FTIR untuk HDPE + MA + BPO dapat dilihat pada tabel 4.2

Tabel 4.2 Bilangan gelombang HDPE + MA + BPO

Dari tabel 4.2 hasil spektra FTIR menunjukkan telah terjadi interaksi antara HDPE,

MA dan BPO. Hal ini ditunjukkan dengan munculnya puncak serapan bilangan

gelombang 2924 cm-1 khas untuk CH2 dari polietilena dan maleat anhidrat yang

didukung puncak serapan bilangan gelombang pada daerah 1718, 1786 dan 1896 cm-1

(serapan gugus karbonil) dari anhidrida maleat.

BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

(43)

1. Reaksi grafting antara HDPE dengan MA dengan inisiator BPO didalam

alat Internal Mixer pada suhu 1450C dapat terjadi.

2. Variasi konsentrasi MA yang maksimum pada HDPE adalah sebesar 6 %

dengan derajat grafting 12,38%.

5.2 SARAN

1. Dilakukan penelitian lebih lanjut dengan monomer lain seperti anhidrida

asetat dan bahan polimer yang lain seperti PBT ( poli butilen tereftalat )

(44)

Arifin.1996. Sintesis Kopolimer Stirena Maleat Anhidrida dan

Karakterisasinya . Tesis PPS Kimia, Bandung: Institut Teknologi Bandung Press.

BilLmeyer, W.F.1994. Textbook of Polymer Science. 3 rd ed. New York :Jhon Wiley.

Carry, M. Curos A. Flu T.A. 1998. The radical grafting of styrene onto polyethylene intensive mixer. Journal Application polymer Science.69. 1307-1317.

Curlee, T.R.1991. Plastic Waste management Control, recycling and Diposal. New Yersey: Noyes Data Corp.

Cowd, M.A.1991. Kimia Polimer. Bandung : Institut Teknologi Bandung Press.

Gaylor, N.G. and Mehta, R. Peroxide-catalyzed grafting of maleic anhydride on to molten polyethylene in the presence of polar organic compounds. Journal Application Polymer Science. Part A.Polymer chemistry.

26.1189-1198.

Hartomo, A.J.1993).Politeknik Pemrosesan Polimer Praktis . Yogyakarta: Andi Offset.

Hummel, D.O.1985. Infrared Spectra Polymer in The Medium And Long Wavelenght Region. London : Jhon Willey & Sons.

Machado, A.V. Covas J.A., 2000. Monitoring Polyolefin Modificaion along the Axis of a Twin-Screw Extruder.II. Maleic Anhydride Grafting. Journal of Polymer Science: Part A. Vol 38.3919-3932. Portugal : University of Minho.

Mouse, G. Solaimon Roohina .2003.Grafting of Maleic Anhydride on Polyethylene in a Homogeneous Medium in Presence of Radical Initiator. Iranian Polymer Journal.12 (1) 2003.21-29 Iran: University of Mazandaran Babolsar-47415.

Singh, R.P. 1992. Surface grafting onto polyethylene-A Survey of recent Development. Program Polymer Science. Vol 17. 231-281.India: Pergamon Press Ltd.

Seymour 1984. Structure-Property Relation ship in Polimer. New York : Plenum Press.

(45)

(46)

Dari spektra FTIR diatas diperoleh korelasi gugus fungsi sebagai berikut :

2851,0- 2926 CH2

1462,97-1472,83 C – H

3607,77 OH

(47)

Dari spektra FTIR diatas diperoleh korelasi gugus fungsi sebagai berikut :

tergrafting

3604,61 O—H

2924,94 CH2