PEMBUATAN SENSOR DARI POLIMER
KONDUKTIF POLIANILIN DENGAN
PENGISI SERBUK BAN
SKRIPSI
Oleh
RIZKY DHARMAWAN
090405045
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
PEMBUATAN SENSOR DARI POLIMER
KONDUKTIF POLIANILIN DENGAN
PENGISI SERBUK BAN
SKRIPSI
Oleh
RIZKY DHARMAWAN
090405045
SKRIPSI INI DIAJUKAN UNTUK MELENGKAPI SEBAGIAN
PERSYARATAN MENJADI SARJANA TEKNIK
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul:
PEMBUATAN SENSOR DARI POLIMER KONDUKTIF POLIANILIN DENGAN PENGISI SERBUK BAN
yang dibuat untuk melengkapi sebagian persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi dari skripsi yang sudah dipublikasikan dan atau pernah dipakai untk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Sumatera Utara maupun di Perguruan Tinggi atau instansi manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya dicantumkan sebagaimana mestinya.
Medan, 17 Juli 2014
PENGESAHAN
Skripsi dengan judul:
PEMBUATAN SENSOR DARI POLIMER KONDUKTIF POLIANILIN DENGAN PENGISI SERBUK BAN
dibuat untuk melengkapi persyaratan menjadi Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini telah diajukan pada sidang ujian skripsi pada 17 Juli 2014 dan dinyatakan memenuhi syarat/sah sebagai skripsi pada Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Mengetahui, Medan,17 Juli 2014
Koordinator Skripsi Dosen Pembimbing
Ir. Renita Manurung, MT. Dr.Ir. Hamidah Harahap, M.Sc NIP. 19681214 199702 2 002 NIP. 19671029 199501 2 001
Dosen Penguji I Dosen Penguji II
Ir. Bambang Trisakti, MT Dr. Ir. Iriany, M.Si
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Tulisan ini merupakan Skripsi dengan judul “Pembuatan Sensor Dari Polimer konduktif Polianilin Dengan Pengisi Serbuk Ban”, berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana teknik.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi gambaran kepada dunia industri tentang pemanfaatan serbuk ban dan juga pengembangan dari penggunaan polimer konduktif berbasis polipirol sebagai bahan campuran dalam pembuatan sensor polimer konduktif.
Sedangkan karya ilmiah yang telah diterima untuk terbit pada Jurnal Teknik Kimia USU dengan judul “KARAKTERISASI POLIMER KONDUKTIF POLIANILIN BERPENGISI SERBUK BAN UNTUK MENDETEKSI KONDUKTIVITAS MINYAK”.
Selama melakukan penelitian sampai penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada:
1. Ibu Dr. Ir. Hamidah Harahap, M.Sc, selaku Dosen Pembimbing atas kesabarannya dalam membimbing penulis dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini.
2. Bapak Ir. Bambang Trisakti, MT, selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan saran dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini. 3. Ibu Dr. Ir. Iriany, M.Si selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan saran
dan masukan yang membangun dalam penulisan skripsi ini.
5. Prof. Aliyeon, selaku kepala Laboratorium Sensor dan Teknologi Universitas Malaysia Perlis.
6. Prof. Madya. Mat Noor, selaku kepala Laboratorium Kimia Agroteknologi Universitas Malaysia Perlis
7. Hanif Pisal, selaku pembimbing Laboratorium.
8. Muhammad Nasir, selaku teknisi di Laboratorium Alat dan Instrumentasi Universitas Malaysia Perlis.
9. Satriaji Sudigdo selaku partner penelitian.
10.Teman-teman mahasiswa Teknik Kimia, terkhusus stambuk 2009 yang terus mendukung dan memotivasi penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan masukan demi kesempurnaan skripsi ini. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, 17 Juli 2014 Penulis
DEDIKASI
Penulis mendedikasikan skripsi ini kepada: 1. Dariati S.Pd selaku orang tua penulis 2. Supri A. Ghani selaku paman penulis
RIWAYAT HIDUP PENULIS
Nama: Rizky Dharmawan NIM: 090405045
Tempat/Tgl. Lahir: Medan, 1 Mei 1991 Nama orang tua: Dariati S.Pd
Alamat orang tua:
Desa Lalang, Kec. Medang Deras, Kab. Batubara, Sumatera Utara
Asal Sekolah
SD Negeri No. 064030, tahun 1997-2003
SMP Negeri 1 Sei Suka Batubara, tahun 2004-2007
SMA Negeri 1 Sei Suka Batubara, tahun 2007-2009 Pengalaman Organisasi/ Kerja:
1. Covalen Study Group (CSG) periode 2011-2012 sebagai Wakil Ketua Bidang Humas.
2. HIMATEK periode 2012-2013 sebagai Wakil Ketua Bidang Hubungan Antar Instansi dan Alumni..
3. Asisten Lab.Operasi Teknik Kimia tahun 2012-2013 modul Pengeringan (Try Drier) dan Ball Mill.
ABSTRAK
Polianilin (PANI) merupakan senyawa polimer yang bersifat konduktif dan banyak digunakan untuk pembuatan bahan-bahan elektronik terutamanya sensor polimer konduktif. Serbuk ban diketahui banyak mengandung senyawa karbon yang berasal dari karbon hitam yang biasa digunakan dalam proses pembuatan ban. Senyawa karbon pada umumnya dapat menambah nilai konduktivitas dari polimer konduktif. Kajian tentang penggunaan polianilin sebagai sensor dengan pengisi serbuk ban (tyer dust) sebagai sensor pendeteksi konduktivitas pada beberapa jenis minyak (minyak
kelapa sawit, minyak jagung, minyak solar, dan minyak oli) telah dilakukan dengan tujuan untuk mendapatkan komposisi pengisi serbuk ban terbaik untuk meningkatkan responsibilitas berdasarkan konduktivitasnya, dan menentukan kereaktifan sensor terhadap beberapa jenis minyak, serta dapat menentukan karakteristik sensor berdasarkan morfologi permukaan, gugus fungsi, struktur kristal, dan ketahanan kimia sensor. Dalam penilitian ini, serbuk ban dicampurkan dalam komposisi 0 phr; 5 phr; 10 phr; 15 phr; 20 phr; dan 25 phr dengan perbandingan suhu 70oC, 80 oC, dan 90 oC, serta dengan variasi waktu pemanasan 20, 30, dan 40 menit. Dari hasil uji konduktivitas didapatkan komposisi terbaik dari serbuk ban adalah pada 20 phr dengan suhu 80 oC, dan waktu pemanasan 30 menit dengan konduktivitas sebesar 0,284003 M ohm-1cm-1. Berdasarkan hasil uji FTIR terlihat ikatan antara matriks dan pengisi yang dihasilkan hanya berupa interaksi mekanik, ikatan hidrogen dan gaya Van der Waals. Analisa scanning electron microscopy (SEM) menunjukkan bahwa
struktur permukaan sensor bersifat kasar dan memilki penyebaran partikel yang baik. Hasil uji XRD menunjukkan bahwa sensor yang dihasilkan berbentuk FCC (Face Center Cubic). Hasil uji karakteristik ini juga didukung dengan uji scanning electron microscopy (SEM). Dari hasil uji ketahanan terhadap bahan kimia menunjukkan
bahwa sensor memiliki ketahanan yang baik terhadap bahan kimia. Dari hasil uji konduktivitasnya terhadap minyak didapatkan bahwa sensor yang dihasilkan menunjukkan kereaktifan yang lebih terhadap minyak kelapa sawit dengan konduktivitas sebesar 0,15179 M Ohm-1 cm-1.
ABSTRACT
Poly aniline (PANI) is one of conducting polymer which has good conductivity and more used to make electronic equipment especially conductive polymer sensor. Tire dust as known as the industrial waste from tire processing that seldom to use. Tire dust has a lot of carbon molecule from carbon black that usually used in tire processing. Carbon molecule can increase the conductivity value of conducting polymer. Study of the utilization of tire dust as the filler of poly aniline-tire dust composite has been done to get the best composition of tire dust filler for conductive sensor making. The conductive sensor is used to measuring the conductivity value of some kind of oil such as palm oil, corn oil, diesel, and engine oil. Poly aniline – tire dust has been mixed with the composition 5, 10, 15, 20, and 25 phr of tire dust at 70, 80, and 90°C in 20, 30, and 40 minutes. The first conductivity test shows that the best composition of tire dust is 20 phr at 80°C in 30 minutes with the value 0.284 M ohm-1cm-1. The result of FTIR characterization shows that bonding between matrix and fillers is mechanical anchoring, hydrogen bonding and Van der Waals forces. Scanning Electron Microscopy (SEM) result shows the rough surface and well dispersed of tire dust in poly aniline/tire dust blends. The XRD analysis shows the FCC crystallographic structure of the sensor. The chemical resistance test shows that the sensor has a good chemical resistance. The oil conductivity test shows that the sensor is more reactive to palm oil than other with the value 0.15179 M ohm-1.
DAFTAR
ISI
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI i
PENGESAHAN ii
PRAKATA iii
DEDIKASI v
DAFTAR RIWAYAT HIDUP vi
ABSTRAK vii
1.2 PERUMUSAN MASALAH 2
1.3 TUJUAN PENELITIAN 3
1.4 MANFAAT PENELITIAN 3
1.5 RUANG LINGKUP PENELITIAN 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5
2.1 POLIMER KONDUKTIF 5
2.2 SINTESIS POLIMER KONDUKTIF 6
2.3 POLIANILIN 7
2.4 SINTESIS POLIANILIN 7
2.5 SERBUK BAN 11
2.5.1 Karet Elastomer 13
2.5.2 Sulfur 13
2.5.3 Zink Oksida dan Asam Stearat 13
2.5.4 Karbon Hitam (Carbon Black) 13
2.6 GAS ELEKTRONIK 14
2.7 MINYAK 15
2.7.1 Minyak Goreng 15
2.7.2 Minyak Bumi 15
2.8 ANALISA PADA SENSOR 17
2.8.1 Karakterisasi dengan SEM 17
2.8.2 Karakterisasi dengan FT-IR 18
2.8.3 Karakterisasi dengan X-RD 18
2.9 APLIKASI POLIMER KONDUKTIF 18
2.10 ANALISA BIAYA 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 21
3.1 LOKASI PENELITIAN 21
3.2 BAHAN DAN PERALATAN 21
3.2.1 Bahan Penelitian 21
3.2.2 Peralatan 22
3.2.2.1 Peralatan Penelitian 22
3.2.2.2 Peralatan Analisa 22
3.3 VARIABEL PENELITIAN 23
3.3.1 Variasi Komposisi Serbuk Ban 23
3.3.2 Variasi Kondisi Curing Process pada Pembuatan Sensor 23
3.3.3 Variasi Jenis Minyak 24
3.4 PROSEDUR PENELITIAN 24
3.4.1 Pembuatan Sensor 24
3.4.2 Flowchart Percobaan 25
3.5 PROSEDUR ANALISA 26
3.5.1 Analisa Bilangan Resitensi Sensor 26
3.5.2 Analisa Bilangan Konduktivitas Sensor 26
3.5.3 Analisa Gugus Kimia Aktif 26
3.5.4 Analisa Morfologi Permukaan 26
4.1 ANALISA BILANGAN KONDUKTIVITAS SENSOR 29 4.1.1 Pengaruh Komposisi Serbuk Ban terhadap Nilai Konduktivitas
Sensor 30
4.1.2 Pengaruh Waktu Pemrosesan terhadap Nilai Konduktivitas
Sensor 32
4.1.3Pengaruh Temperatur Pemrosesan terhadap Nilai Konduktivitas
Sensor 34
4.2 ANALISA GUGUS FUNGSI SENSOR 37
4.3 ANALISA MORFOLOGI PERMUKAAN SENSOR 38
4.4 ANALISA X-RAY DIFFRACTION (XRD) 40
4.5 ANALISA KETAHANAN BAHAN KIMIA SENSOR 42
4.6 ANALISA KONDUKTIVITAS MINYAK 43
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 45
5.1 KESIMPULAN 45
5.2 SARAN 46
DAFTAR PUSTAKA 47
LAMPIRAN A DATA PERCOBAAN 51
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 55
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN 57
LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN
DAFTAR
GAMBAR
Gambar 2.1 Kelas Utama Polimer Konduktif 6
Gambar 2.2 Berbagai Bentuk Polianilin Berdasarkan Tingkat Isolatifnya 8 Gambar 2.3 Reaksi protonasi – deprotonasi Polianilin 8 Gambar 2.4 Oksidasi dari Anilin Hidroklorid dengan Amonium Peroksidisulfat 10 Gambar 2.5 Skematik Diagram dari Integrasi Elektroda 14
Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Sensor 25
Gambar 4.1 Grafik Nilai Konduktivitas Sensor Pada Setiap Keadaan 29 Gambar 4.2 Pengaruh Komposisi Serbuk Ban Terhadap Nilai Konduktivitas
Sensor 30
Gambar 4.3 Pengaruh Waktu Pemrosesan Terhadap Nilai Konduktivitas
Sensor Pada Suhu 80°C 32
Gambar 4.4 Pengaruh Suhu Pemrosesan Terhadap Nilai Konduktivitas Sensor
Selama 30 Menit 35
Gambar 4.5 Hasil Spektrum Polianilin 37
Gambar 4.6 Hasil Spektrum Sensor -4 Pada Temperatur 80oC dengan Pemanasan
Selama 30 Menit 37
Gambar 4.7 Hasil Analisa SEM dengan Perbesaran 200x pada
Temperatur (a)70°C, (b) 80°C, dan (c) dengan Waktu 30 Menit 39 Gambar 4.8 Hasil Analisa X-Ray Diffraction untuk Sensor 41 Gambar 4.9 Hasil Analisa Konduktivitas Pada Minyak 43
Gambar C.1 Persiapan Bahan Baku 57
Gambar C.2 Proses Pencampuran Bahan Baku 57
Gambar C.3 Sensor Keluaran Oven 58
Gambar C.4 Alat Multimeter Digital Fluke 8846A 59
Gambar C.5 FTIR Perkin-Elmer Germany 59
Gambar C.6 SEM JEOL-JSM-6460 LA 60
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kandungan yang terkandung dari struktur emeraldine base 9
Tabel 2.2 Tabel property anilin 9
Tabel 2.3 Tabel Komposisi Serbuk Ban 12
Tabel 2.4 Rincian Biaya Penelitian 19
Tabel 2.5 Rincian Biaya Pembuatan 1 Buah Sensor 20
Tabel 3.1 Formulasi Campuran Polianilin dengan Serbuk Ban 23 Tabel 3.2 Variasi Kondisi Operasi Curing Process pada Pembuatan Sensor 23
Tabel 3.3 Formulasi Jenis Minyak 24
Tabel 4.1 Perhitungan Jarak Interplanar dari Hasil XRD 41
Tabel 4.2 Urutan Pola pada Sistem Kubik 42
Tabel 4.3 Data Pengukuran Hail Uji Ketahanan Kimia 43 Tabel A.1 Data Percobaan Pada Suhu 70°C dengan Waktu 20 menit 51 Tabel A.2 Data Percobaan Pada Suhu 70°C dengan Waktu 30 menit 51 Tabel A1.3 Data Percobaan Pada Suhu 70°C dengan Waktu 40 menit 51 Tabel A.4 Data Percobaan Pada Suhu 80°C dengan Waktu 20 menit 52 Tabel A.5 Data Percobaan Pada Suhu 80°C dengan Waktu 30 menit 52 Tabel A.6 Data Percobaan Pada Suhu 80°C dengan Waktu 40 menit 52 Tabel A.7 Data Percobaan Pada Suhu 90°C dengan Waktu 20 menit 52 Tabel A.8 Data Percobaan Pada Suhu 90°C dengan Waktu 30 menit 53 Tabel A.9 Data Percobaan Pada Suhu 90°C dengan Waktu 40 menit 53
Tabel A.10 Data Konduktivitas Minyak 53
Tabel A.11 Data Perhitungan Analisa XRD (X – Ray Diffraction) 54
Tabel A.12 Data Pengukuran Hail Uji Ketahanan Kimia 54 Tabel B.1 Formulasi Komposisi Sensor... 55 Tabel B.2 Nilai Resistensi dan Konduktivitas Sensor Pada Suhu 80oC dan
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A DATA PERCOBAAN 51
LA.1 Data Analisa Konduktivitas Sensor 51
LA.2 Data Konduktivitas Pada Minyak 53
LA.3 Data Perhitungan Analisa XRD (X – Ray Diffraction) 54
LA.4 Data Pengukuran Hail Uji Ketahanan Kimia 54
LAMPIRAN B CONTOH PERHITUNGAN 55
LB.1 Perhitungan Komposisi Serbuk Ban dan Epoxy-hardener 55 LB.2 Perhitungan Nilai Konduktivitas Sensor 56
LAMPIRAN C DOKUMENTASI PENELITIAN 57
LC.1Persiapan Bahan Baku 57
LC.2 Proses Pencampuran Bahan Baku 58
LC.3 Produk Sensor 58
LC.4 Peralatan Dan Instrumen Analisa Sensor 59
LAMPIRAN D HASIL PENGUJIAN LAB ANALISIS DAN INSTRUMEN 61 LD.1 Hasil Spectrum FTIR Sensor Sensor Polimer Konduktif Dengan
DAFTAR SINGKATAN
FTIR Fourier Transform Infrared
SEM Scanning Electron Microscope
XRD X-Ray Diffraction
IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry
ENS Electronic Nose Sensor
VOC Volatile Organic Compound
PPy Polypirol
PTP Polythiophene
PP Pulang Pergi
Phr Per Hundred Resin
FCC Face Centered Cubic
ASTM American Standart Testing and Material
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Dimensi
σ Nilai konduktivitas sensor M Ohm-1cm-1
T Ketebalan sensor mm
R Nilai resistensi sensor Ohm
A Luas permukaan sensor mm2
n Tingkat refleksi
d Jarak antar atom
θ Sudut yang terbentuk
h Titik kordinat struktur kristal line k Titik kordinat struktur kristal line l Titik kordinat struktur kristal line
