Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1996
SINTESA DAN KARAKTERISASI MONOMER
TETRABIDROPTALIMIDA DAN BISTETRAHmROPTALIMIDA 1
Subagijo K.I.D2, Sugik S.2, Tumpal p2, Sudirman2, J. Gintini ABSTRAK
SINTESA DAN KARAKTERISASI MONOMER TETRAHIDROPTALIMIDA DAN BISTETRAHIDROPT ALIMIDA. Penelitian ini bertujuan untuk membuat monomer Tetrahodroptalimida dan Bistetrahidroptalimida sebagai bahan utama untuk pembuatan komposit polimer tahan suhu tinggi poliimida. Sintesa dilakukan dengan menggunakan bahan dasar cis 1,2.3,6 Tetrahidroptalik anhidrid sebagai bakal gugus ujung untuk berpolimerisasi silang, p-Toluidin atau Metilendi.milin sebagai kerangka monomer. Sintesa dilakukan dengan reaksi pembentukan imida dari gugus amin dan anhidrida karbonat. Dalam penelitian ini berhasil disintesa monomer Tetrahidroptalimida dan Bistetrahidroptalimida dibuktikan dengan karakterisasi monomer menggunakan NMR 1 H dan FTIR. Kemumian basil diperkirakan dengan menganalisa basil HPLC. Dan titik polimerisasinya di tentukan dengan menggunakan analisa tennal.
ABSTRACT
SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF TETRAHYDROPHTHALIMIDE AND BISTETRAHYDROPHTHALIMIDE MONOMERS. The purpose of this research is to prepare Tetrahydrophthalimidc: and Bistetrahydrophthalimide monomers as base materials to synthesis high temperature composite polymer polyimide. The preparation using cis 1,2.3.6 Tetrahydrophthalicanhydrid as an end group for polymerization reaction, p-Toluidine and Methylenedianylin as monomer's &ame. Preparation carried out with imide synthesis reaction &om amine group and anhydride carboxylic group. 111 this research prepared Tetrahydrophthalimide and Bistetrahydrophthalimide monomers analized with NMRIH and FTIR. Purity of the sample supposed with HPLC analysis. And polymerization point determined with thermal analysis.
Sintesa monomer Tetrahidroptalitnida dan Bistetrahidroptalitnida dilakukan dengan reaksi pembentukan itnida dari gugus atnina dan anhidrida karbonat sarna dengan me:toda pembuatan prepolimer PMR 152,3. Menggunakan bahan dasar cis 1,~?,3.6
Tetrahidropta/ik anhidrida sebagai glllguS ujung un~ berpolimerisasi silang, p-To/zlidin atau Meti/endiani/in sebagai keraJlgka monomer yang mempengaruhi sifat termal dari polimer yang dihasilkanl. Polimer ;f'ang dihasilkan akan mempunyai gugus ujung ptalik sebagai gugus polimerisasi silang. Variasi kerangka monomer bertujuan untuk mengetahui karakter, terutama sifat termal dari masing-masing polimer yang dihasilkan. PENDAHULUAN
Perkembangan ilmu bahan dan penerapannya menuntut pembuatan material-material barn yang memiliki sifat-sifat unggul. Seperti pada bahan polimer, selain keunggulan-keunggulan polimer yang umum seperti ringan, mudah dibentuk, elastis dan murah, polimer dituntut untuk memiliki juga kelebihan-kelebihan lain seperti kuat, tahan suhu tinggi, tahan oksidasi, dapat menghantar listrik dll.
Monomer yang disintesa dalam penelitian ini akan digunakan sebagai bahan dasar untuk pembuatan komposit bermatriks polimer poliimida dan dikompositkan dengan antara lain serat karbon atau serat gelas sebagai bahan penguat. Polimer Poliimida sendiri mempunyai sifat -sifat unggul seperti tahan terhadap pemanasan suhu tinggi, api, bahan kimia dan radiasi 1. Gugus imida dan aromatik yang mempunyai titik oksidasi termal tinggi dan titik leleh kristal yang tinggi menghasilkan
sifat termal yang sangat baik dari polimer Poliimida. Dengan memiliki keunggulan-keunggulan di atas diharapkan komposit yang dihasilkan dapat memberikan alternatif baru bahan-bahan dasar untuk industri seperti
industri otomotif, peralatan olah raga, komponen kereta api, pesawat terbang, pesawat luar angkasa dll.
TATA KERJA
BAHAN
Bahan utama dari monomer :yang disintesa pada penelitian ini adalah cis 1.2,3.6 Tetrahidropta/ik anhidrid sebagai gugus ujung dimana polimerisasi silang akan berlangsrung, p-To/uidin dan Meti/endiani/in sebagai kerangka monomer (Gambar 1).
SINTESA
Sintesa dari monomer dilakukan berurutan seperti terlihat pada diagram alir pada gambar 2. Pada penelitian ini disiJlltesa
Karakterisasi dilakukan dengan menggunakan Nuclear Magnetic Resonance Spektrometer buatan JEOL tipe JNM-PMX 60. Sampel dilarutkan dalam CDCl3 menggllnakan standar internal TMS. Karakterisasi dilakukan di laboratorium Jurusan Kimia FMIPA-UI.
dua macam monomer
Tetrahidroptalimida dan
mida.
yaitu monomer
Bistetrahidroptali-Sintesa Tetrahidroptaiimida
Pertama dibuat larutan Tetrahi-droptaIik dengan menambahkan 0,03 mol TetrahidroptaIik anhidrid ke dalam 56 ml DMF. Kedalam larutan tersebut ditambahkan dengan perlahan-lahan larutan p- Toluidin yang sebelumnya telah dibuat daTi 0,03 mol p-Toluidin ditambah 19 ml DMF. Selanjutnya ke dalam larutan tersebut ditambahkan 90 ml Aseton, 9 ml Asetat anhidrid dan 0,8 gr Natrium Asetat. Agar reaksi berlangsung dengan baik, larutan diaduk pada suhu 60°C selarna 4 jam. Setelah pengadukan selesai kedalam larutan ditambahkan H2O sebanyak 750 ml supaya monomer mengendap. Terakhir endapan disaring dan dicuci dengan Natrium Karbonat dan H2O hingga pH netral.
High Performance Liquid Chromatography Karakterisasi dilakukan untuk analisa kemurnian basil reaksi dengan meng-gunakan alat High Performance Liquid
Chromatography buatan simadzu tipe LC-9A dan detektor Ultra Violet SPD-6A dengan menggunakan kolom jenis Li-Chrospher 100-RP 18. Dilakukan dengan menggunakan pela-rut carnpuran metanol dan air dc~ngan perban-dingan metanol : air = 60:40, kecepatan aliran 2,0 mI/menit dan konsentrasi :t 100 ppm. Panjang gelombang UV ditetapkan pada 220 om yang memberikan spektrum serapan yang tinggi dari monomer. Karakterisasi dilakukan di laboratorium Proses Radiasi PAIR-BAT AN. Sintesa Bistetrahidroptalimida
Cara pembuatan Bistetrahidrop-taIimida sarna dengan pembuatan Tetrahidrop-taIimida hanya p- Toluidin diganti dengan Metilendianilin. Jumlah mol Metilendianilin yang direaksikan 0,03 mol dan Tetrahidroptalik 0,06 mol agar seluruh gugus Amina dari
Metilendianilin tereaksi semua.
Simultaneous Thermal Analyzer
Karakterisasi dilakukan untuk meng-analisa titik leleh dan titik polimerisasi dari
monomer basil. Karakterisasi TG-DT A dilaku-kan dengan menggunadilaku-kan Simultaneous Thermo Analyzer buatan Setaram tipe TAG 24 dengan pemanasan linier sebesmo 25°C/menit: Karakterisasi dilakukan di laboratorium Balai Tekno Kimia PPSM-BATAN.
KARAKTERISASI
Sampel dikarakterisasi dengan instru-men sebagai berikut :
Fourier Transform Infra Red Spektrometer Karakterisasi dilakukan untuk meng-analisa basil reaksi dengan melihat gugus-gugus fungsional dari monomer yang ter-bentuk. Karakterisasi dilakukan dengan Spek-trometer Fourier Transform Infra Red buatan Simadzu tipe dengan resolusi alat 2 cm-1. Spektrum diambil dari sampel dengan cam-puran KEr dan dilakukan pengukuran pada panjang gelombang antara 400 sampai 4000 cm-l. Karakterisasi dilakukan di laboratorium Proses Radiasi PAIR-BAT AN.
BASIL DAN PEMBAHASAN
TETRAHmROPTALIMmA
Reaksi yang terjadi paml saat sintesa terlihat pOOR gambar 3. Sintesa menghasi1kan bahan berbentuk butiran halus belrwarna putih, tidak larut di air sebanyak 5,112 gr sebagai sampel.
Gambar 4 menunjukkan spektrum IR dari sampel Tetrahidroptalirnida. Terlihat puncak-puncak yang bersesuaian clengan gugus -gugus dari Tetrahidroptalirnida. Seperti gugus-gugus penting v C-N-C p2lda panjang gelombang 1396,4 cm-1 dan 1201,6 cm"l, 8 O=C-N pada 756,0 cm"l, 8 C=C: pada 821,6 cm"l, 8 =C-H pada 684,7 cm-l. Gambar 5 menunjukkan spektrom NMR1H dari sampel. Memperlihatkan enam puncak yang bersesuaian dengan enam rnacanl letak atom hidrogen dari Tetrahidroptalirnida. Disekitar 2,5 ppm terdapat puncak-prmcak yang Nuclear Magnetic Resonance Spektrometer
Karakterisasi dilakukan untuk meng-analisa basil reaksi yang terbentuk dengan melibat struktur dan formasi dari atom Hidrogen di dalam monomer yang terbentuk.
tertumpuk dan mempunyai kapasitas 7 atom Hidrogen menunjukkan 3 atom Hidrogen dari CH3 pada gugus Toluidin dan 4 atom Hidrogen CH2 pada atom C tanpa ikatan rangkap pada gugus ptalik. Pada 3,30 ppm menunjukkan 2 atom Hidrogen dari CH pada atom C tanpa ikatan rangkap pada gugus ptalik. Pada 6,05 ppm menunjukkan 2 atom hidrogen daari CH pada atom C dengan ikatan rangkap pada gugus ptalik. Pada 7,15 ppm menunjukkan 4 atom hidrogen aromatik Toluidin. Hasil karakterisasi HPLC terlibat pada gambar 6 menunjukkan bahwa sampel merupakan senyawa tunggal dan memiliki kemurnian tinggi terlihat daTi munculnya satu puncak saja pada kromatogram daD tidak munculnya puncak-puncak lain khususnya dari p- Toluidin dan Tetrahidroptalik.
Dengan melibat kedua spektrum IR dan NMR dan didukung basil kromatogram HPLC dapat disimpulkan bahwa reaksi sintesa berjalan dengan baik daD menghasilkan Tetrahidroptalimida dengan rendemen sebesar 62,33%.
dari CH pada atom C tanpa ikatan ranl~p pada gugus ptalik. Pada 4,10 ppm menunjukkan 2 atom hidrogen dari CH2 pada atom C tanpa ikatan rangkap pada gllguS MDA. Pada 6,05 ppm menunjukkan 4 atom hidrogen CH pada atom C dengan ikatan rangkap pada gugus ptalik. Pada 7,30 ppm menunjukkan 8 atom hidrogen aromatik MDA. Hasil karakterisasi HPLC terlihat pada garllbar 10 menunjukkan bahwa sampel merupllkan senyawa tunggal dan memiliki kemurllian tinggi terlihat dati munculnya satu puncak saja pada kromatogram dan tidak munculnya puncak-puncak lain khususnya dari Metilendianilin dan Tetrahidroptalik.
Dengan melihat kedua SpektfUltll IR dan NMR daD didukung basil kromato~~am HPLC dapat disimpulkan bahwa reaksi sintesa berjalan dengan baik dan menghasilkan Bistetrahidroptalimida dengan rendemen sebesar 84,1%.
Gambar 11 menunjukkan Ji1asil termogram dari sampel Bistetrahidroptalimida. Memberikan informasi tentang titik leleh dan titik polimerisasi masing masing pada i)uhu 202°C daD 377°C. Hasil pemanasan berbentuk padat keras berwarna coklat hitam.
Gambar 7 menunjukkan basil termogram dari sampel Tetrahidroptalimida. Memberikan informasi tentang titik leleh daD titik polimerisasi masing masing pada suhu 122°C dan 219°C. Basil pemanasan berbentuk padat keras berwarna coklat hitam.
KESIMPULAN
Telah berhasil dibuat monomer
Tetrahidroptalimida dan Bistetrahidroptalimida dibuktikan dengan analisa karaktelistik monomer menggunakan spektroskopi infra merah dan NMR1H. Monomer yang dihasilkan memiliki kemurnian tinggi dapat disimpulkan
dari basil karakterisasi HPLC. Dari
karakterisasi termal TG-DTA dapat diketahui
titik polimerisasi dari monomer
Tetrahidroptalimida dan Bistetrahidroptalilnida
masing-masing 219°C dan 377°C. BISTETRAHmROPTALIMmA
Reaksi yang terjadi pada saat sintesa terlihat pada gambar 3. Sintesa menghasilkan bahan berbentuk butiran halus berwarna putih, tidak larut di dalam air.
Gambar 8 menunjukkan spektrum IR dari sampel Bistetrahidroptalimida (1:2). Terlihat puncak-puncak yang bersesuaian dengan gugus-gugus daTi Bistetrahidrop-talimida. Seperti gugus-gugus penting v C-N-C pada panjang gelombang 1220,9 cm-1 dan
1124,4 cm-l, 8 O=C-N pada 767,6 cm-l, 8 C=C pada 817,8 cm-l, 8 =C-H pada 624,9 cm-l. Gambar 9 menunjukkan spektrum NMR I H dari sampel. Memperlihatkan enam puncak yang bersesuaian dengan enam macam letak atom hidrogen dari Tetrahidroptalimida. Disekitar 2,5 ppm terdapat puncak-puncak yang mempunyai kapasitas 8 atom Hidrogen menunjukkan 8 atom Hidrogen dari CH2 pada atom C berikatan tunggal pada gugus ptalik. Pada 3,30 ppm menunjukkan 4 atom Hidrogen
DAFTAR PUSTAKA
I. J.GINTING, Proposal RUT IVPolimer Komposit (1995), DRN
2. M.F.GRENlER-LOUSTALOTandPH GRENIER, High Perform. Polym., 3, 263 (1991).
3. T. W.GRAHAM SOLOMONS,
Fundamentals (1987), p766. of Organic Chemistry~ ~,~ ~~
",cr'
Tanya:
3. Mohon dijelaskan peru~ntuan titik polimerisasi yang op1timal pada tetrahidroptaIik dan bistetrahidroptaIik. Dalam aplikasinya pada pesawat terbang, bahan komposit polimida dig~ untuk bagian apanya.
DISKUSI
Tanya:
I. Titik polimerisasi 219°C dan 3..oC; Untuk polimerisasi digunakan metode apa dan pemanas apa yang digunakan.
Anonim.
Anonim. Jawab :
Titik polirnerisasi ditentukan dengan karakterisasi tennal ST A. Menggunakan rnetode pemanasan dan pernanas belurn ditentukan
Jawab :
Belurn bisa menjelaskan. Interior.
Subagijo K.I.D.
Subagijo K.I.D
Tanya:
2. Apakah sudah dipikirkan produk berupa komposit polimer tahan suhu tinggi poliimida untuk bahan baku yang lain, misal untuk membran komposit ? Karena diteknologi membran poliimida meruPakan bahan baku membran.
Aspiyanto
Jawab :
Pada penelitian ini dipusatkan untuk pembuatan bahan struktur perlu rigid tidak dapat digunakan untuk membran.
)
~~--~
.~~~ J ~
,
-.~ ~
Spektrum NMRIH dari Bistetrahidroptalimida OMF. 6<1(.4 J"on . Acclon "",,101 A..I.yd,"", N.OAc 0
C~QCHI
0 TctlooJ..J."",.I""OJ. DMF.6tfc.4j"n, -Ace'o' Ace.a' A:1h~aKlo NaOAc 0Ot°
..IIJI"-<O)cH.Q
NHl
T,rohO1topI"!jc M(likndianilin e",.It3hKltop,:o!inlida
Reaksi yang terjadi pada proses sintesa
1.:lruhidroptnlimidu -r ,-.r Telrahidruplalik po! ,.luiJillC
Diagrwn HPLC daTi Tetrallidroptalimida
Tennograrn dari Tetrahidroptalimida
~1"lil"IIJi.lllilil\ TO:lr:lllidrupl:llik Bistetmhidroptmimida
0-:; ;Q ~ ". .." 0-f4 , , "D,; ,- ; , ,.,.. : , oD : .,., ,n : I .1'" . , --, 0 ", , , -.'0"""'-' 1", , 1"1" ,.,.O(!)-, .. :..:. :'~'n ~.~ ; I (!) . ~\ ;"':~"'D'D ;.-J\:-.-;.-: :- : : :0 :-. ~ '-
...
Diagraln HPLC dari Bistetrallidroptalili.ida
,.'".- ~ --~--~. ,--. ~-'-'_.t«;;~-.;r;"-;;;1 .0 ~ £a.I' 0 0 ,
.O=>--(Q)-CIh<O}o{:()
,
-:0 0 0 ,-,/
-20 Bisleuohidropulinlido ;' " ! 5.. ,30 / -00 /' (8) .. " . -so ,-- '. , (A) , --o.~.
---=.--=:.:."
-7. /- ."'-lOlC,', : ... -10 ; -M.
I -'00 .! .T£HP£RAT- ICJ .TennOb'fam dari Bistetrahidroptalimida
cis J,1.J,6.Tl!lr"h)'drophlh"Ji." ""h)"drill' (Tclrahidroptalik I THP)
~-oCHI
p.Toluidine (p-Toluidill) "."'.Diul/lillodiphellyllllethulle I Mtthyle"eJiullilillt (Mclilcndianilin I MDA)Gambar struktur kimia bahal1 ul1tuk sil1tesa monomer
