KARAKTERISASI HASIL SINTESA BLOK KOPOLIMER …digilib.batan.go.id/ppin/katalog/file/1410-2897-1997-1-180.pdfdan B blok polimer formaldehid). Penentuan struktur dilakukan dengan menggunakan

"'(I.fidi'l{!

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

KARAKTERISASI HASIL SINTESA BLOK KOPOLIMERSTlRENA FORMALDEHID SECARA FTIR1

Ditta Mutiara2, M. Muhidin2 dan Aniek S. Handayanr

ABSTRAKKARAKTERISASI HASIL SINTESA BLOK KOPOLIMER STIRENA FORMALDEHID SECARA FTIR. Blokkopolimer stirena formaldehid diperoleh melalui kopolimerisasi anionik menggunakan inisiator logam natrium naftalen dalam pelaruttetrahidrofuran. Reaksi polimerisasi dilangsungkan dalam reaktor batch dalam rasa homogen dan lingkungan nitrogen pada tekananatmosfir dengan kondisi suhu operasi -20"C dan konsentrasi monomer stirena berbanding konsentrasi monomer formaldehid pada rentang0.1-0.5. Penelitian diarahkan untuk membentuk blok kopolimer stirena formaldehid dengan struktur BAB (A adalah blok polimer stirenadan B blok polimer formaldehid). Penentuan struktur dilakukan dengan menggunakan metoda spektrofotometri FfIR (Fourier TransformInfra 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=C0 I \

pada rentang 750-697 cm-1 dan ikatan C-H berada pada rentang 1500-1350 cm-l. Kandungan mikrostruktur blok B, terbesar dicapai padaperbandingan konsentrasi monomer stirena formaldehid 0.5, mikrostruktur blok A terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasimonomer stirena terhadap formaldehid 0.3 dan mikrostruktur B2 terbesar dicapai pada perbandingan konsentrasi monomer stirena terhadapformaldehid 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 sebesar54.876.91521 gr/grmol. Persentase yield terbesar diperoleh pada perbandingan monomer stirena terhadap formaldehid 0.5 yaitu sebesar87%. Dari hasil analisa dapat disimpulkan bahwa hasil maksimum diperoleh pada perbandingan monomer stirena dan formaldehid sebesar0.5. Dari hasil percobaan terlihat bahwa parameter yang terukur sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan, meskipun uji lanjut masih

perlu dilakukan.

ABSTRACTRESULT OF CARACTERISTIC OF SYNTHESIS BLOCK COPOLIMER STYRENE FORMALDEHID BY FTIR.Block copolymer styrene formaldehyde is synthesied through anionic copolymerization by sodium naftalen inisiator in tetrahidrofuransolvent. Polymerization is performed directly in homogen phase of nitrogen atmosferin normal pressure, operation tempherature -20"Cand the ratio concentration styrene monomer is proportional to formaldehyde monomer in the range of 0.1-0.5. Research was directed forsynthesis of block copolymer styrene formaldehyde with BAB structure (A is styrene block polymer and B is formaldehyde blockpolymer) Determination of form block copolymer styrene formaldehyde structure was done by FfIR analysis (Fourier Transform InfraRed). 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 -C0 I \

The biggest content of microstructure block B1 is reached ror ratio concentration styrene monomer accordance concentrationformaldehyde monomer was 0.5. tile biggest microstructure block A reach for ratio concentration styrene monomer accordanceconcentration formaldehyde monomer was 0.3, the biggest microstructure block B2 is reached for ratio concentration styrene monomeraccordance concentration formaldehyde monomer was 0.2. Excepted microstructure and microstructure content, the other result aremoleculer weight and percentage of yield. The biggest molekuler weight of copolymer styrene formaldehyde reach for ratio concentrationstyrene monomer accordance concentration formaldehyde monomer of 0.5 was 54.876.915,21 gr/grmol. The biggest percentage yield ofcopolymer styrene formaldehyde is reached for ratio concentration styrene monomer accordance concentration formaldehyde monomerwas 0.5 was 87%. The result of analysis conclude that maximum result is reached for ratio concentration styrene monomer accordanceconcentration 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 WORDBlock Copolymer, Styrene, Formaldehid

PENDAHULUAN

stabilitas tennal yang tinggi sehingga tidakmenyebabkan perubahan struktur selama prosespencetakan. Blok kopolimer stirena fonnaldehidbersifat fleksibel dan elastis, namun tetap keras dankuat. Selain itu pula jika diproses secara moldinglebih efisien (mold shrinkage = 0.033) dibandingkandengan homopolimer fonnaldehid dan random

kopolimer stirena fonnaldehid.Ditinjau dari penelitian yang dilakukan oleh

Szwarc pemilihan inisiator menentukan mikrostrukturkopolimer, karena inisiator dapat mengaktitkan ujung

Blok kopolimer stirena formaldehidmerupakan polimer yang terdiri daTi dua monomersebagai bahan baku pada industri komponen listrik,film, fiber clan pelapisan. Selain itu pula blokkopolimer 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

180

rantai monomer. Dengan menggunakan inisiator

logam alkali kompleks seperti natrium naftalendihasilkan blok kopolimer dengan struktur BAB,dimana B merupakan blok poliformaldehid daD A

merupakan blok polistirena. panjang dari blok

polistirena (A) tergantung pada jumlah rantai yangberikatan selama tahap polimerisasi formaldehid [ 1 ].

Pada penelitlan ini dipilih polimerisasidengan sistem tarutao. Keuntungan dari sistem iniadalah pengontrolan reaksinya lebih mudah clan

polimerisasi yang dilakukan mempunyai rasa yanghomogen. Pada metode polimerisasi anionikdibutuhkan pelarut untuk melarutkan keduamonomer. Walaupun demikian metode ini lebihmenguntungkan secara kualitatif karena produk yangdihasilkan lebih homogen. Pelarut mempengaruhistruktur 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 kopolimerstirena formaldehid [4].

Berdasarkan basil perumusan masalahdiatas, penelitian ini ditujukan untuk memperolehblok kopolimer stirena formaldehid denganmikrostruktur BAB, dimana A adalah blok kopolimerstirena clan B adalah blok kopolimer formaldehid

dengan berat molekul besar clan persentase yield yang

tinggi.Variabel-variabel

perbandingan konsentrasimonomer formaldehidkandungan mikrostmktur,molekul atau panjang ranformaldehid.

TEORI

tinggi clan tanpa kehadiran reaksi samping selama

polimerisasi. Panjang rantai blok clan struktur dariblok kopolimer dipengaruhi oleh konsentrasi

monomer-monomer clan konsentrasi inisiator [I].lnisiator yang dapat digunakan pada anionik blok

kopolimer diantaranya adalah inisiator organo alkalikompleks clan organo alkali. Kedua jenis inisiator ini

menghasilkan rasa yang homogen clan sangat aktifmenyerang anion organik pada species monomer.Reaksi cepat clan kehadiran komponen dengan atom

hidrogen yang aktif tanpa perpindahan rantai atauterminasi [2].

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

monofungsional. Tahap pertama proses ini adalahpembentukan blok polimer B menggunakaninisiator n-butyl lithium dalam pelarut benzena.Tahap kedua adalah tahap perpanjangan rantai

dengan polimerisasi monomer A. Tahap ketigaadalah adisi kembali monomer B kemudian blokditerminasi.

b. Proses dua tahap dengan menggunakan inisiator

difungsional.lnisiator yang digunakan padaproses ini adalah dialkali kompleks contohnyanatrium naftalen atau dilithium kompleks clanpelarut tetrahidrofuran. Tahap pertama padaproses ini adalah inisiasi monomer A, sehinggamembentuk blok A dengan dua ujung aktif yang

merupakan pusat dari blok kopolimer. Tahapkedua adalah propagasi dua blok B oleh duaujung aktif dari pusat blok kopolimer. Setelahitu blok kopolimer diterminasi

c. Proses dengan menggunakan inisiator

monofungsional dan coupling agent Monomer Bdipolimerisasi secara terpisah dengan monomerA. Kemudian kedua rantai digabungkan sehinggamembentuk ABBA blok copolimer. Metode inidigunakan untuk menghasilkan blok kopolimerdengan ujung rantai asetat menggunakan inisiatorn-buthyl lithium dan pelarut xylena. Terminasidilakukan dengan penambahan gugus asetat.

d. Proses dua tahap menduplikasikan copolimer.Penambahan monomer B pertama pada sistemhidrokarbon organo lithium menghasilkan blok

homopolimer B. Tahap kedua campuranmonomer B clan monomer A ditambahkan pada

blok homopolimer B clan diikuti olehpemumian jung monomer B yang kedua.

Kopolimer adalah polimer yang terbentuklebih dari satu jenis monomer. Struktur kopolimercukup bervariasi dipengaruhi oleh metode

polimerisasinya. Beberapa perubahan pada strukturdaD sifat polimer dapat mempengaruhi terbentuknyablok atau graft kopolimer. Hal yang terpenting darijenis kopolimer blok atau graft adalah struktur rantai,dimana secara normal dapat digabungkan melaluiikatan kimia [ 2 ].

Mekanisme anionik salah satu cara untukmembentuk blok koplimer, karena sistem inimempunyai atom C yang lebih elektronegatif yangberikatan dengan logam alkali yang bermuatanpositif, kemudian secara aktif mengadisi monomer.lnisiator organo alkali kompleks digunakan untukmembentuk blok kopolimer pada rasa homogen. Blokkopolimer yang balk mempunyai kemumian yang

MekaDisme Reaksi daD KiDetika KopolimerisasiMekanisme reaksi pembentukan blok

kopolimer stirena formaldehid meliputi tahap reaksi

inisiasi, propagasi dan terminasi, mengikuti reaksisebagai bt:iikut:

1.81.

yang dipelajari adalahmonomer stirena terhadap

terhadap mikrostruktur,persentase yield, berat

tai blok kopolimer stirena

Tahap inisiasi-[---CH2O-)m -CH2O-) -~a

Na+Na +Pada tahap tenninasi dipilih metanol sebagai

penghenti reaksi, karena metanol memiliki sifat yangmudah lamt daD kecepatan mentenninasi yang tinggidibanding udara.

CXJTahap terminasi

00 ~Na+ 00 -+ CH=CH2

Na +-[ ---CH-CH2}+ 00

02CH30H-[..-:-.cH2-O---]m-CH2-0-]~a +

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

0 0 0Pada sistem polimerisasi ini, monomer radikal anionmempropagasi pada kedua ujung rantai aktif.Biasanya, radikal anion menjadi dimer melalui ujungbebas yang membentuk dianion.

-[--CH2-0-]m-CH2-D-] H + 2CH3CONa2 Na+-[;...cH-CH2]

0 CARA KEItJA

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

0 0Setelah tahap ini terjadi , ujung-ujung aktif mulaimemperpanjang rantai melalui reaksi propagasi daDmembentuk blok kopolimer stirena.

Tahap propagasi

Na +. [.--cH-CH2-[-CH-CH2- ]n~CH2-CH-r~a

0 0 0Penambahan formaldehid menyebabkan blok

polimer stirena memperpanjang rantai denganmengikat gugus formaldehid sehingga terbentuk blokkopolimer 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, naftalendalam pelarut tetrahidrofuran. Pacta kondisi 60°Cdan tekanan atmosfer, serta kondisi inert

nitrogen.4. Percobaan polimerisasi, untuk pengambilan data.

Percobaan polimerisasi dilakukan dalam reaktorpolimerisasi (17) pacta kondisi operasi -20°C dantekanan atmosfer selama 4 jam ( 2 jam waktupolimerisasi blok stirena dan 2 jam waktupolimerisasi blok formaldehid )

5. Analisa mikrostruktur dengan FTIR6. Analisa berat molekul dengan alat viskosimetri

oswald (C=O.OO 1316) dengan pelarut toluen pactakondisi 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

182

HASIL DAN PEMBAHASAN

..

...Penelitian diarahkan untuk meerrninatormbentuk blok kopolimer dengan struktur BAB ( Aadalah blok polimer stirena daD B adalah blokpolimer forrnaldehid). Terbentuknya blok kopolimerstirena forrnaldehid dapat dilihat daTi analisa FTIR,yang ditunjukan oleh adanya puncak-puncak yangberasal daTi ikatan H-C- pacta rentang 2800-2000 cm-

"1j~

"1 ~~i

/ H pacta rentang-r -. ~--,-'- ~-.

0dan 500-450 cm-1 , ikatan \

C=C

'I. ;-i1»

'1---'--.-. .-. ..-/ \

750-697 cm-) daD ikatan C-H berada pada rentang1500-1350 cm-I,

Gambar 3. FfIR untuk perbandingan konsentrasi Nkonsentrasi B = 0.3

-~

"1~JVi

1!

I

.:f

..~I ' ~.

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

;-,"

r~Jj\~I ~.

..I (~

1\ i~{f" )

v

J I! ji\ I", '

1\J

..+~~----.i~

---~-.,~-

.-,-,-

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

~

:\1'-:-~-.

KM~Gambar I. FTIR untuk perbandingan konsentrasi AI

konsentrasi B ~ 0.1Gambar 4. FfIR untuk perbandingan konsentrasi N

konsentrasi B = 0

Menghitung kandungan mikrostrukturadalah dengan menggunakan tinggi puncakpadagambar FTIR yang merupakan nilai absorbansi.Nilai absorbansi ini dikonversi ke % transimitandimana nilai absorbansi merupakan kebalikan %transmitan. Kemudian % mikrostruktur merupakanfraksi dari % transmitan.

...'"

::~)\V

""111V0.0.+-,"-'-

~-. ~... -. ~

~

Gambar 2 FTIRuntuk perbandingan konsentrasi Nkonsentrasi B = 0.2

183

--;;- (j) '

.'., '.rrJ I '

,if'., r;

Tabel3.

Hasil Analisa % Yield Blok Kopolimer StirenaFormaldehid

I' i- /ICD, ,',

.11 'V" :;11 ~., r "

Ii \ /1;: !!' '. '"

!/~I~

I~\ ii.j'j); i 't' \.v

"-..\I...~---..,., KESIMPULANr-,-

"'::..-. --- ,-.--,--"-.Gambar 5 FTIR untUk perbandingan konsentrasi A /

konsentrasi B = 0.5

Puncak-puncak yang menunjukan kebera-daan blok kopolimer stirena formaldehid pada petaFTIR, yaitu puncak yang menunjukan ikatan H-C-

II0

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 terbesardicapai pada perbandingan konsentrasi monomerstirena formaldehid 0.5, blok B2 pada konsentrasimonomer 0.2, sedangkan mikrostruktur blok Aterbesar dicapai pada perbandingan konsentrasimonomer stirena terhadap formaldehid 0.3.kandungan mikrostruktur daTi blok kopolimer stirenaformaldehid dapat dilihat daTi label berikut :

Tabel I. Hasil Analisa Kandungan Mikrostruktur BlokKopolimer Stirena Formaldehid

/ \ikatan C-Hberada pada rentang 1500-1350 cm-l.

Kandungan mikrostruktur blok B1 terbesardicapai pada perbandingan konsentrasi monomerstirena formaldehid 0.5, blok B2 pada konsentrasimonomer 0.2, sedangkan mikrostruktur blok Aterbesar dicapai pada perbandingan konsentrasimonomer stirena terhadap formaldehid 0.3.

Kenaikan dari rasio konsentrasi monomer Aberbanding konsentrasi monomer B berbanding lurusdengan kenaikan berat molekul blok kopolimerstirena formaldehid

Rasio konsentrasi monomer A terhadapmonomer B berbanding lurus dengan % yield dariblok kopolimer stirena formaldehid yang dihasilkan.

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

Pengaruh perbandingan konsentrasi monomer Aberbanding konsentrasi berikut monomer B terhadapblok kopolimer stirena formaldehid dapat dilihat dari

tabel2.Menghitung kandungan mikrostruktur

adalah dengan menggunakan tinggi puncakpadagambar FTIR yang merupakan ni!ai absorbansi.Nilai absorbansi ini dikonversi ke %transimitandimana nilai absorbansi merupakan kebalikan %transmitan. Kemudian % mikrostruktur merupakanfraksi dari % transmitan.

DAFTARPUSTAKA

Tabel 2. Hasil Analisa Berat Molekul Blok KopolimerStirena Formaldehid

[1] MORTON, M., Anionic PolymerizationPrinciples and Practice, Academic Press,Academic Press, New York, (1983).

[2] KEN NORO et. all, Anionic Polimerization ofAldehydes, Japan, (1964), 35-55.

[3] W.E. SMITH et. all, Block Copoymerization ofFormaldehyde, USA, (1966),1659-1671.

[4] STEPHEN, L. ROSEN., FundamentalPrinciples of Polymeric Materials, John Wiley &Sons, New York, (1982).

184

LAMPIRAN

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

Keterangan gambar:

I. Reaktor inisiasi2. Magnetik stirer3. Tennometer4. Kondensor5. Penampung inisiator6. Propitet7. Elektromantel8. Meja penyangga9. Botol trap gas keluar10. Botol trap gas untuk vakum

I I. Pompa vakum12. Botol berisi parafin13. Botol berisi silika gel14. Tabung nitrogen15. Pengaduk listrik16. Labu pengumpan17. Reaktor Polimerisasi18. Waterbath berisi nitrogen daD metanol19. Pendingin (es dan air es)20. sambungan lubang termometer

185