SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 723
Pengaruh Nanosize-filler Pada Daya Serap Air
Superabsorban Polimer Komposit Akrilat
Jadigia Ginting
PSBM PSTBM BATAN
Kawasan Puspitek Serpong
e-mail: jadigia.ginting@yahoo.com
ABSTRAK
Pengaruh Nanosize-filler pada Daya Serap Air Superabsorban Polimer Komposit (SAPC) Akrilat. Beberapa superabsorban polimer komposit telah disintesis dengan kopolimerisasi akrilat menggunakan beberapa filler dengan ukuran nano dari berbagai filler bentonit dan montmorillonit. Hasil sintesis dikarakterisasi dengan spektroskopi Infra merah (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy( SEM). Semua filler dihaluskan dengan high
energy mechanical milling (HEMM) selama 10 jam untuk mendapatkan ukuran nano. Pengaruh
ukuran nanofiller pada daya serap air SAPC menunjukkan hasil nyata yaitu masing-masing untuk SAPC-bentonit 0.837; SAPC-m-K10 0.621 dan SAPC-m-Ksf 0.636. Hasil ini lebih baik dari pada penggunaan filler non-milling seperti SAPC-bentonit non-milling 0.164 dan SAPC-m-K10 0.577 dan SAPC-m-Ksf 0.607 Analisis data XRD menunjukkan terjadinya pelebaran puncak 2Ɵ pada titik 5 yang memungkinkan peningkatan kekuatan dan stabilitas SAPC sehingga meningkatkan daya serap airnya.
Kata kunci : SAPC-ben HEMM 10 jam , SAPC-ben-non-milling, SAPC-m-K10, SAPC-m-Ksf,
daya serap air
ABSTRACT
Effect of nanosize filler toward water absorbance capacity of superabsorbent polymers composites. A Series of Superabsorbent Polymers Composites (SAPC) were synthesized by copolymerization using different filler: bentonites, montmorillonites of K10 and Ksf. The result were further characterized by fourier-transform infra red spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). All the filler used were treated by high energy milling (HEM) for 10 hours to get a nano size powder.The effect of nanosize filer indicated the significant the water absorbance capacity: SAPC-bentonite has water absorbance 0.837, SAPC-m-K10 and SAPC-m-Ksf were 0.621 and 0.636 respectively. These results were better, compared to SAPC-bentonit non-milling 0.164; SAPC-m-K10 0.577 and SAPC-m-Ksf 0.607. XRD data analysis showed a broad peak 2Ɵ at scale 5, that proposed induce the increasing the water absorbancy. Key words: SAPC-ben HEMM 10 hrs,SAPC-ben-non-milling, SAPC-m-K10SAPC-m-Ksf, water
absorption velocit
Pendahuluan
Superabsorban Polimer Komposit ( SAPC ) dibuat dari pencampuran kopolimer akrilat dan filler dari tanah liat tertentu. Menurut karakteristiknya SAPC telah banyak digunakan di beberapa bidang aplikasi, seperti: pertanian, hortikultura, higienis, makanan, pemberian obat
dan kosmetik [4-5]. Berikut ini kapasitas serapan air beberapa material aplikasi dengan
kemampuan serapan air ratusan sampai ribuan kali dari berat awalnya. Kertas saring Whatman No.3 kapasitas serapan 180X, tissue untuk muka 400X, spons lembut PU 1050X, serbuk kayu
kering 1200X, tissue bola 1890X dan SAP A200 20200 kalinya. [2]
Banyak penelitian dilakukan untuk meningkatkan kualitas SAPC, salah satu teknik untuk meningkatkan kemampuan SAPC, adalah dengan menggunakan berbagai jenis dan ukuran filler
SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 724
sebagai penguat. KemampuanSAPC menyerap air ditentukan oleh gugus fungsional polimer
yang bersifat hidrofilik seperti akrilat, dengan gugus reaktif seperti -OH, COOH, CONH2, CONH
dan SO3H pada rantai polimer. Dalam penelitian ini digunakan beberapa jenis filler sebagai penguat untuk mendapat serapan yang lebih baik seperti bentonit dan montmorilonit di mana filler-filler ini dihaluskan dengan HEMM dengan putaran 1000 rpm selama 10 jam. Tujuan utama dari penelitian ini untuk melihat efek ukuran dan jenis filler terhadap daya serap air SAPC sehingga menghasilkan SAPC dengan kapasitas terbaik.
Metode Penelitian Bahan
Monomer akrilamida, asam akrilik, inisiator amonium persulfat (APS), crosslinker N, N'-metilenabisakrilamida (MBA), bentonit, dan montmorillonite yang diperoleh dari Aldrich.
Sintesa SAPC
Beberapa filler yang digunakan adalah bentonit, bentonit HEMM, montmorilonit K10 dan KSF ;secara terpisah ditambahkan ke dalam 5.5 g AA yang telah dilarutkan dalam air suling 35 ml dan kemudian ditambahkan 11 mL larutan natrium hidroksida (5M) dalam labu leher-tiga yang dilengkapi dengan pengaduk, kondensor, dan termometer. Kemudian 5.5 mg MBA ditambahkan ke dalam larutan campuran dan diaduk pada suhu kamar selama 60 menit.
Campuran tersebut kemudian dipanaskan perlahan-lahan sampai 70 oC setelah penambahan
0.12 gr initiator APS yaitu untuk memulai reaksi polimerisasi. Reaksi dilanjutkan selama satu jam sampai terbentuk hasil polimerisasi sebagai gel. Gel kemudian dicuci beberapa kali dengan
air suling dan dikeringkan dalam oven pada temperature 70 oC.
Berikut diagram alir kerja proses pembuatan SAPC
Gambar 1. Diagram alir proses pembuatan SAPC
Indentifikasi dan Karakterisasi
Identifikasi dilakukan untuk menentukan struktur kimia dengan FTIR, dan penentuan struktur mikro dengan menggunakan XRD dan morfologi dengan SEM.
Pengukuran daya serap air
Sampel SAPC ditimbang dan direndam dalam air suling selama 5,15, 30, 45 dan 60 menit, kemudian ditimbang lagi beratnya. Laju serapan air ditentukan menurut persamaan berikut:
W absd =
Dimana Mt adalah bobot sampel mengembang setelah direndam dalam air dan M0 adalah Berat
SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 725
Hasil dan Pembahasan
Hasil spektra pengukuran dengan FTIR
600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2400 2800 3200 3600 4000 1/cm 81 82.5 84 85.5 87 88.5 90 91.5 93 94.5 96 97.5 %T 34 29 .4 3 34 14 .0 0 32 15 .34 29 74 .2 3 29 18 .3 0 2665 .62 23 04 .9 4 20 96 .6 2 19 24 .9 6 17 39 .79 16 37 .5 6 15 43 .05 15 27 .6 2 15 10 .2 6 13 88 .75 12 53 .73 10 37 .70 92 3. 90 87 7. 61 79 6.60 67 7. 01653.87 549. 71 JG A
Gambar 2. Spektra FTIR dari SAPC-m-K10, suatu model
Gambar 2 disajikan spectrum infra merah SAPC - K10 yang menunjukkan struktur kimia
gugus fungsi polimer komposit : pada panjang gelombang berkisar 3500-3000 Cm-1 mencirikan
karakteristik gugus – OH dan pada panjang gelombang 1670-1760 Cm -1 karakteristik ikatan
silang polimer PAA. Serapan pada 1050 Cm -1 dan 685 Cm -1 sesuai dengan getaran ikatan
untuk Si-O.
Pengamatan XRD
Gambar 3. Pola difraktograf XRD dari SAPC-ben –non milling
Gambar 4. Pola difraktograf XRD dari SAPC-ben – HEM 10 hrs
Gambar.3. di atas adalah hasil pengukuran mikrograf dari SAPC-ben, menunjukkan puncak pada sudut 2 Ɵ di titik 5, dan pada Gambar 4, menunjukkan hasil pengukuran mikrograf SAPCmemperlihatkan pelebaran puncak sebagai fenomena interkalasi filler ke dalam polimer, hal ini menunjukkan adanya konsistensi dengan hasil pemgamatan SEM, Gambar.5.
SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 726
Pengamatan SEM
Gambar 5.: Mikrograf Scanning electron micrographs montmorillonite K10 and Ksf Penentuan Daya Serap Air
Gambar 6. Daya serap air SAPC –m-K10 dan SAPC-m-Ksf
Laju daya serap air dari dua SAPC –m-K10 and SAPC-m-Ksf hampir sama yang mungkin disebabkan karena ukuran kedua filler yang hampir sama, gambar 6.
Gambar 7. Daya serap air SAPC –ben HEM 10 jam dan SAPC-ben non milling
Sementara daya serap air SAPC –ben HEM 10 hrs and SAPC-ben-non milling
(gambar7) memiliki hasil yang berbeda jauh, dimana SAPC –ben HEM 10 jam gradient serapannya adalah 0.837 dan SAPC-ben-non milling adalah 0.164. Menurut sebuah studi
sebelumnya [6-7], filler /clay dapat bereaksi dengan PAA untuk meningkatkan jaringan polimer.
Dalam penelitian ini, mekanisme jenis dan ukuran filler dapat meningkatkan interaksi berupa ikatan antara –gugus COO dan gugus
-OH padapermukaan serbuk bentonit yang digiling halus sehingga mempunyai ukuran Kristal
/ butir Kristal sangat kecil dan dapat meningkatkan serapan air lebih baik.
SENATEK 2015| Malang, 17 Januari 2015 727
Daya serap air SAPC sangat tergantung secara signifikan pada jenis dan ukuran filler/penguat yang dihaluskan dalam ukuran serbuk mikro. Analisis Spektrum FTIR menunjukkan bahwa reaksi kopolimerisasi terjadi pada gugus -COO dan gugus -OH. Analisis XRD menunjukkan bahwa reaksi polimerisasi terjadi pada permukaan filler yang diindikasikan sebagai pelebaran puncak sudut 2Ɵ. Serapan air dari SAPC yang diteliti yaitu SAPC-m-K10 0.621, SAPC-m-KSF 0.636, SAPC-ben HEM 10 jam 0.837 berbeda nyata dengan SAPC-ben-non penggilingan yaitu 0.164. Daya serap air diukur dan ditentuikan secara grafik sebagai gradien serapan.
Daftar Pustaka
1. Ade Rahma Dyah H dan Risca Yanditia, Optimalisasi kondisi reaksi untuk meningkatkan sifat
absorbansi komposit polimer superabsorben,Laporan Penelitian Teknologi Kimia 2 , Teknik
Kimia Fakultas Teknologi Industri ITB,2011
2. A.Zainalabidin, I. Noezar, and Ridhawati, Synthesis and Characterization of Superabsorbent
Polymer Composites Based on Acrylic Acid, Acrylamide and Bentonite, Indonesian Journal of
Material Science, Vol. 12 (2), January.2011
3. Deni.Swastomo, Kartini Megasari,Rany Sapta Aji. 2008, Pembuatan Komposit Polimer
Superabsorben dengan Mesin Berkas Elektron, Seminar Nasional IV SDM Teknologi
Nuklir,Yogyakarta ,25-26 Agustus 2008.
4. Ferfera-harrar Hafida at.al, Preparation of Chitosan-g-Poly (acrylamide)/Montmorillonite Superabsorbent Polymer Composites: Studies on Swelling, Thermal, and Antibacterial Properties, Journal of Applied Polymer Science, 2014, DOI: 10.1002/APP.39747
5. Gao, Deyu, ”Superabsorbent Polymer Composite (SAPC) Materials and their Industrial and
High Tech Applications”, Dissertation, Der Technischen U ät Bergakademie Fiberg University.
2003
6. Li an, Wang Aiqin, Synthesis and properties of clay-based superabsorbent composite, European Polymer Journal 41 (2005) 1630-1637, ScienceDirect, Elsevier
7. Li an, Zhang Junping, Wang Aiqin, Utilization of starch and clay for the preparation of superabsorbent composite, Bioresource Technology 98 (2007) 327-332, ScienceDirect, Elsevier. 8. Pyrophyllite, en.wikipedia.org/wiki/Pyrophyllite
9. Sri yatmani dan Jadigia Ginting, Sintesis Dan Karakterisasi Superabsorban Polimer
Komposit Berbasis Nanoclay Montmorillonit
10. Xie huafei, Study and Preparation of Superabsorbent Composite of Chitosan-g-poly (Acrylic Acid )/Kaolin by In-situ Polymerization, International Journal of Chemistry,Vol.3, No. 3;
