.Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi, BAT AN

Aplikasi Isotop dan Radiasi. J 996

KARAKTERISTIK

KOPOLIMER TEMPEL LDPE-g-PDMAEA

Mirzan T. Razzak*, A. Widadi**, Darsono*, dan Siti Soedarini**

.

Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi, BAT AN .. Jurusan Kimia. Universitas Indonesia

ABSTRAK

KARAKTERISTIK KOPOLIMER TEMPEL LDPE-g-PDMAEA. Studi penempelan N.N-Dimetilaminoetil-akrilat (OMAEA) pada film polietilen kerapatan rendah (LOPE) dengan teknik radiasi simultan telah dilakukan. Beberapa sifat dan karakteristik dari kopolimer tempel LOPE-g-PDMAEA seperti spektroskopi inframerah, mikroskop elektron, siCat hidrofilisitas, konduktivitas listrik, siCatmekanik, dan kestabilan kimia juga dipelajari. Modifikasi secara kimia dilakukan dengan cars saponifikasi gugus ester akrilat menjadi garam akrilat. Perbaikan dari sifat yang diamati menunjukkan bahwa kopolimer tempel hidrofilik ini dapat diaplikasi secara praktis, misalnya sebagai membran polimer sintesis atau biomaterial.

ABSTRACT

CHARACTERISTIC OF THE LDPE-g-PDMAEA GRAFT COPOLYMER. A study on the simultaneous radi-ation grafting of N,N-dimethylamineethyl-acrylate (OMAEA) onto low density polyethylene films (LOPE) has been made. Some properties and characteristic of the LOPE-g-POMAEA graft copolymer such as infra-red spectroscopy, scanning elec-tron microscope, hydrophilic properties, electrical conductivity, mechanical properties, and chemical stability were also stud-ied. Chemical modification by saponification reaction was done to convert the ester acrylates into their acrylate salts. An im-provement in these properties was observed which makes prossible to use these hydrophilic graft copolymers in some practi-cal application such as synthetic polymeric membranes or biomaterials.

PENDAHULUAN

Kopolimerisasi tempel merupakan salah satu cara untuk memodifikasi sifat kimia daD fisika daTi bahan polimer, diantaranya untuk mendapatkan bahan membran maupun bahan polimer fungsional yang dapat digunakan dalam bidang kedokteran.

Pada umumnya, polietilen (PE) dan polimer yang mengandung gugus floc seperti Polietilen Fluoro Etilen (pTFE) banyak digunakan sebagai bahan dasar polimer yang akan dimodifikasi, karena mereka memiliki sifat mekanik, kestabilan termal daD kimia yang baik, daD da-pat menginduksi reaksi kopolimerisasi tempel jika diira-diasi (I). Penempelan monomer viml dan monomer akri-lat pada polietilen dan polimer yang mengandung gugus floc telah dilakukan serta suat dan karakteristik dari ko-polimer tempel yang dihasilkan dipelajari secara seksama (2-{).

Dalam makalah sebelumnya (7), telah dilaporkan kinetika radiasi kopolimerisasi tempel DMAEA dengan film LDPE, berikut ini dilaporkan beberapa sifat daD karakte-ristik dari kopolimer tempel Polietilen daD di-metilaminoetil-akrilat (LDPE-g-PDMAEA) tersebut.

BAHAN DAN METODE

Bahan. Film kopolimer tempel polietilen daD dimetilamino-etilakrilat (LDPE-g-PDMAEA) dibuat

dengan jalan radiasi simultan monomer N,N-Dimetil-aminoetilakrilat (DMAEA) pada polietilen kerapatan rendah (LDPE). lradiasi dilakukan pada dosis 5, 10, 15, dan 20 kGy dengan laju dosis 5 kGy/jam (7). Bahan kimia lain berupa pelarut kualitas analisis langsung digunakan tanpa pemurnian lebih Ianjut.

Saponifikasi Kopolimer Tempel. Kopolimertem-pel yang sudah bersih direaksikan dalam KOH 2,5%, kemudian dipanaskan selama 10 jam pada subu 80-90. C untuk mengubah gugus ester akrilat menjadi garam kalium akrilat.

Kadar Penyerapan Air. Sampel yang telah di-ketahui beratnya direndam dalam air destilasi pada subu ruang, sehingga kesetimbangan penyerapan air tercapai (umumnya sampai 24 jam). Sampel dipindahkan daD kelebihan air dihilangkan dengan kertas saring. Kadar penyerapan air dihitung dari kenaikan berat saat basah.

S (%) = (Ws

-

Wg)/Wg x 100 di mana:

S

=

adalah kadar penyerapan air Ws = adalah berat film basah Wg

=

berat film kering

Pengukuran Sudut Kontak Air. Sudol kontak antara air dengan sampel diukur dengan Face Contact Angle Meter (KYOWA) pada suhu mango Pengukuran dilakukan pada selang waktu 30-60 detik setelah pe-netesan air.

Apbu,6i /6otOp don Radiasi, /996

Sifat Mekanik. Pengukuran kuat tarik (TB) dan .ur putus (Ea>dilakukan dengan menggunakan Instron, tcstCl 1122.

Spektroskopis Inframerab. Sampel LDPE dan LDPE-J-PDMAEA berupa f1lmtipis yang trasparan, maka umpellangsung ditempatkan pada tempat sampeI. Spek-trum inframerah film LDPE dan LDPE-g-PDMAEA diukur

cknpn menggunakan spektrofotometer IR-Hitaehi pada

bilaDpn gelombang antara 500-4000 em-I.

Konduktivitas Listrik. Sampel kopolimer tempel clikondisikandalam KCl3N selama 10jam pada suhu 80-90°C. Resistansi listrik diukur dalam KCl 3N pada sOOu ruang dengan menggunakan Ohmmeter.

Kestabilan Kimia. Tes kestabilan kimia dilaku-kan clcngan merendam sampel pada beberapa asam (asam uetat ~ N dan HCI 5 N) dan basa (KOH 5 N) selama 48 jam, dan persentase berat yang hilang pada sampel film

ditentukan.

Pengamatan Mikroskop Elektron. Confab sampel dipotong dengan ukuran 0,5 em x 0,5 em ditempel pada tempat sampel, dilapisi emas (-400 A) dalam va-cuum jar lalu dilakukan pengamatan dengan menggunakan alat Scanning Electron Microscopy (SEM) buatan JEOL JSM-T3oo.

HASD.. DAN PEMBAHASAN

Spektroskopi JR. Spektra inframerah dari film LDPE asli dan film LDPE-g-PDMAEA dapat dilihat pada Gambar 1. Terlihat adanya penambahan pita-pita serapan di 3500, 1720, 1580, dan 1180 em-I. Bilangan gelombang di 3500 em-Idan 1580 em-Imerupakan serapan vibrasi uIur O-H daD vibrasi ulur N-H yang menunjukkan adanya ikatan hidrogen ~O. Serapan utama pada kopolimer tem-pel ini terlihat pacta serapan vibrasi uIur c=o di 1720 em-I daD vibrasi uIur C-O di 1180 em-'. Hal ini menun-jutbn bahwa DMAEA yang mempunyai gugus

fungsio-nal scsuai telah menempel pada polimer dasar LDPE. Silat Hidrofilisitas. Film polietilen setelah ditem-pet clcngan gugus yang bersifat hidrofilik mempunyai ke-mampuan untuk menyerap air atau pelarut polar lainnya. Sifat hidrofilisitas kopolimertempel LDPE-g-PDMAEA dapat dilihat dari sifat pemQasahan (sudut kontak air) clan kadar penyerapan (absorpsi) air. '

Pada Gambar 2 terlihat penurunan, sudut kontak air dengan bertambahnya kadm' pencropelap, yang menun-jukkan bertambahnya hidrofilisitas permukaan pOlimer. Setelah saponifikasi sudut kontak kopolimer menurun, di-sebabkan oleh solvasi air yang besar pacta gugus ion karboksilat.

Pada Gambar 3 terlihat bahwa kenaikan kadar penyerapan air sejalan dengan bertambahnya kadar pe-nempelan. Kadar penyerapan air tidak dipengaruhi oleh kondisi-kondisi pereobaan, tetapi dipengaruhi oleh kadar penempelan. LAWLER dan CHARLESBY (8), mempela-jari penempelan asam akrilat pada polietilen dengan teknik radiasi simuItan dan menemukan kadar penyerapan air-nya Dolpada kadar penempelan kurang daTi 15%, sedang HEGEZY (9), mendapatkan kadar penyerapan air sekitar

40% pada kadar penempelan kurang dari 20% pada pe-nempelan NVP pada film LDPE dengan teknik yang sarna. Pada studi ini. kenaikan kadar penyerapan air eenderung linier pada kadar penempelan kurang dari 20%. Setelah saponifikasi. kadar penyerapan air bertambah karena solva-si air pada gugus ion karboksolva-silat.

Konduktivitas Listrik. Konduktivitas listrik yang tinggi merupakan karakterisasi utama pacta membran penukar ion, sedangkan untuk biomaterial konduktivitas listrik yang tinggi tidak diperlukan. Adanya sifat hantar-an listrik disebabkhantar-an oleh adhantar-anya gugus yhantar-ang ionik atau gugus yang polar. Polietilen mempunyai konduktivitas lis-trik yang kecil (- 10-16n-Iem-I). tetapi setelah penempel-an, mempunyai koduktivitas listrik yang besar.

Gambar 4 memperlihatkan bahwa konduktivitas listrik meningkat dengan bertambahnya kadar an. Fakta tersebut menunjukkan bahwa proses penempel-an berawal daTi kedua permukapenempel-an film LDPE masuk sampai ke bagian tengah film. Homogenitas tercapai pada kadar penempelan di alas 20%. di mana konduktivitas lis-trik cenderung konstan. Setelah saponifikasi, konduktivi-tas listrik lebih besar dibandingkan dengan sebelum disaponifIkasi, karena perubahan gugus ester akrilat men-jadi garam kalium akrilat (-COO- K+)yang bersifat ionik. ELLINGHORST, ~!!t. (9), membuat membran penukar ion dengan teknik penempelan monomer N,N-dimetilamino-etilakrilat (DMAEA) pada film AFLON (COP 1FEIED) se-cara radiasi daD mendapatkan bilangan transpor dan kon-duktivitas listrik yang optimum pada kadar penempelan an tara 40-60%. Pacta studi ini basil yang didapat me-mungkinkan pula penggunaan kopolimer tempel ini sebagai membran penukar ion.

Sirat Mekanik. Sifat mekanik polimer yang baik sangat diperlukan pada aplikasi praktis. Pada penelitian ini sifat mekanik yang ditunjukkan oleh pengukuran kuat tarik (Ts) daD mulur putus memperlihatkan penurunan jika dibandingkan dengan Ts daD Eb polietilen sebelum penempelan.

Gambar 5 daD 6 memperlihatkan penurunan Ts dan Eb pada kopolimer tempel LDPE-g-PDMAEA dalam keadaan kering clan basah dengan bertambahnya kadar penempelan. Pacta kadar penempelan di alas 20% Ts dan Eb dalam keadaan kering eenderung konstan. Dalam keadaan basah Eb lebih besar dibandingkan dalam keadaan kering, sedangkan pada Ts eenderung tetap. Setelah sapo-nifikasi Ts daD Eb dalam keadaan kering dan basah lebih kecil dari sebelum saponiflkasi, disebabkan pengaruh pe-11lanasandan perubahim,struktur molekuI.

Kestabilan Kimia. Tabel I menunjukkan penu-runan berat kopolimer tempel LDPE-g-PDMAEA tanpa perlakuan daD saponifikasi, setelah direndam dalam HCI. asam asetat. dan KOH selama 48 jam. Polietilen mempu-nyai kestabilan kimia yang baik pada beberapa bahan kimia dan setelah penempelan kestabilan kimianya masih cukup baik. Kestabilan kimia yang baik sangat diperlukan pada aplikasi praktis.

Pengamatan Mikroskop Elektron. Gambar 7a memperlihatkan permukaan LDPE sebelum penempelan. Gambar 7b clan 7c menunjukkan perubahan permukaan film LDPE setelah penempelan, daD terlihat dengan

Aplikasi Isotop don Radiasi. 1996 pelarot aseton permukaannya lebih halos dibandingkan

dengan pelarot etilasetat. Setelah saponifikasi, permukaan cenderong menjadi halus dan terbentuk pori-pori yang asimetrik (Gambar 7d).

Tabel 1. Kestabilan kimia kopolimer tempel LDPE-g-PDMAEA setelah direndam dalam beberapa bahan kimia selama 48 jam

KESIMPULAN

Dari hasil karakteristik tersebut memungkinkan film LDPE-g-PDMAEA dapat dipakai sebagai membran penukar ion.

DAFfAR PUSTAKA

I. RAZZAK, M.T., Radiation grafting studies on the mod-ification of fluoropolymers and natural robber for biomaterial, Pill Dissertation, University of Tokyo (1988).

2. TABBADOR, S.H., FAZILAT, F., and GOULOUBAN-DI, R., Preparation of cationic membrane of poly-ethylene film by gamma-irradition, J. Macromol Scien. Chern. Al3 8 (1979) 1213.

3. ISHIGAKI,I., et. at, Graft polymerization of acrylic acid onto polyethylene film by preirradiation method, Journal of Applied Polymer Science 27 (1982)

1033.

4. YASUDA, H., and LAMAZE, C.E., Ionic reverse os-mosis membrane of grafted polyethylene, Journal of Applied Polymer Science 15 (1971) 16650. 5. RAO ZHIGONG, et. al., Gas-phase and liquid-phase

preirradiation grafting of AAc onto LDPE and HDPE films for pervaporation membranes, Radi-at, Phys, Chern. 19 (1992) 121.

6. RAZZAK, M.T., OTSUHATA, KK., and TABATA, Y., Modification of natural robber tubes for biom-aterials. II. Radiation-induced grafting ofN,N-dim-ethylamino-ethylacrylate (DMAEA) onto natural rubber (NR) tubes, Journal of Applied Polymer Sci-ence 38 (1989) 829.

7. WIDADI, A., RAZZAK, M.T., DARSONO, dan SOE-DARINI, S., "Studi kinetika iradiasi kopolimerisasi tempel N-N-Dimethylaminoetil akrilat (DMAEA) pada film polietilen", Aplikasi Isotop dan Radiasi Dalam Bidang Industri, Pertanian dan Lingkungan (Risalah Pertemuan Ilmiah Jakarta, 1993), BA-TAN, Jakarta (1994) 95.

8. LAWLER, J.P., and CHARLESBY, A., Grafting of acrylic acid onto polyethylene using radiation as initiator, Radiat, Phys. Chern. 15 (1980) 595. 9. HEGAZY, E.A., et. aI., Study on radiation grafting of

acrylic acid onto fluorine-containing polymer, Jour-nal of Applied Polymer Science, 26 (1981) 3871. 10. ELLINGHORST,G., et.al., Radiation initiated grafting

of polymer film an alternative technique to prepare membrane for various separation problems, Radi-at. Phys. Chern. 22 (1983) 22.

..,.

... ._.A

-,,4;~1"":;. -OC-\!'.~'...s ~;~I';',. f'~'~ h. VT A A

N

;-:(:t~'~ . "

~

" J.. 1.:. ;";_1. ;,,) ~5. i.. L

fi..&.f~l

l\H""'o(' ~~~ F?l-BATAN

Asam Asetat HCI5N KOH 5N Kadar 5N (%MT) (% IL\W) (%IL\W) fuaftinsz

(%) Tanpa Saponi Tanpa Saponi Tanpa Saponi Saponi fikasi Saponi fikasi _{Saponi fikasi}

fikasi fikasi fikasi

---0 0,00 0,00 0,01 0,02 0,00 0,00

18 0,00 0,01 0,02 0,02 0,00 0,00

22 0,05 0,03 O,ll 0,08 0,01 0,00

Aplikasi [solop dan Radiasi. J 996 100, .f'" ".'<L-IP 1 1 I I I

,

I I I I

,

I

i,1

1 "

, "

I ,

_{\ ,}

\ I II

~

/--~"\. , ~

;

'.,.1,111'1': . 111" ,-' V r/"('"""'" (I

(' \1

,

I

II

r

" " I I ,! i :) {

I

I ~

,

I I

-\ I (', ,I I ~" , I I

'

0 I I \ I \ I I \ I

-\

I' -

,

I'

h 1,1 \ J ,I I' loJ

.

,-I ,-I ' I I '. I \ ( II \' I "I' I II \' I I

" ,'.,"

,

! II I I :1,' " 1/ \ I I I \ I \1 1I_{"0 I} \_\1

,

., :L-

'

-, ;,n &G,

T

'0. 28. Go.

,.

.,..,., " "oor,, ,. 0 ,-,O",,,', T"I~.O.(.

(JVVVV'

(

/' I I /,--'~... (,

Gambar I. Spektrum inframerah film LOPE daD film LDPE-g-PDMAEA

100. 40r

_,

"t

30 .I 1</ ,'. /[;:] : I .. /:>-" '" -161-

/

p-;

...

/~;l I 101- .

/

~

..//

i

'r}/

j

J( ""

" "

"

" "

""""'11" '" "" III

j

~

'-' ... .~ 10 Kadar penempelan (%)

~

]

.g

_==' 00

~

':' 25 '~ I:: CI:I go 20 ... Q)

~

Q)

0.

... .g

~

0 6 10 0 8 Kadar penempelan (%) ,""" // /" A/a. ,

1

I ~ 18 20 28 30 38 ~O

Gambar2, Kurva hubungan sudut koDiak air dengan ka-dar penempelan

t:I

=

tanpa perlakuan: ~ = saponifikasi

Gambar 3, Kurva hubungan kadar penyerapan air dengan kadar penempelan

Gambar 5. Kurva hubungan Ts daD Eb dengan kadar pe-nempelan dalam keadaan kering

08

=

tanpa perlakuan; AA

=

saponifikasi

~

.~

~

'g

~

..

~

₀

a

---s

'"

~

E

_'"

;::: ~ Ac: ::I --"" q ./ 60 Gambar

4:

Kurvasemi-loghubungankonduktivitaslistrik

dengan kadar penempelan 0

=

tanpa

per-lakuan; A = saponifikasi l

I

/

1 /;' ~

!l

1 Jt-.) I 0 10 20 JO .0 100 tBOr 160 ,~IJ

]

_... <10" ""

~

800 iOO <100 -,500 't!. ,...:: .0 .'AOO

~

~

100 c..

~

-,~OO ::::E -,100 0 ~O

Aplikasi Isotop dan Radiasi. 1996

Kadar penempelan (%) I' 120 I-"'s I"

~

too~ ~ I' ,...::

I

~

60"' '-' ~

a

.... .... ""

~

. '13 "A-, '-.~\- ,fr--f'-~" ~: P- "---J1 . [""7':::' Q 'J; A .10 ,. 20 ,. 0.. 0 LL.LLLlJ...LLJ..! 10 20 JO Kadar penempelan (%) ~ -- ""8(;0 100 1.10" "'. TOO . 1"eo

J

SCO

I

~ I 0 . .IUO J§

~

'" :JUO

a

S. ~O ,-~o,. 20" ~ "

I

..

""'~""...,.

~'~

'2

'200

E

~

... '-"---4 100 0 LJ...I..J..J..J.UJ..J...LU..I..LLU J.1..Ll.J-,-.J..LLUJ..LL 0 10 20 JO .00 Kadar penempelan (%)

Gambar 6. Kurva hubungan Ts daD Eb dengan kadar pe-nempelan dalam keadaan basah

Apli,",si /sotop dan Radiasi, 1996

//

/

ISl

Gambar 7a. Foto rnikrograf elektron permukaan film LDPE

Gambar 7b. Foto mikrograf elektron permukaan film LDPE-g-PDMAEA, kadar pe-nempelan 32%, pelarut aseton, 1000 x

Aplikasi Jsotop d41l Radiosi. J 996

Gambar 7c. Foto mikrograf elektron permukaan film LDPE-g-PDMAEA, kadar pe-nempelan 32%, pelarut etil asetat, 1000 x

Gambar 7d. Foto mikrograf elektron permukaan film LDPE-g-PDMAEA, kadar pe-nempelan 32%, pelarut etilasetat setelah disaponifikasi dengan 2,5% KOH, 1000 x

Aplikasi Isotop dan Radiasi. 1996

ERIZAL

Hal apakah yang mendasari kesimpulan Anda bahwa kopolimer LDPE-g-PDMAEA dapat digunakan untuk membran penukar ion, padahal Anda tidak mem-bicarakan (menyinggung) masalah karakter polimer yang dapat digunakan untuk membrane penukar ion (apakah cukup hanya dengan adanya pori-pori)?

DARSONO

Konduktivitas listrik yang tinggi merupakan ka-rakterisasL utama membrane penukar ion daD kestabilan terhadap bahan kimia, serta penyerapan air yang tinggi.

Film LDPE-g-PDMAEA dengan kadar penempel-an 32% temyata dapat menyerap air kurpenempel-ang lebih 35% dengan demikian LDPE-g-PDMAEA adalah polimer yang hidrofilik serta setelah saponiftkasi konduktivitas listrik-nya meningkat. Jadi, bukan atas dasar pori-pori, karena membrane penukar ion bukan untuk filter/penyaring.

ISNI M.

Pada Gambar 4, terlihat konduktivitas listrik dari LDPE-g-pDMAEA lebih besar daripada yang tanpa per-lakuan (saponifikasi) mohon dijelaskan?

DARSONO

Setelah saponifikasi, konduktivitas listrik lebih besar dibandingkan sebelum disaponifikasi, karena pe-rubahan gugus ester akrilat menjadi garam kalium akrilat (COOK) yang bersifat ionik.

, DARMAWAN

Anda tadi mengatakan bahwa absorpsi air tidak bergantung pacta kondisi percobaan, tetapi hanya bergan-tung pada dosis radiasi. Apakah pacta penelitian ini telah

""

DISKUSI

dilakukan pengaruh suhu, misalnya terhadap daya absorpsi air dari kopolimer tempel ini, karena beberapa kopolimer temyata bersifat termosensitif seperti NIPAAm daD lain-lain. Pacta temperatur berapa absorpsi air dilakukan?

DARSONO

Nilai adsorpsi air bergantung pacta besar kedl-nya derajat penempelan, sedangkan derajat penempelan dipengaruhi oleh dosis radiasi. Pacta percobaan ini tidak dilakukan pengaruh suhu terhadap absorpsi air kopolimer tempel LDPE-g-PDMAEA. Pengujian absorpsi air tersebut dilakukan pacta suhu kamar.

HERWINARNI

I. Apa beda kopolimer tempel LDPE-g-PDMAEA mema-kai radiasi dengan kopolimer tempel LDPE di-grafting secara konvensional?

2. Sebagai standar karakterisasi kopolimer tempel LDPE-g-PDMAEA dipakai standar apa?

DARSONO

I. LDPE-g-PDMAEA yang dibuat secara radiasi berarti pembuatannya dilakukan dengan menggunakan radiasi pengion. Dalam hal ini dapat dilakukan dengan teknik radiasi simultan, pra-iradiasi ataupun pra-iradiasi dalam lingkungan oksigen (pra-iradiasi peroksidasi), sedang LDPE-g-PDMAEA yang dibuat secara konvensional berarti dibuat melalui reaksi kimia dengan bantuan en-ergi panas daD katalis. Mengenai sifat kopolimer se-harusnya adalah sarna.

2. Karakterisasi kopolimer tempel LDPE-g-PDMAEA" dapat dilakukan dengan pengukuran spektrum IR yang dapat menunjukan gugus fungsi DMAEA (gugus karbaril dan gugus amine).