BAB II LANDASAN TEORI

commit to user 7 BAB II LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka 1. Polimer

Polimer merupakan molekul yang mempunyai massa molekul besar terbentuk dari susunan ulang molekul kecil dan sederhana yang terikat melalui ikatan kimia. Suatu polimer akan terbentuk bila seratus atau seribu unit molekul kecil yang disebut monomer saling berkaitan dalam satu rantai.

Berdasarkan sifat termalnya, polimer dibagi atas bahan yang termoplastik (tidak tahan panas) dan termoset (tahan terhadap panas). Plastik terbuat dari polimer termoplastik dapat di daur ulang dengan mudah karena setiap dipanaskan bahan-bahan tersebut dituangkan dalam cetakan yang berbeda untuk membuat produk plastik yang baru, sedangkan polimer termoset yang lebih untuk didaur ulang tetapi plastik jenis ini lebih tahan lama (Sopyan, 2001).

Berdasarkan monomernya, polimer dibagi atas homopolimer dan kopolimer. Homopolimer merupakan polimer yang terdiri dari satu macam monomer, contohnya adalah pembentukan polivinil klorida (PVC). Sedangkan kopolimer merupakan polimer yang tersusun dari dua macam atau lebih monomer. Beberapa monomer ini bergabung menjadi suatu polimer secara polimerisasi.

Polimerisasi merupakan proses penggabungan dua jenis atau lebih monomer untuk menjadi polimer. Secara umum polimerisasi dibagi menjadi dua golongan yang terdiri dari polimerisasi kondensasi dan polimerisasi adisi. Polimerisasi secara kondensasi mempunyai kesamaan dengan reaksi kondensasi yang terjadi pada zat bermassa molekul rendah. Pada polimerisasi kondensasi, terjadi reaksi antar molekul yang melibatkan dua gugus fungsi atau lebih yang bereaksi sehingga menghasilkan satu molekul besar yang diikuti oleh penghilangan molekul kecil misalnya air (Cowd,1991).

commit to user

8

2. Poliester

Poliester adalah polimer yang mengandung gugus fungsional ester dalam rantai utamanya. Poliester termasuk polimer sintetis yang lebih serbaguna karena mendapatkan aplikasi komersil yang luas sebagai serat, plastik, dan bahan pelapis (Sopyan, 2001). Sebuah poliester pada umumnya dibuat dengan reaksi yang melibatkan sebuah diasam (dua gugus –COOH) dan sebuah diol (dua gugus – OH).

Poliester merupakan salah satu polimer sintesis yang mudah terbiodegradasi. Hal ini disebabkan karena dalam rantai utama polimer terdapat gugus ester (-COO) yang mudah terhidrolisis. Poliester yang berasal dari senyawa lakton memiliki sifat mudah terbiodegradasi, termoplastik, dan biokompatibel. Akan tetapi kelemahannya poliester ini memiliki sifat termal dan sifat mekanik yang kurang baik (Findley et al., 1983).

Beberapa poliester dari kelompok senyawa lakton antara lain poli(b-hidroksibutirat) dan polimer yang mirip dengannya dapat dihasilkan oleh beberapa bakteri sebagai sumber karbon dan energi cadangan (Lori et al., 1996). Contoh lainnya adalah polimer poli(ester-uretan) dimana hasil sintesis sangat terkait dengan komposisi monomer dalam kopolimer, dimana semakin tinggi kandungan monomer senyawa lakton dalam kopolimer maka akan semakin rendah pula kekuatan tarik dan titik lelehnya (Hasan et al., 2004).

Jenis poliester senyawa lakton merupakan salah satu jenis polimer yang paling banyak digunakan. Hal ini disebabkan oleh kemudahannya terdegradasi dengan mekanisme hidrolisis gugus esternya. Dalam beberapa kasus, produk hasil degradasi dapat diserap kembali melalui jalur metabolisme. Oleh karena itu, poliester berperan penting dalam perkembangan rekayasa jaringan dan rekayasa jaringan tulang (Thomson et al. 1995; Hubbell, 1995).

Poliester mempunyai sifat kekuatan tarik 40 MPa, Impact Strength 0,4 J/m, dan flexure strength 5,5 MPa, maka poliester sering digunakan secara luas sebagai plastik penguat serat (fiber plastic reinforcement) dengan menggunakan serat gelas. Terdapat pengaruh penambahan serat pada jenis resin yang berbeda pada kekuatan impak komposit dari poliester. Hasil komposisi penguat serat

commit to user

9

terbaik dengan perbandingan resin dengan serat 60 : 40 dimana nilai kekuatan impak sekitar 23,866 J/m (Mohammad, 2007).

Pembuatan poliester dapat dilakukan dengan menggunakan metode polikondensasi. Polimerisasi kondensasi melibatkan penggabungan molekul kecil, menghasilkan molekul besar melalui reaksi kondensasi (atau adisi – penghilangan molekul kecil) dalam kimia organik (Cowd, 1991). Pada prinsipnya, suatu asam dibasa akan berkondensasi dengan sembarang glikol atau suatu asam hidroksi akan berkondensasi diri untuk membentuk poliester-poliester linier. Reaksi polimerisasi kondensasi secara umum ditunjukkan pada Gambar 1. Keterbatasan utama dalam pembuatan poliester secara kondensasi ini dalam hal penyediaan monomer dan sifat-sifat kimia dan fisika dari produk akhir (Sopyan, 2001).

Reaksi polikondensasi secara umum menghasilkan molekul kecil H2O:

(n+1) R(OH)2 + n R’(COOH)2 HO[ROOCR’COO]nROH + 2n H2O

Gambar 1. Reaksi polikondensasi secara umum (Cowd, 1991)

Beberapa metode telah dilakukan untuk mempreparasi poliester-poliester langsung dari asam-asam dikarboksilat dan senyawa-senyawa dihidroksi pada suhu rendah sampai sedang dengan memakai aktivator-aktivator. Peranan aktivator adalah untuk mengkonversi asam menjadi zat antara ester yang sangat aktif (Sopyan, 2001). Reaksi polikondensasi ini biasanya berlangsung pada suhu-suhu di atas 200oC.

Beberapa peneliti menggolongkan polimerisasi kondensasi adalah polimerisasi melalui gugus fungsi yang melibatkan penghilangan/penyingkiran molekul kecil, misalnya H2O atau NH2. Disamping rantai lurus dan lingkar, poliester bercabang dan jaringan dapat terbentuk jika salah satu atau kedua monomer mempunyai lebih dari dua gugus fungsi. Polikondensasi berlangsung secara terus menerus, idealnya sampai tidak ada lagi gugus fungsi yang tersedia untuk bereaksi. Akan tetapi, reaksi dan juga derajat polimerisasi dapat

commit to user

10

dikendalikan dengan mengubah waktu reaksi dan pengaturan suhu, misalnya reaksi dapat dihentikan dengan jalan pendinginan pada titik tertentu, tetapi polimerisasi mulai lagi jika suhu kemudian meningkat.

3. Asam Itakonat

Asam itakonat merupakan salah satu produk fermentasi yang paling menjanjikan diantara kelompok asam organik. Struktur molekul asam itakonat ditunjukkan pada Gambar 2. Asam itakonat adalah asam organik dikarbonat tidak jenuh yang dapat dengan mudah digabungkan untuk membentuk polimer dan dapat digunakan untuk menggantikan monomer berbasis petroleum.

C C HO O H2 C CH₂ C O OH Gambar 2. Struktur Asam Itakonat

Proses fermentasi untuk pembuatan asam itakonat telah dilakukan dengan menggunakan biji buah jarak. Asam itakonat secara komersial dibuat dengan bakteri Aspergillus terreus (MuralidharaRao et al., 2007). Asam itakonat digunakan secara skala dunia dalam industri sintesis resin seperti poliester, plastik, dan untuk komponen bioaktif dalam agriculture, farmasi, dan pelapis obat, dimana asam itakonat ini stabil dalam bentuk asam, netral, dan kondisi dasar pada suhu sedang.

4. 1,3-propandiol (PDO)

PDO adalah komponen organik diol dalam bentuk larutan dan dapat dilarutkan dengan air. Komponen ini dapat dijadikan produk industri yang beragam termasuk komposit, perekat, laminating, pelapis, cetakan, poliester alifatik, dan kopoliester. Komponen ini juga merupakan pelarut yang digunakan dalam cat kayu dan antifreeze (Deckwer et al., 1995). Struktur molekul dari 1,3-propandiol ditunjukkan pada Gambar 3.

commit to user 11

C

H

₂

HO

H

₂

C

C

H

₂

OH

Gambar 3. Struktur 1,3-propandiol

PDO merupakan salah satu produk penting yang digunakan dalam industri kimia. Dengan menggunakan gliserol untuk memproduksi 1,3-propandiol adalah solusi yang sangat baik jika dilihat dari segi ekonomi. Secara bioteknologi dalam pembuatan 1,3-propandiol dari limbah biomass merupakan alternatif yang menjanjikan dalam sintesis kimia secara tradisional (Agnieszka et al., 2011).

PDO adalah komponen organik yang berpotensi digunakan untuk banyak reaksi sintesis, terutama sebagai monomer untuk polikondensasi dalam pembuatan poliester, polieter, dan poliuretan (Biebl et al., 1999). Pembuatan 1,3-propandiol dari gliserol oleh bakteri Citrobacter freundii. Bakteri ini dapat mengkonversi gliserol menjadi 1,3-propandiol sebanyak 29% (Ferreira et al., 2012). Produk samping yang dihasilkan dari produksi komponen ini biasanya asam suksinat dan asam asetat dengan jumlah yang rendah dan tidak menggaggu produk utama 1,3-propandiol.

5. N,N’-Metilenbisakrilamida

N,N’-Metilenbisakrilamida atau disingkat MBA merupakan agen ikat silang yang digunakan dalam pembuatan poliester. Struktur molekul MBA ditunjukkan pada Gambar 4, yang mengandung dua ikatan rangkap yang reaktif, sehingga dapat tergabung ke dalam dua rantai yang berbeda selama polimerisasi berlangsung, sehingga menghasilkan ikatan sambung silang (Garner et al., 1997). Sifat-sifat dari N,N’-metilenbisakrilamida ditunjukkan pada Tabel 1.

commit to user 12 C H C N H H₂ C N H C C H H₂C CH₂ O O

Gambar 4. Struktur N,N’-metilenbisakrilamida

Tabel 1. Sifat-sifat N,N’-metilenbisakrilamida

Parameter Nilai Rumus Molekul C7H10N2O2 Berat Molekul 154.17 Titik leleh 185oC Densitas 1,235 (SNF Floerger, 2012)

Anbarasan et al., (2013) menyatakan bahwa N,N’-metilenbisakrilamida dapat digunakan sebagai agen ikat silang dalam reaksi polimerisasi kondensasi menghasilkan poliester dengan bantuan inisiator pada suhu 50oC. Pembentukan nanopartikel dapat menggunakan N,N’-metilenbisakrilamida sebagai agen ikat silang dengen membentuk nanopartikel yang stabil (Wang et al., 2012). Kelarutan N,N’-metilenbisakrilamida dalam berbagai pelarut ditunjukkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Kelarutan N,N’-metilenbisakrilamida dalam berbagai pelarut

Pelarut g MBA/100 ml pelarut Suhu Pencampuran (oC)

Air 3 25 Aseton 1 30 Kloroform 0.3 30 Dioxane 1.1 30 Etanol 5.4 30 Etil Asetat 0.4 30 Metanol 8.2 30

commit to user

13

N,N’-metilenbisakrilamida dapat dipolimerisasi dan dikopolimerisasi secara graft dengan beberapa variasi monomer dan substrat polimer dengan kehadiran suatu katalis seperti peroksida, persulfat, elektron system redoks, iradiasi dengan sinar UV. Aplikasi yang dihasilkan dari penggunaan MBA sebagai ikat silang adalah mempunyai kekuatan tarik yang tinggi, tahan terhadap tubrukan, dan super-penyerap.

6. Kalium Persulfat

Kalium persulfat (KPS) biasanya digunakan dalam kimia organik sebagai agen pengoksidasi dan mempunyai peran penting sebagai inisiator untuk polimerisasi emulsi. Sifat dan karakteristik kalium persulfat ditunjukkan pada Tabel 3. Kalium persulfat merupakan suatu inisiator redoks. Inisiator redoks ini berfungsi dengan baik jika digunakan pada temperatur proses di bawah atau sama dengan 50oC. Inisiator redoks merupakan inisiator yang bekerja berdasarkan reaksi reduksi oksidasi. KPS berperan sebagai reduktor yang mereduksi MBA, sehingga MBA mengandung radikal bebas yang sangat reaktif.

Tabel 3. Sifat dan karakteristik kalium persulfat

Parameter Nilai

Rumus Molekul K2S2O8

Berat Molekul 270.322 g/mol

Titik leleh < 100oC dekomposisi

Densitas 2.477 g/cm3

(Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 1995)

Dekomposisi inisiator KPS ditunjukkan pada Gambar 5. Dekomposisi KPS terjadi pemecahan senyawa oleh panas menjadi sepasang radikal bebas yang akan digunakan sebagai inisiator. Dekomposisi yang terjadi pada kalium persulfat adalah sebagai berikut:

commit to user 14 OSO K _OSO K O O O O

Gambar 5. Disosiasi termal kalium persulfat (Hsu et al., 2002)

Radikal bebas dari kalium persulfat yang terbentuk berfungsi sebagai inisiator untuk memicu terjadi polimerisasi. Budianto dan Sarwono (2008) menyatakan bahwa semakin besar konsentrasi kalium persulfat yang ditambahkan, maka ukuran partikel kopolimer semakin besar pula. Hal ini disebabkan karena kalium persulfat juga ikut berikatan dengan polimer saat proses inisiasi. Sintesis polimer menggunakan inisiator redoks dipilih karena memiliki viskositas yang lebih rendah dan lebih efisien dalam pembuatannya.

Krishan and Margaritova (1961) telah melakukan penelitian terhadap polimer emulsi pada monomer metal metakrilat dan menerangkan bahwa ada pengaruh inisiator terhadap ukuran partikel. Sekarang banyak tersedia inisiator-inisiator radikal bebas, dan dapat dikelompokkan dalam 4 tipe utama yaitu, peroksida dan hidroperoksida, senyawa azo, inisiator redoks, dan beberapa senyawa yang membentuk radikal-radikal di bawah pengaruh cahaya (Stevens, 2001).

7. Titanium (IV) Butoksida

Eksternal katalis sering digunakan untuk mempertahankan kecepatan reaksi dalam poliesterifikasi secara langsung. Hal ini dikarenakan adanya pengurangan konsentrasi dari kelompok karboksil dengan meningkatnya konversi hasil polimerisasi. Struktur molekul titanium (IV) butoksida ditunjukkan pada Gambar 6. Titanium (IV) butoksida mempunyai titik didih pada suhu 206oC (Chajecka, 2011).

Kalium persulfat

panas

radikal persulfat

commit to user 15 Ti O O O O H3C H₃C CH3 CH3

Gambar 6. Struktur Titanium (IV) Butoksida

Menurut Karayannidis et al. (2003), titanium (IV) butoksida dapat digunakan sebagai katalis dalam sistem polikondensasi poli(trimetilen tereptalat) secara langsung yang ditunjukkan pada Tabel 4, dimana polimer yang dihasilkan mempunyai berat molekul tinggi dengan waktu reaksi lebih singkat. Walaupun polimer menjadi berwarna kuning, namun menurut Shah et al. (1984), jumlah titanium (IV) butoksida tidak berpengaruh banyak terhadap sifat polimer.

Tabel 4. Waktu esterifikasi dan berat molekul dari sampel poli(trimetilen tereptalat)

Katalis esterifikasi Katalis polikondensasi

Waktu esterifikasi (menit)

Mv (g/mol)

Tanpa katalis Tanpa katalis 1060 12510

Zn-asetat Sb2O3 600 3860

Ti(OC4H9)4 Sb2O3 230 28800

Ti(OC4H9)4 Ti(OC4H9)4 215 35550

Ti(OC4H9)4 + Zr(OC4H9)4 Sb2O3 240 32120 (Karayannidis et al., 2003)

8. Ikat Silang (Crosslinking)

Ikat silang kimia (chemical crosslinking) adalah mekanisme yang paling tepat dalam menurunkan kebebasan molekul yang mengikatkan rantai-rantai polimer secara bersama melalui ikatan kovalen atau ion untuk membentuk suatu jaringan (Sopyan, 2001). Agen pengikat silang berfungsi untuk membentuk ikat silang antar rantai polimer, sehingga dapat meningkatkan beberapa sifat mekanik polimer. Polimer dengan ikat silang akan membentuk polimer jaringan atau 3D dimana hasilnya akan bersifat rigid dan kaku.

commit to user

16

Teknik modifikasi polimer yang paling baik adalah dengan grafting, crosslinking, pencampuran, dan pembentukan komposit, dimana semuanya adalah sistem polimer yang memerlukan banyak komponen. Ikatan silang dapat dihasilkan melalui polimerisasi dengan monomer yang mempunyai sifat lebih baik (mode kondensasi) atau dengan ikatan kovalen antara molekul prepolimer menggunakan iradiasi, vulkanisasi belerang, atau reaksi kimia yang lain. Ikatan silang menghasilkan elastisitas dalam polimer amorf dan membuat polimer lebih tahan terhadap panas, cahaya, dan lainnya, serta memberikan derajat stabilitas dimensional tinggi, kekuatan mekanik tinggi, dan ketahanan terhadap bahan kimia dan pelarut (Bhattacharya et al., 2009).

Mekanisme ikatan silang (crosslinking) pada poliester tak jenuh sederhana adalah berdasarkan pada penambahan dari peroksida ke karbon-karbon ikatan rangkap pembuka dan ikatan silang radikal dari resin (Paauw and Pizzi, 1991). Mekanisme pengerasan polimer termoset adalah proses terjadinya ikatan silang.

9. Stabilitas Panas

Zat-zat organik memiliki kecenderungan untuk membentuk senyawa-senyawa aromatic apabila diberi pemanasan hingga suhu tinggi. Degradasi material karena panas umumnya tidak relevan karena kebanyakan pelapis mempertimbangan suhu material yang dilapis dibandingkan dengan suhu tinggi pada proses pembentukan resin poliester. Degradasi mekanik yang diakibatkan adanya gaya gesek juga tidak relevan untuk pelapis (Sullivan and Cooper, 1995).

Stabilitas panas utamanya merupakan fungsi dari energi ikatan. Ketika suhu naik ke titik di mana energi getaran, maka ikatannya akan putus dan polimer terurai. Polimer-polimer tangga atau semi-tangga diharapkan memiliki stabilitas panas yang lebih tinggi daripada polimer-polimer dengan rantai terbuka (Sopyan, 2001).

Pendekatan paling produktif dari sudut pandang pengembangan komersial adalah sintesis oligomer atau prapolimer aromatik yang ditutupi dengan gugus-gugus ujung reaktif. Oligomer-oligomer yang bertutup gugus-gugus ujung tersebut melebur pada suhu yang relatif lebih rendah dan dapat larut dalam berbagai

commit to user

17

polimer. Oleh pemanasan, oligemer-oligomer tersebut dikonversi ke polimer-polimer jaringan yang stabil panas (Cowd, 1991).

10. Karakterisasi polimer

Karakterisasi suatu polimer merupakan suatu cabang ilmu polimer analitis. Hal ini berkaitan dengan karakterisasi bahan polimer di berbagai tingkatan. Karakterisasi biasanya digunakan sebagai suatu acuan dalam meningkatkan kinerja bahan yang menunjukkan bahwa karakterisasi idealnya juga dihubungkan dengan parameter yang terkait dengan sifat yang diinginkan dari bahan polimer.

Tujuan dari karakterisasi polimer adalah untuk mendapatkan informasi mengenai sifat-sifat dari polimer, baik sifat fisik maupun kimia. Untuk menganalisis gugus fungsi digunakan Attenuated Total Reflectance (ATR), penentuan berat molekul dan viskositas dari polimer dengan Gel Permeation Chromatography (GPC) dan Rheometer, analisis sifat termal menggunakan instrumen Differential Thermal Analysis (DTA) dan Thermo Gravimetry Analysis (TGA), serta analisis morfologi dengan Scanning Electron Microscopy (SEM).

10. 1. Analisis Gugus Fungsi

Analisis dengan menggunakan spektroskopi infra merah didasarkan pada ikatan kimia yang mempunyai frekuensi yang spesifik dimana ikatan tersebut bervibrasi sesuai energi yang dimiliki. Supaya aktif terhadap IR, maka molekul harus mengalami perubahan dipol. Setiap ikatan kimia mempunyai frekuensi vibrasi yang khas sehingga kita dapat membedakan ikatan-ikatan yang ada pada suatu molekul dari frekuensi vibrasinya (Silverstein, 1991).

Attenuated Total Reflectance (ATR) sangat bermanfaat untuk memperoleh spektra inframerah pada sampel sulit yang tidak dapat ditentukan dengan menggunakan metode transmisi biasa. ATR-IR cocok untuk mempelajari material cair dan padatan pengabsorb yang tinggi atau tebal, termasuk sampel film, coating, serbuk, benang, bahan perekat, polimer, dan sampel encer tanpa melalui preparasi sampel lebih lanjut (Hsu, 1987). Sistem ATR-IR ditunjukkan pada

commit to user

18

Gambar 7. Suatu sampel polimer ditempelkan ke kristal seperti ThBr atau AgCl yang transparan terhadap IR dan memiliki indeks refraktif yang lebih tinggi daripada sampel polimer tersebut (Sopyan, 2001). Teknik ini digunakan untuk zat padat tanpa memperhatikan ketebalannya, misalnya bulk materials. Karena penembusan permukaan teristimewa kecil, spektrum-spektrum ATR-IR tidak mesti ditafsirkan sebagai karakteristik yang diperlukan dari bahan polimer.

Gambar 7. Sistem ATR-IR dengan beberapa refleksi (PerkinElmer Life and

Analytical Sciences USA, 2005)

10. 2. Analisis Berat Molekul dan Viskositas

Analisis berat molekul dapat menggunakan instrumen Gel Permeation

Chromatograpy (GPC) dimana merupakan metode yang digunakan untuk

menentukan distribusi berat molekul. GPC sebagai suatu teknik kromatografi kolom, pemisahan dilakukan dalam suatu kolom yang diisi dengan bahan (resin) yang berpori, dan berfungsi untuk memisahkan molekul-molekul polimer menurut ukurannya. Molekul yang berukuran kecil akan tertahan didalam pori resin sehingga akan melewati kolom lebih lambat. Sebaliknya, molekul yang ukurannya lebih besar akan terelusi lebih cepat (Willard et al., 1988; Mateos et al., 2007).

Deteksi fraksi polimer dalam pengelusi, umumnya menggunakan detektor indeks refraktif atau spektroskopik (UV dan IR). Kalibrasi universal didasarkan atas observasi-observasi viskositas (bilangan viskositas pembatas) dan berat molekul tidak tergantung pada tipe polimer. Kurva kalibrasi yang diperoleh kemudian dipakai untuk penentuan massa molekul relatif rata-rata jumlah (Mn) dan massa molekul relatif rata-rata berat (Mw) suatu polimer (Willard et al.,

commit to user

19

1988). Indeks polidispersitas (D) merupakan parameter yang menyatakan distribusi berat molekular suatu polimer. Indeks polidispersitas dinyatakan sebagai rasio antara massa molekul relatif rata-rata berat terhadap massa molekul relatif rata-rata jumlah (D= Mw / Mn) (Mateos et al., 2007).

Viskositas dan rheologi dari suatu polimer dapat ditentukan dengan menggunakan instrumen rheometer. Rheologi adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan aliran cairan padatan. Rheometer merupakan instrumen yang digunakan untuk mengukur suatu cairan atau suspensi yang mengalir terhadap respon tekanan yang diberikan. Rheologi mempelajari hubungan antara tekanan pengadukan (shearing stress) dengan kecepatan pengadukan (shearing rate) pada suatu cairan/polimer, atau hubungan antara strain dan stress pada benda padat.

Prinsip kerja rheometer adalah berdasarkan pengaruh gaya pengadukan. Rheometer mengukur tegangan geser dari cairan yang akan diukur viskositasnya. Sampel ditempatkan ke dalam suatu wadah dan spindle (alat untuk mengaduk) berputar pada kecepatan tertentu, hal tersebut menentukan tingkat kemampuan geser dalam wadah. Sampel cenderung menyeret putaran silinder, dan torsi putaran spindle dapat diukur, yang kemudian dikonversi menjadi tegangan geser. Kekuatan atau kemampuan berputarnya spindle dalam larutan sampel ditampilkan dalam viskositas pada layar rheometer (Dao et al., 2009).

10. 3. Analisis Sifat Termal

Untuk analisis termal pada umumnya ada tiga teknik analisis yaitu Differential Scanning Calorimetry (DSC), Differential Thermal Analysis (DTA) dan Thermo Gravimetry Analysis (TGA). Prinsip dasar dari TGA adalah pengukuran berat dari sampel sebagai fungsi dari suhu. Banyak perubahan termal pada material yang tidak melibatkan perubahan berat. Pada DTA, pengukuran ditekankan pada perbedaan suhu antara sampel dan reference sebagai fungsi suhu. Ketika sampel mengalami perubahan fisik atau kimia maka, kenaikan temperatur

commit to user

20

antara sampel dan reference akan berbeda sehingga akan muncul puncak pada sinyal DTA.

DTA/TGA digunakan untuk pengukuran sifat fisika dan kimia sebagai fungsi suhu. TGA merekam perubahan berat (ΔW) sebagai fungsi suhu (T) atau waktu (t), faktor yang mempengaruhi pengukuran TGA, yaitu: laju pemanasan, ukuran partikel padatan, dan lingkungan atmosfer (Willard et al., 1988). DTA mengukur sampel dan material inert sebagai fungsi termperatur (mengukur perubahan kandungan panas).

10. 4. Analisis Morfologi

Analisis morfologi biasanya menggunakan instrumen Scanning Electron Microscopy (SEM) atau Transmission Electron Microscopy (TEM). SEM merupakan mikroskop elektron yang banyak digunakan dalam ilmu material. SEM digunakan pada sampel yang tebal dan memungkinkan untuk analisis permukaan material. Pancaran berkas yang jatuh pada sampel akan dipantulkan dan didifraksikan. Pola-pola difraksi yang tampak sangat bergantung pada bentuk dan ukuran sel satuan dari sampel. SEM merupakan salah satu instrumen yang paling baik tersedia untuk pengujian dan analisis morfologi mikrostruktur dari beberapa sampel (Ulaganathan et al., 2012).

Pada SEM, elektron-elektron yang terhambur digunakan untuk memproduksi sinyal yang memodulasi berkas dalam tabung sinar katoda, yang memproduksi suatu citra dengan kedalaman medan yang besar dan penampakan yang hampir tiga dimensi. Dalam penelitian morfologi permukaan, SEM terbatas pemakaiannya, tetapi memberikan informasi yang bermanfaat mengenai topologi permukaan (Sopyan, 2001). Manfaat dari SEM adalah dapat menentukan morfologi dari permukaan spesimen padatan, termasuk pengamatan sederhana dengan resolusi yang lebih baik daripada mikroskop optik, dan dengan ukuran bidang yang lebih baik (Nixon, 1971).

commit to user

21

Poli(propilen itakonat) dibentuk melalui reaksi polimerisasi kondensasi vakum asam itakonat dengan 1,3-propandiol dengan dialiri gas nitrogen. Gas nitrogen membantu menghilangkan air dan mencegah rusaknya polimer akibat adanya oksigen yang masuk ke sistem. Bertambahnya berat molekul dari poli(propilen itakonat), tergantung pada keberhasilan penghilangan air yang terus menerus selama reaksi. Penghilangan air sangat bergantung pada aliran gas nitrogen, suhu pemanasan, dan tekanan vakum. Suhu pemanasan yang tinggi dan tekanan vakum yang sesuai akan mempercepat proses penghilangan air. Kesulitan dalam sintesis poliester alifatik secara polikondensasi langsung adalah terjadinya degradasi pada suhu tinggi, sehingga untuk mengurangi keadaan tersebut sintesis poliester dilakukan pada tahapan suhu 150oC-170oC selama ±3jam dengan tahapan polimerisasi selama 100 menit. Tekanan vakum juga sangat berpengaruh dalam sintesis poliester ini dimana tekanan vakum yang sesuai akan menyebabkan penghilangan air dari sistem berlangsung maksimal.

Poliester terikat silang dihasilkan melalui reaksi polikondensasi antara asam dikarboksilat dan diol. Asam itakonat memiliki ikatan rangkap –C=CH2 yang tidak stabil pada suhu tinggi. Ikatan tersebut akan digunakan pada proses ikatan silang dengan N,N’-metilenbisakrilamida membentuk poliester dengan sifat stabil panas. N,N’-Metilenbisakrilamida mempunyai 2 ikatan rangkap yang sangat reaktif. Dengan adanya suatu inisiator menyebabkan N,N’-metilenbisakrilamida lebih reaktif untuk berikatan dengan poli(propilen itakonat) secara radikal. Reaksi ikat silang poli(propilen itakonat) ditunjukkan pada Gambar 8.

Proses ikatan silang memerlukan inisiator untuk menginisiasi reaksi. Inisiator yang digunakan yaitu kalium persulfat (KPS). Kalium persulfat terurai secara homolitik menghasilkan radikal bebas kalium persulfat. Ikatan silang dari poliester terjadi melalui pembukaan ikatan rangkap (C=C) dari monomer itakonat yang telah membentuk poli(propilen itakonat) dan MBA akibat inisiasi dari kalium persulfat.

Penambahan agen ikat silang bisa meningkatkan sifat stabilitas panas yang disebabkan oleh poliester menjadi jaringan yang lebih besar dan lebih rigid. Semakin tinggi kerapatan suatu ikat silang maka poliester yang dihasilkan akan

commit to user

22

semakin keras. Pengikat silang ini berfungsi sebagai agen untuk menaikkan suhu transisi gelas. Sifat elastisitas juga bergantung pada struktur poliester, kerapatan ikat silang, morfologi, dan berat molekul.

HO C C H2C C O CH2 O O (CH2)3O H

+

H2C CH2 CO NH CH2 NH CO CH2 H2C

+

n n HO C C H2C C O O O (CH2)3O C O H2 C C C O O H CH2 CH2 HC HC2 CO NH CH2 NH CO H2C H2 C HC H2 C CO NH CH2 NH CO H2C H2 C HO C C H2 C H2 C CH2 O (CH2)3O C O H2 C C CH2 C O H n SO₄ -OSO3 OSO3 OSO3 OSO3 n OSO3 OSO3 OSO3 OSO3 O O _n

Poli(propilen itakonat) _MBA

●

Poli(propilen itakonat) Dengan MBA KPS

commit to user

23

Gambar 8. Reaksi ikat silang dengan N,N’-metilenbisakrilamida C. Hipotesis

1. N,N’-Metilenbisakrilamida dapat digunakan sebagai agen ikat silang pada poli(propilen itakonat) dengan inisiator kalium persulfat.

2. Semakin banyak penambahan N,N’-Metilenbisakrilamida maka stabilitas panas poli(propilen itakonat) akan semakin baik.