PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA USULAN SKRIPSI KIMIA Judul Skripsi : Sintesis Busa Poliuretan dari Minyak Jarak, Air dan 1,4- Butanadiol yang Direaksikan dengan Toluena Diisosianat (TDI) sebagai Isolator Panas Nama Lengkap : Fajar Adani Wahyu Suryajati Nomor Mahasiswa : 07307141014 Alamat : Bulus II RT 03/RW IV Pakem, Sleman, Yogyakarta Tempat Penelitian : Laboratorium Kimia FMIPA UNY Pembimbing Utama : Dr. Eli Rohaeti Lembaga : Jurdik Kimia FMIPA UNY Pembimbing Pendamping : Dr. Suyanta Lembaga : Jurdik Kimia FMIPA UNY Jangka Waktu Penelitian : Maret – April Perkiraan Biaya : Rp 1.000.000,00 Yogyakarta, 15 Februari 2011 Menyetujui Pembimbing Utama Dr. Eli Rohaeti NIP. 19691229 199903 2 001 Peneliti Fajar Adani Wahyu S. NIM. 07307141026
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
USULAN SKRIPSI KIMIA
Judul Skripsi : Sintesis Busa Poliuretan dari Minyak Jarak, Air dan 1,4-Butanadiol yang Direaksikan dengan Toluena Diisosianat (TDI) sebagai Isolator Panas
Nama Lengkap : Fajar Adani Wahyu SuryajatiNomor Mahasiswa : 07307141014Alamat : Bulus II RT 03/RW IV Pakem, Sleman,
YogyakartaTempat Penelitian : Laboratorium Kimia FMIPA UNYPembimbing Utama : Dr. Eli RohaetiLembaga : Jurdik Kimia FMIPA UNYPembimbing Pendamping : Dr. SuyantaLembaga : Jurdik Kimia FMIPA UNYJangka Waktu Penelitian : Maret – AprilPerkiraan Biaya : Rp 1.000.000,00
Yogyakarta, 15 Februari 2011
MenyetujuiPembimbing Utama
Dr. Eli RohaetiNIP. 19691229 199903 2 001
Peneliti
Fajar Adani Wahyu S.NIM. 07307141026
MenyetujuiPembimbing Pendamping
Dr. Suyanta, M. Si.NIP. 19660508 199203 1 002
MengetahuiKoordinator Tugas Akhir Skripsi
Program Studi Kimia
Endang Dwi Siswani, M. T.NIP. 19541120 198702 2 001
1
I. JUDUL
Sintesis Busa Poliuretan dari Minyak Jarak, Air dan 1,4-Butanadiol yang
Direaksikan dengan Toluena Diisosianat (TDI) sebagai Isolator Panas
II. RUANG LINGKUP/BIDANG ILMU
Penelitian ini termasuk dalam ruang lingkup Kimia Fisika Polimer
III. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Tanaman jarak (Richinus communis L.) merupakan tanaman tahunan yang
mudah tumbuh di daerah tropik maupun subtropik dalam bentuk perdu besar
yang bercabang banyak, tidak teratur, dengan ketinggian mencapai 3 meter.
Curah hujan yang optimal 700-1200 mm per tahun akan sangat berpengaruh
dalam meningkatkan produktivitas biji castor yang baik (Ihwan Ulul Firdaus,
2009:3-5).
Menurut Robert Manurung yang dikutip oleh Sardi Duryatmo, minyak
jarak (Castor oil) dihasilkan dari biji buah jarak ricinus dengan pengepresan atau
ekstraksi pelarut dari biji tanaman jarak. Minyak yang diperoleh mengandung
asam-asam lemak yaitu asam risinoleat (89,5%) sebagai komponen utama, asam
oleat (3,0%), asam linoleat (4,2%), dan asam stearat (1,0%). Kombinasi gugus
hidroksil dan ketakjenuhan dalam minyak jarak menghasilkan minyak yang
lebih kental, tahan oksidasi dan dapat melekat pada permukaan logam dalam
bentuk lapisan film yang tipis (Sardi Duryatmo, 2005:28-29).
Penggunaan produk-produk turunan minyak jarak yang banyak diproduksi
di dunia berdasarkan urutan nilai produksinya adalah minyak pelumas, kosmetik,
2
pengobatan, urethane, detergen dan sabun, pelapis, serat nilon, dan tekstil
(Ihwan Ulul Firdaus, 2009:16-18).
Indonesia memiliki sumber daya alam yang melimpah. Salah satu yang
potensial untuk dibudidayakan di daerah tropis seperti Indonesia adalah tanaman
jarak (Richinus communis L.). Minyak jarak (Castor oil) yang nanti dihasilkan
dapat diolah sehingga menghasilkan produk yang bermanfaat. Salah satu produk
yang dapat dikembangkan adalah poliuretan. Adanya gugus hidroksil yang
berasal dari asam lemak tidak jenuh, asam risinoleat dalam minyak jarak,
menjadikan minyak jarak sebagai bahan baku (sebagai poliol) poliuretan yang
memiliki sifat unggul di bidang kelistrikan (Gerber, U., Meyer W., Schelbert, P.,
2005; Kusakawa, S., Yokkaichi, Yoshiyuki I., Mie, Seichi M., Yokkaichi, Kenji
K., dan Itami, Kenji U., 1986).
Poliuretan adalah jenis polimer yang memiliki banyak kelebihan pada
sifat-sifatnya dibandingkan jenis polimer yang lain pada aplikasi sejenis. Secara
prinsip, poliuretan dihasilkan dari reaksi polimerisasi antara senyawa yang
mengandung dua atau lebih gugus hidroksil reaktif per molekul (diol atau poliol)
dan senyawa isosianat yang memiliki lebih dari satu gugus isosianat reaktif per
molekul (diisosianat atau poliisosianat). Sifat produk hasil sintesis dikendalikan
oleh monomer yang digunakan, bervariasi mulai dari elastomer yang bersifat
fleksibel hingga plastik yang bersifat kaku dan rigid (keras) (Saunder, 1988;
Stevens, 2007:468-472). Salah satu aplikasi produksi poliuretan dalam dunia
industri adalah busa-busa yang kuat dan fleksibel dengan konduktivitas rendah
sehingga digunakan sebagai bahan isolator panas (Stevens, 2007:472-474).
3
Minyak jarak merupakan salah satu bahan alam yang mempunyai gugus
hidroksil, sehingga minyak jarak dapat digunakan sebagai sumber poliol dalam
sintesis poliuretan. Salah satu senyawa diisosianat yang umum digunakan
sebagai sumber gugus isosianat dalam sintesis poliuretan yaitu toluena-
diisosianat (TDI). TDI merupakan senyawa diisosianat aromatik yang lebih
reaktif dibandingkan dengan diisosianat alifatik.
Dalam penelitian ini akan dikaji tentang sintesis busa poliuretan dengan
menggunakan metode one shot process. Busa poliuretan sebagai isolator panas
disintesis dari minyak jarak-TDI yang direaksikan dengan penambahan aditif
yakni 1,4-butanadiol sebagai chain extender dan air sebagai blowing agent.
Untuk memperoleh informasi tentang busa poliuretan yang dapat diaplikasikan
sebagai bahan isolator panas dilakukan sintesis busa poliuretan dengan variasi
komposisi antara minyak jarak, air, TDI, dan 1,4-butanadiol.
Busa poliuretan diharapkan memiliki sifat-sifat yang khas sebagai isolator
panas, antara lain : konduktivitas termal yang rendah, density bulk rendah, dan
absorbsi air (water absorbtion) rendah. Karakterisasi busa poliuretan hasil
sintesis meliputi penentuan massa jenis, analisis gugus fungsi, uji derajat
penggembungan, kemampuan absorpsi uap air, dan konduktivitas termal.
Keberhasilan polimerisasi diketahui dengan mengidentifikasi gugus fungsi
busa poliuretan yang ditentukan dengan alat Spektrofotometer Fourier
Transform Infra Red (FTIR). Aplikasi busa poliuretan sebagai isolator panas
dianalisis melalui density bulk dengan analisis massa jenis, kemampuan absorbsi
air (water absorbtion) melalui uji absorbsi uap air. Sedangkan, untuk
4
menentukan ada tidaknya ikatan silang pada poliuretan dilakukan melalui uji
derajat penggembungan (swelling degree). Uji konduktivitas termal dilakukan
untuk mengetahui seberapa besar kemampuan busa untuk menghantarkan panas.
Besarnya nilai konduktivitas termal ini dapat digunakan sebagai persyaratan
busa poliuretan sebagai isolator panas.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang telah diuraikan, maka dalam
penelitian ini permasalahan yang dapat diidentifikasi sebagai berikut:
1. Jenis monomer pembawa gugus isosianat dan pembawa gugus hidroksil
aktif yang digunakan mempengaruhi sifat fisik dan kimia busa poliuretan.
2. Komposisi monomer dalam sintesis mempengaruhi sifat fisik dan kimia
busa poliuretan yang dihasilkan.
3. Kemampuan poliuretan sebagai isolator panas mengacu pada
konduktivitas termal, density bulk dan kemampuan absorbsi air.
C. Pembatasan Masalah
Untuk mengatasi meluasnya permasalahan, maka dalam penelitian ini
dibatasi sebagai berikut:
1. Bahan utama yang digunakan dalam pembuatan busa poliuretan adalah
minyak jarak sebagai sumber gugus hidroksil aktif, dan TDI sebagai
sumber isosianat.
2. Penambahan zat aditif berupa air sebagai blowing agent dan 1,4-butanadiol
sebagai chain extender.
5
3. Perbandingan komposisi minyak jarak : air : 1,4-butanadiol : TDI adalah
(1:0,5:1:4), (1:0,5:2:4), (1:0,5:3:4), (2:0,5:1:3), (2:0,5:2:3), dan (2:0,5:3:3)
dalam massa.
4. Karakterisasi poliuretan hasil sintesis, meliputi : analisis density bulk
melalui penentuan massa jenis, analisis gugus fungsi dengan alat FTIR, uji
ikatan silang melalui derajat penggembungan, water absorption, dan
konduktivitas termal dengan alat konduktivitas termal apparatus.
5. Keberhasilan polimerisasi dianalisis dengan FTIR, sedangkan aplikasi
produk busa poliuretan dengan massa jenis rendah, ikatan silang tinggi,
water absorbtion rendah, dan konduktivitas termal rendah
D. Rumusan Masalah
Berdasarkan pembatasan masalah di atas, maka rumusan masalah pada
penelitian ini yaitu :
1. Pada komposisi manakah diperoleh busa poliuretan hasil sintesis dengan
massa jenis paling rendah?
2. Pada komposisi manakah diperoleh busa poliuretan hasil sintesis dengan
kemampuan absorbsi uap air paling rendah?
3. Pada komposisi manakah diperoleh busa poliuretan hasil sintesis dengan
ikatan silang paling tinggi?
4. Pada komposisi manakah diperoleh busa poliuretan hasil sintesis dengan
konduktivitas termal paling rendah?
5. Pada komposisi bahan manakah yang menghasilkan busa poliuretan
sebagai isolator panas terbaik?
6
E. Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini yaitu :
1. Mengetahui komposisi busa poliuretan hasil sintesis dengan massa jenis
paling rendah.
2. Mengetahui komposisi busa poliuretan hasil sintesis dengan kemampuan
absorbsi uap air paling rendah.
3. Mengetahui komposisi busa poliuretan hasil sintesis dengan ikatan silang
paling tinggi.
4. Mengetahui komposisi busa poliuretan hasil sintesis dengan konduktivitas
termal paling rendah.
5. Menentukan komposisi bahan yang menghasilkan busa poliuretan sebagai
isolator panas terbaik.
F. Manfaat Penelitan
Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah
1. Memberikan informasi tentang sintesis busa poliuretan dari minyak jarak,
air, dan 1,4-butanadiol yang direaksikan dengan TDI.
2. Memberikan informasi mengenai karakter busa poliuretan hasil sintesis.
3. Memberikan alternatif bahan isolator panas dari bahan alam yang ramah
lingkungan.
4. Menambah khasanah pengetahuan dan informasi bagi mahasiswa yang
akan melakukan penelitian lebih lanjut tentang sintesis busa poliuretan dari
bahan alam
7
IV. Landasan Teori
A. Deskripsi Teori
1. Poliuretan
Poliuretan merupakan suatu makromolekul yang mengandung gugus
fungsi (NHCOO) dalam rantai utamanya. Gugus uretan ditunjukkan pada
Gambar 1.
Gambar 1. Gugus Uretan
Poliuretan dipakai dalam berbagai macam aplikasi, termasuk serat (jenis
elastis), bahan perekat, pelapis, elastomer, dan busa-busa yang fleksibel dan
kuat. Polimer termoset ini dapat disintesis dengan mereaksikan antara senyawa
yang mengandung dua atau lebih gugus hidroksil reaktif per molekul (diol atau
poliol) dan senyawa isosianat yang memiliki lebih dari satu gugus isosianat
reaktif per molekul (diisosianat atau poliisosianat) (Saunder, 1988; Stevens,
2007:468-472).
Gugus hidroksi untuk poliuretan dapat diperoleh dari suatu poliester,
polieter, atau polihidroksi. Suatu poliester atau polieter dihidroksi yang
diformulasikan dengan senyawa isosianat akan menghasilkan produk berupa
busa fleksibel, sedangkan antara polihidroksi dengan senyawa isosianat
menghasilkan busa-busa yang kuat. (Stevens, 2007:473)
8
Salah satu faktor penting dalam pembuatan poliuretan adalah reaktivitas
dari senyawa isosianat. Diisosianat aromatik lebih reaktif daripada diisosianat
alifatik, dan diisosianat primer dapat bereaksi lebih cepat dari pada diisosianat
sekunder ataupun diisosianat tersier. 1,6-Heksanadiisosianat (HDI), isophoron
diisosianat (IPDI) merupakan jenis diisosianat alifatik yang sering digunakan
dalam pembuatan poliuretan. Sedangkan untuk diisosianat aromatik, sering
digunakan metilena-4,4’-difenil diisosianat (MDI) dan toluena diisosianat (TDI)
(Braun, D., Cherdron, H., Rehahn, M., Ritter, H., dan Voit, B., 2005:320). Pada