KARAKTERISASI HASIL SINTESA BLOK KOPOLIMER STlRENA FORMALDEHID SECARA FTIR1

(1)

"'(I.fidi'l{!

Pertemuan //m;ah Sa;ns Mater; /997 /SSN /4/0 -2897

KARAKTERISASI HASIL SINTESA BLOK KOPOLIMER

STlRENA FORMALDEHID SECARA FTIR1

Ditta Mutiara2, M. Muhidin2 dan Aniek S. Handayanr

ABSTRAK

_{KARAKTERISASI} _HASIL _SINTESA _BLOK _KOPOLIMER _STIRENA _FORMALDEHID _{SECARA FTIR.} _Blok

kopolimer stirena formaldehid diperoleh melalui kopolimerisasi anionik menggunakan inisiator logam natrium naftalen dalam pelarut tetrahidrofuran. Reaksi polimerisasi dilangsungkan dalam reaktor batch dalam rasa homogen dan lingkungan nitrogen pada tekanan atmosfir dengan kondisi suhu operasi -20"C dan konsentrasi monomer stirena berbanding konsentrasi monomer formaldehid pada rentang 0.1-0.5. Penelitian diarahkan untuk membentuk blok kopolimer stirena formaldehid dengan struktur BAB (A adalah blok polimer stirena dan B blok polimer formaldehid). Penentuan struktur dilakukan dengan menggunakan metoda spektrofotometri FfIR (Fourier Transform Infra Red). Terbentuknya blok kopolimer stirena formaldehid dapat dilihat dari analisa FTIR, yang ditunjukkan oleh adanya puncak-puncak yang berasal dari ikatan H-C- pada rentang 2800 -2000 cm.' dan 5 00-450 cm-1 , ikatan \ I H

II C=C

0 I \

pada rentang 750-697 cm-1 dan ikatan C-H berada pada rentang 1500-1350 cm-l. Kandungan mikrostruktur blok B, terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasi monomer stirena formaldehid 0.5, mikrostruktur blok A terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasi monomer stirena terhadap formaldehid 0.3 dan mikrostruktur B2 terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasi monomer stirena terhadap formaldehid 02. Selain mikrostruktur dan kandungan mikrostruktur, parameter lain yang diuji adalah berat molekul dan persentase yield. Berat molekul kopolimer terbesar diperoleh pada perbandingan monomer stirena terhadap monomer formaldehid 0.5 yaitu sebesar 54.876.91521 gr/grmol. Persentase yield terbesar diperoleh pada perbandingan monomer stirena terhadap formaldehid 0.5 yaitu sebesar 87%. Dari hasil analisa dapat disimpulkan bahwa hasil maksimum diperoleh pada perbandingan monomer stirena dan formaldehid sebesar 0.5. Dari hasil percobaan terlihat bahwa parameter yang terukur sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan, meskipun uji lanjut masih perlu dilakukan.

ABSTRACT

_{RESULT OF CARACTERISTIC OF SYNTHESIS BLOCK COPOLIMER STYRENE FORMALDEHID BY FTIR.}

Block copolymer styrene formaldehyde is synthesied through anionic copolymerization by sodium naftalen inisiator in tetrahidrofuran solvent. Polymerization is performed directly in homogen phase of nitrogen atmosferin normal pressure, operation tempherature -20"C and the ratio concentration styrene monomer is proportional to formaldehyde monomer in the range of 0.1-0.5. Research was directed for synthesis of block copolymer styrene formaldehyde with BAB structure (A is styrene block polymer and B is formaldehyde block polymer) Determination of form block copolymer styrene formaldehyde structure was done by FfIR analysis (Fourier Transform Infra Red). It was shown by peaks from bond H-C- in range 2800-2000 cm.1 and 500-450.1, bond \ I in range 750 -679 cm.1 and bond

C-H in range 500 -450". II C -C

0 I \

The biggest content of microstructure block B1 is reached ror ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer was 0.5. tile biggest microstructure block A reach for ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer was 0.3, the biggest microstructure block B2 is reached for ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer was 0.2. Excepted microstructure and microstructure content, the other result are moleculer weight and percentage of yield. The biggest molekuler weight of copolymer styrene formaldehyde reach for ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer of 0.5 was 54.876.915,21 gr/grmol. The biggest percentage yield of copolymer styrene formaldehyde is reached for ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer was 0.5 was 87%. The result of analysis conclude that maximum result is reached for ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer of 0.5. The research notes that the parameter are suitable with the spesification, althought through further test still need to be done.

KEY WORD

Block Copolymer, Styrene, Formaldehid

PENDAHULUAN

stabilitas tennal yang tinggi sehingga tidak

menyebabkan perubahan struktur selama proses

pencetakan. Blok kopolimer stirena fonnaldehid bersifat fleksibel dan elastis, namun tetap keras dan kuat. Selain itu pula jika diproses secara molding

lebih efisien (mold shrinkage = 0.033) dibandingkan dengan homopolimer fonnaldehid dan random kopolimer stirena fonnaldehid.

Ditinjau dari penelitian yang dilakukan oleh Szwarc pemilihan inisiator menentukan mikrostruktur kopolimer, karena inisiator dapat mengaktitkan ujung Blok kopolimer stirena formaldehid

merupakan polimer yang terdiri daTi dua monomer sebagai bahan baku pada industri komponen listrik, film, fiber clan pelapisan. Selain itu pula blok kopolimer stirena formaldehid merupakan bahan baku pembuatan asetal resin.

Blok kopolimer stirena formaldehid menghasilkan distribusi aliran yang merata clan

I Dipresentasikan p~aPertemuanIlmiah sains Materi 1997 21nstitut Teknologi Indonesia

(2)

rantai monomer. Dengan menggunakan inisiator logam alkali kompleks seperti natrium naftalen dihasilkan blok kopolimer dengan struktur BAB, dimana B merupakan blok poliformaldehid daD A merupakan blok polistirena. panjang dari blok polistirena (A) tergantung pada jumlah rantai yang berikatan selama tahap polimerisasi formaldehid [ 1 ]. Pada penelitlan ini dipilih polimerisasi dengan sistem tarutao. Keuntungan dari sistem ini adalah pengontrolan reaksinya lebih mudah clan polimerisasi yang dilakukan mempunyai rasa yang homogen. Pada metode polimerisasi anionik dibutuhkan pelarut untuk melarutkan kedua monomer. Walaupun demikian metode ini lebih menguntungkan secara kualitatif karena produk yang dihasilkan lebih homogen. Pelarut mempengaruhi struktur polimer daD produk yang dihasilkan [ 1 ]. Pada pembuatan blok kopolimer stirena formaldehid menggunakan pelarut polar seperti tetrahidrofuran, karena dengan menggunakan pelarut non polar dapat menghentikan proses polimerisasi blok kopolimer stirena formaldehid [4].

Berdasarkan basil perumusan masalah

diatas, penelitian ini ditujukan untuk memperoleh blok kopolimer stirena formaldehid dengan mikrostruktur BAB, dimana A adalah blok kopolimer stirena clan B adalah blok kopolimer formaldehid dengan berat molekul besar clan persentase yield yang

tinggi.

Variabel-variabel

perbandingan konsentrasi

monomer formaldehid

kandungan mikrostmktur,

molekul atau panjang ran formaldehid.

TEORI

tinggi clan tanpa kehadiran reaksi samping selama polimerisasi. Panjang rantai blok clan struktur dari blok kopolimer dipengaruhi oleh konsentrasi monomer-monomer clan konsentrasi inisiator [I]. lnisiator yang dapat digunakan pada anionik blok kopolimer diantaranya adalah inisiator organo alkali kompleks clan organo alkali. Kedua jenis inisiator ini menghasilkan rasa yang homogen clan sangat aktif menyerang anion organik pada species monomer. Reaksi cepat clan kehadiran komponen dengan atom hidrogen yang aktif tanpa perpindahan rantai atau terminasi [2].

Ada empat metode yang dapat digunakan pada pembuatan blok kopolimer BAB [ 3 ], yaitu : a. Proses tiga tahap dengan menggunakan inisiator

monofungsional. Tahap pertama proses ini adalah pembentukan blok polimer B menggunakan

inisiator n-butyl lithium dalam pelarut benzena. Tahap kedua adalah tahap perpanjangan rantai dengan polimerisasi monomer A. Tahap ketiga adalah adisi kembali monomer B kemudian blok diterminasi.

b. Proses dua tahap dengan menggunakan inisiator difungsional.lnisiator yang digunakan pada proses ini adalah dialkali kompleks contohnya natrium naftalen atau dilithium kompleks clan pelarut tetrahidrofuran. Tahap pertama pada proses ini adalah inisiasi monomer A, sehingga membentuk blok A dengan dua ujung aktif yang merupakan pusat dari blok kopolimer. Tahap

kedua adalah propagasi dua blok B oleh dua

ujung aktif dari pusat blok kopolimer. Setelah itu blok kopolimer diterminasi

c. Proses dengan menggunakan inisiator monofungsional dan coupling agent Monomer B dipolimerisasi secara terpisah dengan monomer A. Kemudian kedua rantai digabungkan sehingga membentuk ABBA blok copolimer. Metode ini digunakan untuk menghasilkan blok kopolimer dengan ujung rantai asetat menggunakan inisiator n-buthyl lithium dan pelarut xylena. Terminasi dilakukan dengan penambahan gugus asetat. d. Proses dua tahap menduplikasikan copolimer.

Penambahan monomer B pertama pada sistem hidrokarbon organo lithium menghasilkan blok

homopolimer B.

Tahap kedua campuran

monomer B clan monomer A ditambahkan pada blok homopolimer B clan diikuti oleh pemumian jung monomer B yang kedua.

Kopolimer adalah polimer yang terbentuk lebih dari satu jenis monomer. Struktur kopolimer cukup bervariasi dipengaruhi oleh metode polimerisasinya. Beberapa perubahan pada struktur daD sifat polimer dapat mempengaruhi terbentuknya blok atau graft kopolimer. Hal yang terpenting dari jenis kopolimer blok atau graft adalah struktur rantai, dimana secara normal dapat digabungkan melalui

ikatan kimia [ 2 ].

Mekanisme anionik salah satu cara untuk

membentuk blok koplimer, karena sistem ini mempunyai atom C yang lebih elektronegatif yang berikatan dengan logam alkali yang bermuatan positif, kemudian secara aktif mengadisi monomer. lnisiator organo alkali kompleks digunakan untuk membentuk blok kopolimer pada rasa homogen. Blok kopolimer yang balk mempunyai kemumian yang

MekaDisme Reaksi daD KiDetika Kopolimerisasi

Mekanisme reaksi pembentukan blok

kopolimer stirena formaldehid meliputi tahap reaksi inisiasi, propagasi dan terminasi, mengikuti reaksi sebagai bt:iikut:

1.81. yang dipelajari adalah monomer stirena terhadap terhadap mikrostruktur,

persentase yield, berat

(3)

Tahap inisiasi

-[---CH2O-)m -CH2O-) -~a Na+

Na +

Pada tahap tenninasi dipilih metanol sebagai

penghenti

reaksi, karena metanol memiliki sifat yang

mudah lamt daD kecepatan

mentenninasi

yang tinggi

dibanding udara.

CXJ

Tahap terminasi

00 ~

Na+

00 -+ CH=CH2

Na

+-[

---CH-CH2}+

00

0

2CH30H

-[..-:-.cH2-O---]m-CH2-0-]~a

+

H[ -CH -CH2~[ -CH -CH2- ]n-CH2-CH~

0

Pada sistem polimerisasi ini, monomer radikal anion

mempropagasi pada kedua ujung rantai aktif.

Biasanya,

radikal anion menjadi dimer melalui ujung

bebas yang membentuk

dianion.

-[--CH2-0-]m-CH2-D-] H + 2CH3CONa

2 Na+-[;...cH-CH2]

0

CARA KEItJA

Na[ -CH-CH2-CH2-CH-}Na

0

Setelah tahap ini terjadi , ujung-ujung aktif mulai memperpanjang rantai melalui reaksi propagasi daD membentuk blok kopolimer stirena.

Tahap propagasi

Na

+. [.--cH-CH2-[-CH-CH2-

]n~CH2-CH-r~a

0 0

0

Penambahan formaldehid menyebabkan blok polimer stirena memperpanjang rantai dengan mengikat gugus formaldehid sehingga terbentuk blok kopolimer stirena formaldehid.

Cara kerja dibagi menjadi empat tahap yaitu : 1. Merancang alat seperti pacta gambar 1.

2. Persiapan percobaan , dilakukan setiap kali akan melakukan percobaan.

3, Pembuatan inisiator.

lnisiator dibuat dalam Reaktor inisiasi (1) dengan mereaksikan logam natrium, naftalen dalam pelarut tetrahidrofuran. Pacta kondisi 60°C dan tekanan atmosfer, serta kondisi inert nitrogen.

4. Percobaan polimerisasi, untuk pengambilan data. Percobaan polimerisasi dilakukan dalam reaktor polimerisasi (17) pacta kondisi operasi -20°C dan tekanan atmosfer selama 4 jam ( 2 jam waktu polimerisasi blok stirena dan 2 jam waktu polimerisasi blok formaldehid )

5. Analisa mikrostruktur dengan FTIR

6. Analisa berat molekul dengan alat viskosimetri oswald (C=O.OO 1316) dengan pelarut toluen pacta kondisi 27-30oC.

7. Analisa yield dengan piknometer

DATA EKSPERIMEN

= 0.1-0.5

=20ml

= 10ml

= 20oC

= 4 jam

* Perbandingan Mstirena/Mformaldehid * Volume inisiator Na-Naftalen * Volume terminator metanol * Temperatur

* Waktu polimerisasi

(4)

HASIL DAN PEMBAHASAN

..

...

Penelitian diarahkan untuk meerrninator mbentuk blok kopolimer dengan struktur BAB ( A adalah blok polimer stirena daD B adalah blok polimer forrnaldehid). Terbentuknya blok kopolimer stirena forrnaldehid dapat dilihat daTi analisa FTIR,

yang ditunjukan oleh adanya puncak-puncak yang

berasal daTi ikatan H-C- pacta rentang 2800-2000

cm-"1

j

~

"1

~~i

/ H pacta rentang -r

-.

~--,-'

-

~

-.

0

dan 500-450

cm-1 , ikatan \

C=C

'I. ;

-i1» '1---'-

-.

.-.

..

-/ \

750-697 cm-) daD ikatan C-H berada pada rentang 1500-1350 cm-I,

Gambar 3. FfIR untuk perbandingan konsentrasi N konsentrasi B = 0.3

-~

"1~

JVi

1

! I

.:f

..~

I

' ~.

: I' : ! ;\ ~ 'I .'; Ii /' :' I : I I ;

-,"

r~

J

j\~

I ~.

..

I

₍

~ 1\ i~{ f" ) v J I ! j i\ I

", '

1\J ..+~~

----.

~-.,~

-

--

-

i~

.,,

--"---'--r "..,,1

~

:\1 '-:-~

-.

KM~

Gambar I. FTIR untuk perbandingan konsentrasi AI konsentrasi B ~ 0.1

Gambar 4. FfIR untuk perbandingan konsentrasi N konsentrasi B = 0

Menghitung kandungan mikrostruktur adalah dengan menggunakan tinggi puncak padagambar FTIR yang merupakan nilai absorbansi. Nilai absorbansi ini dikonversi ke % transimitan dimana nilai absorbansi merupakan kebalikan % transmitan. Kemudian % mikrostruktur merupakan

fraksi dari % transmitan.

...

'"

::~

)\V

""111V 0.0.+-,"

-'-

~

-.

~

...

-.

~

Gambar 2 FTIRuntuk perbandingan konsentrasi N konsentrasi B = 0.2

(5)

--;;-

(j)' .'

.

, '.rrJ

I

'

,

if'., r; Tabel3.

Hasil Analisa % Yield Blok Kopolimer Stirena Formaldehid

I

' i

-

I

/

CD, ,', .11 'V " :;11~ ., r " Ii \_{!' '. '"}

/

1;: !

!/~I~

I

~

_\

ii .j'j) ; i 't'

\.v

"-..

_\I. ..~--

_-.

.,.,

KESIMPULAN

r-,-"'::..

-.

---

_-.-

_, -,--"

-.

Gambar 5 FTIR untUk perbandingan konsentrasi A / konsentrasi B = 0.5

Puncak-puncak

yang menunjukan

kebera-daan blok kopolimer stirena formaldehid pada peta FTIR, yaitu puncak yang menunjukan ikatan

H-C-II 0 pada rentang 2800 -2000 cm-1 dan 500 -450 cm-l,

ikatan \ / pada rentang 750 -697 cm-1 dan

c-c

P Kandungan mikrostruktur blok B1 terbesar

dicapai pada perbandingan konsentrasi monomer

stirena formaldehid 0.5, blok B2 pada konsentrasi monomer 0.2, sedangkan mikrostruktur blok A terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasi monomer stirena terhadap formaldehid 0.3.

kandungan mikrostruktur daTi blok kopolimer stirena formaldehid dapat dilihat daTi label berikut :

Tabel I. Hasil Analisa Kandungan Mikrostruktur Blok Kopolimer Stirena Formaldehid

/ \

ikatan C-Hberada pada rentang 1500-1350 cm-l. Kandungan mikrostruktur blok B1 terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasi monomer stirena formaldehid 0.5, blok B2 pada konsentrasi monomer 0.2, sedangkan mikrostruktur blok A

terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasi

monomer stirena terhadap formaldehid 0.3.

Kenaikan dari rasio konsentrasi monomer A berbanding konsentrasi monomer B berbanding lurus dengan kenaikan berat molekul blok kopolimer stirena formaldehid

Rasio konsentrasi monomer A terhadap monomer B berbanding lurus dengan % yield dari blok kopolimer stirena formaldehid yang dihasilkan.

Dari label diatas dapat dilihat bahwa blok yang BAB terbentuk mempunyai panjang blok A yang lebih kecil dibandingkan blok B.

Pengaruh perbandingan konsentrasi monomer A

berbanding konsentrasi berikut monomer B terhadap blok kopolimer stirena formaldehid dapat dilihat dari

tabel2.

Menghitung

kandungan mikrostruktur

adalah dengan menggunakan tinggi

puncak

padagambar FTIR yang merupakan ni!ai absorbansi. Nilai absorbansi ini dikonversi ke %transimitan

dimana nilai absorbansi merupakan kebalikan %

transmitan. Kemudian % mikrostruktur merupakan fraksi dari % transmitan.

DAFTARPUSTAKA

Tabel 2. Hasil Analisa Berat Molekul Blok Kopolimer Stirena Formaldehid

[1] MORTON, M., Anionic

Polymerization

Principles and

Practice, Academic Press,

Academic Press,

New York, (1983).

[2] KEN NORO et. all, Anionic Polimerization of

Aldehydes,

Japan,

(1964), 35-55.

[3] W.E. SMITH et. all, Block Copoymerization

of

Formaldehyde,

USA, (1966),1659-1671.

[4] STEPHEN, L. ROSEN., Fundamental Principles of Polymeric Materials, John Wiley &

Sons,

New York, (1982).

(6)

LAMPIRAN

Merancamg Peralatan Percobaan

Rangkaian alat yang digunakan untuk oercobaan terdiri dari satu reaktor inisiasi dan satu reaktor polimerisasi, rangkaian alai tersebut dapat dilihat pada gambar di atas.