BAB I PENDAHULUAN A. LATAR BELAKANG Pencangkokan secara radiasi adalah salah satu metode untuk memodifikasi bahan - bahan polimer. Pada teknik ini radiasi diperlukan sebagai suatu penginisiasi terjadinya proses polimerisasi. Radiasi bisa bersumber di antaranya dari sinar-dan proses pencangkokan dilakukan setelah polimer diiradiasi (pencangkokan iradiasi awal). Teknik ini sangat baik digunakan untuk polimer semikristalin semacam LLDPE yang mempunyai bagian kristalin 33-53% berat karena radikal bebas yang dihasilkan dari proses iradiasi mempunyai umur yang relatif panjang dan homopolimer yang terbentuk dapat dicegah seminimal mungkin, sehingga dapat disiapkan kopolimer tercangkok yang relatif murni. Agar terjadi reaksi kimia antara bagian aktif polimer dan monomer maka pencangkokan metoda iradiasi dilakukan dalam suasana vakum atau jenuh gas nitrogen. Mekanisme reaksi kopolimerisasi pencangkokan yang terjadi meliputi tahap-tahap inisiasi, propagasi, dan terminasi. Pada pencangkokan secara radiasi, inisiasinya adalah radikal yang dihasilkan dari proses iradiasi polimer. Radikal polimer yang terbentuk pada tahap propagasi akan bereaksi dengan 1
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
BAB I
PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Pencangkokan secara radiasi adalah salah satu metode untuk
memodifikasi bahan - bahan polimer. Pada teknik ini radiasi diperlukan
sebagai suatu penginisiasi terjadinya proses polimerisasi. Radiasi bisa
bersumber di antaranya dari sinar- dan proses pencangkokan dilakukan
setelah polimer diiradiasi (pencangkokan iradiasi awal). Teknik ini sangat
baik digunakan untuk polimer semikristalin semacam LLDPE yang
mempunyai bagian kristalin 33-53% berat karena radikal bebas yang
dihasilkan dari proses iradiasi mempunyai umur yang relatif panjang dan
homopolimer yang terbentuk dapat dicegah seminimal mungkin, sehingga
dapat disiapkan kopolimer tercangkok yang relatif murni. Agar terjadi reaksi
kimia antara bagian aktif polimer dan monomer maka pencangkokan metoda
iradiasi dilakukan dalam suasana vakum atau jenuh gas nitrogen.
Mekanisme reaksi kopolimerisasi pencangkokan yang terjadi meliputi
tahap-tahap inisiasi, propagasi, dan terminasi. Pada pencangkokan secara
radiasi, inisiasinya adalah radikal yang dihasilkan dari proses iradiasi polimer.
Radikal polimer yang terbentuk pada tahap propagasi akan bereaksi dengan
suatu matriks/monomer. Selanjutnya pada tahap terminasi keaktifan
pertumbuhan polimer akan terhenti.
Membran yang dihasilkan dari proses pencangkokan secara radiasi
diharapkan dapat digunakan untuk aplikasi sel bahan bakar dan pengolahan
air limbah industri. Penelitian semacam ini telah banyak dilakukan, seperti
penggunaan polimer tertentu untuk sel bahan bakar dan untuk memisahkan
ion-ion logam berat.
B. RUMUSAN MASALAH
Dari latar belakang yang sudah dijelaskan diatas maka dapat diambil
beberapa rumusan masalah yaitu :
1. Apa saja faktor yang mempengaruhi proses pencangkokan asam akrilat
terhadap film LLDPE?
1
2. Bagaimana kondisi relatif baik untuk pencangkokan terhadap membran
LLDPE?
3. Bagaimana keselektifan membran tersebut terhadap ion – ion logam?
C. TUJUAN PENELITIAN
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengetahui faktor yang mempengaruhi proses pencangkokan asam akrilat
terhadap film LLDPE
2. Mengetahui kondisi yang baik untuk proses pencangkokan terhadap
membran LLDPE.
3. Mengetahui keselektifan membran terhadap ion – ion logam.
2
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
A. POLIMER
Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari unit – unit
berulang sederhana. Nama ini diturunkan dari bahasa Yunani Poly, yang
berarti “banyak” dan mer, yang berarti “bagian”. Sedangkan industri polimer
(polimer sintesis) baru dikembangkan beberapa puluh tahun terakhir ini.
Polimer dapat diklasifikasikan menjadi berbagai macam jenis,
berdasarkan jenis monomernya, polimer dapat dibedakan atas :
1. Homopolimer adalah suatu polimer yang terdiri dari monomer - monomer
sejenis dengan unit berulang yang sama.
2. Kopolimer adalah suatu polimer yang dibuat dari dua atau lebih jenis
monomer yang berlainan.
3
Sumber : http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/ kimia-polimer/klasifikasi-polimer/berdasarkan-jenis-monomernya/
Sumber : http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/ kimia-polimer/klasifikasi-polimer/berdasarkan-jenis-monomernya/
Kopolimer ini dibagi lagi atas empat kelompok yaitu :
a. Kopolimer acak.
Dalam kopolimer acak, sejumlah kesatuan berulang yang berbeda
tersusun secara acak dalam rantai polimer.
- A - B - B - A - B - A - A - A - B - A –
b. Kopolimer silang teratur.
Dalam kopolimer silang teratur kesatuan berulang yang berbeda
berselang - seling secara teratur dalam rantai polimer.
- A - B - A - B - A - B - A - B - A – B – A –
c. Kopolimer blok.
Dalam kopolimer blok kelompok suatu kesatuan berulang
berselang - seling dengan kelompok kesatuan berulang lainnya dalam
rantai polimer.
- A - A - A - B - B - B - A - A - A – B –
d. Kopolimer cabang/Graft Copolimer.
Yaitu kopolimer dengan rantai utama terdiri dari satuan berulang
yang sejenis dan rantai cabang monomer yang sejenis.
B. Asam Akrilat
Asam akrilat merupakan zat kimia yang sebagian besar digunakan
sebagai bahan intermediate untuk pembuatan ester akrilat dan sebagai
monomer pembuatan poliakrilat.
4
A A A A A A
B
B
B
B
B
B
B
B
B
Gambar Struktur Asam Akrilat
C. Film LLDPE
Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) atau dalam bahasa
Indonesianya adalah polietilena linier kerapatan rendah, merupakan salah satu
dari berbagai macam jenis dari polietilen yang telah dikenal oleh masyarakat.
Menurut F.W Billmeyer pada tahun 1984, LLDPE merupakan kepolimeran
antara ethylne dengan α-olefin seperti butena, heksena, dan oktena yang
ditunjukan dengan rantai cabang pendek dengan densitas polyethylene cabang
yang ditentukan tanpa adanya rantai cabang panjang. LLDPE diproduksi
untuk berbagai macam barang, antara lain:
a. Film : plastik, plastik pembungkus baju, plasti karung.
b. Kabel : pembungkus kabel tegangan rendah
c. Injection : kursi plastik, ember, gelas dan piring plastik.
LLDPE memiliki kekuatan tensil yang lebih tinggi dari LDPE, dan
memiliki ketahanan yang lebih tinggi terhadap tekanan. Film LLDPE (Linear
Low Density Polyethylene) adalah film plastik dari bahan polyethylene yang
diproduksi menggunakan proses brown, film ini umumnya digunakan sebagai
lapisan seal pada struktur laminasi untuk kemasan produk makanan,
khususnya yang berupa cairan dan pasta. Film LLDPE ini memiliki
kareakteristik kekuatan seal yang tinggi, bahan yang bagus dan ulet. LLDPE
dicirikan dengan memiliki densitas antara 0.915–0.925 g/cm3. Memiliki titik
leleh sekitar 105oC hingga 115oC.
LLDPE digunakan sebagai pembungkus kabel, mainan, kemasan produk
cairan dan pasta (seperti : sabun cair, pelembut, shampoo, minyak goreng,
margarin, susu cair), tutup kemasan, ember, kontainer dan pipa.
5
BAB III
METODE PENELITIAN
A. Alat dan Bahan
1. Alat yang digunakan untuk proses pencangkokan secara radiasi adalah :
a. Gelas cuplikan dan alat vakum gelas,
b. Pompa vakum,
c. Vacuum controller,
d. Penangas air,
e. Tabung gas nitrogen dan flowmeternya,
f. Oven,
g. Neraca analitik,
h. Seperangkat peralatan refluks, dan
i. Iradiator karet alam - batan dengan keaktifan 95 kci pada 15 februari
2005.
2. Bahan yang dipakai adalah :
a. Film-film LLDPE dengan ketebalan 40 μm buatan PT. Chandra Asri
b. Asam akrilat buatan Merck
c. Etanol buatan Merck, dan
d. Gas N2 dengan kemurnian tinggi
B. Metode
1. Kopolimerisasi pencangkokan
Cuplikan film LLDPE berukuran 3×4 cm diekstraksi dengan etanol
lalu dikeringkan dalam oven hingga diperoleh berat yang tetap. Cuplikan
divakumkan kemudian dialiri dengan gas nitrogen. Selanjutnya cuplikan
diiradiasi dengan laju dosis 7 kGy/jam dan dosis total dari 15 sampai 60
kGy. Setelah itu cuplikan yang telah diiradiasi divakumkan kembali dan
ditambahkan larutan asam akrilat yang telah dialiri gas nitrogen kemudian
dicangkok pada suhu 70oC selama 90 menit. Hasil optimasi dari percobaan
variasi dosis total digunakan untuk mengulangi percobaan dengan variasi
laju dosis, variasi konsentrasi asam akrilat, kemudian variasi suhu dan
waktu pencangkokan.
6
Cuplikan tercangkok asam akrilat dicuci dengan air panas dan
selanjutnya dikeringkan hingga diperoleh berat yang tetap. Persen
pencangkokan (pp) dihitung dengan menggunakan persamaan berikut,
di mana ma adalah massa film mula-mula dan mc adalah massa film
tercangkok.
2. Pengukuran daya pengembangan
Film LLDPE-g-AA yang diketahui berat keringnya direndam dalam
air destilat selama satu malam, kemudian dikeringkan dengan cara
menghisap film yang basah menggunakan kertas saring atau kertas hisap.
Persen pengikatan air (PA) dihitung dengan persamaan (2).
di mana mb dan mc masing-masing adalah massa film tercangkok
basah dan kering.
3. Pengujian daya hantar proton
Membran dicelupkan ke dalam larutan KCl-HCl 0,1 N dan dibiarkan
selama semalam hingga mencapai kesetimbangan. Keesokan harinya, sisa
larutan KCl-HCl dititrasi dengan larutan standar NaOH 0,1 N.
4. Pengujian daya serap logam
Membran dicelupkan ke dalam larutan umpan standar As, Cd, Co, Cu,
Fe, dan Pb 1.000 ppm. Ion logam yang yang tersisa dalam larutan umpan
diukur dengan Spektrofotometer Serapan Atom (GBC 902) menggunakan
metode kalibrasi standar.
7
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Sintesis Bahan Membran.
Proses kopolimerisasi pencangkokan monomer merupakan salah satu
cara untuk memodifikasi permukaan polimer sehingga diperoleh sifat - sifat
permukaan yang sesuai untuk diterapkan seperti misalnya keberadaan gugus
fungsi, kehidrofilan yang tinggi, wettability yang dibutuhkan untuk penukar
ion, maupun sebagai adsorben. Beberapa faktor yang mempengaruhi proses
kopolimerisasi pencangkokan adalah sebagai berikut :
1. Pengaruh laju dan dosis total radiasi.
Proses kopolimerisasi pencangkokan yang diinisiasi dengan radiasi
sinar- (60Co) mengikuti mekanisme radikal bebas. Oleh karena itu, persen
pencangkokan sangat bergantung pada banyaknya radikal bebas yang
terbentuk baik pada polimer maupun monomer. Pengaruh laju dan dosis
total radiasi terhadap persen pencangkokan film LLDPE ditunjukkan pada
Gambar 1. Terlihat bahwa persen pencangkokan meningkat seiring dengan
meningkatnya dosis total radiasi. Hal ini dimungkinkan mengingat dengan
meningkatnya dosis radiasi maka jumlah radikal bebas yang dihasilkan
juga meningkat. Akibatnya reaksi kopolimerisasi dengan monomer
menjadi semakin tinggi. Bila dosis total radiasi dinaikkan diperkirakan
persen pencangkokannya juga akan terus meningkat. Namun demikian,
pada suatu dosis total tertentu persen pencangkokan mencapai harga yang
maksimum karena adanya rekombinasi antara radikal-radikal bebasnya.
Terlebih untuk polimer semikristalin semacam LLDPE, dosis total radiasi
yang tinggi akan menyebabkan peningkatan kristalinitas. Peningkatan
kristalinitas ini berakibat pada penurunan laju difusi monomer pada
polimer induk. Berarti, dosis yang terlalu tinggi akan menurunkan efisiensi
radikal pada reaksi pencangkokan.
Pada laju dosis radiasi yang semakin kecil akan dihasilkan persen
pencangkokan yang semakin besar. Hal ini disebabkan pada laju dosis
yang lebih kecil akan lebih banyak waktu yang digunakan sinar- untuk
8
membuka rantai ikatan, akibatnya jumlah radikal bebas yang terbentuk
akan lebih banyak. Namun, sebagaimana terlihat pada Gambar 1 di mana
ketiga kurva tampak menyerupai maka pada percobaan ini laju dosis 7
kGy/jam dan laju dosis yang lebih rendah tidak menunjukkan perbedaan
persen pencangkokan yang berarti. Dengan memperhitungkan aspek
ekonomi, waktu dan kemungkinan buruk yang dapat terjadi bila dosis total
terlalu tinggi maka untuk keperluan sintesis bahan pada percobaan
selanjutnya digunakan laju dosis radiasi 7 kGy/jam dan dosis total radiasi
pada 45 kGy.
9
Gambar 2. Pengaruh konsentrasi asam akrilat teradap peresen pencangkokan. (kondisi percobaan :laju dosis 7 kGy/jam, dosis total radiasi 45 kGy/jam, suhu pecangkokan 700C, waktu pencangkokan 90 menit)
2. Pengaruh konsentrasi monomer
Salah satu aspek kinetika dan fenomena transfer yang paling berperan
dalam metode pencangkokan dengan inisiasi radiasi adalah konsentrasi
monomer. Secara keseluruhan, konsentrasi monomerlah yang paling
menentukan kinetika proses pencangkokan, sebagaimana terlihat pada
Gambar 2. Konsentrasi monomer memberi pengaruh terhadap persen
pencangkokan karena berkaitan dengan difusibilitas monomer atau
kemampuan monomer berdifusi ke dalam matriks film polimer induk.
Daya difusi monomer akan meningkat dengan meningkatnya konsentrasi
monomer. Pada Gambar 2 terlihat bahwa persen pencangkokan terus naik
hingga mencapai puncaknya pada konsentrasi monomer asam akrilat 40%.
Pada konsentrasi 50% terjadi penurunan persen pencangkokan karena
faktor viskositas dan laju homopolimerisasi.
Homopolimerisasi adalah peristiwa polimerisasimonomer dengan
monomer sejenisnya. Tingginya kadar homopolimer sangat berpengaruh
terhadap kemampuan monomer untuk menembus matriks film polimer
yang akan dicangkok. Viskositas tinggi dan homopolimerisasi
menyebabkan penurunan mobilitas pertumbuhan rantai kopolimer.
Perbedaan konsentrasi monomer yang bermakna akan memberikan
perbedaan hasil pencangkokan yang jelas. Konsentrasi monomer terbaik
untuk sistem pencangkokan dengan sistemyang lain tidak selalu sama. Hal
itu sangat bergantung pada berbagai faktor seperti jenis pelarut, bahan
polimer induk, serta laju dan dosis total radiasi yang digunakan.
10
Gambar 3. Pengaruh waktu pencangkokan terhadap persen pencangkokan. (Kondisi percobann laju dosis 7 kGy/jam, dosis total radiasi 45 kGy/jam konsentrasi asam akrilat 40% volume).
3. Pengaruh waktu dan suhu pencangkokan.
Waktu pencangkokan mempengaruhi persen pencangkokan karena
berkaitan dengan keleluasaan radikal bebas untuk bereaksi dengan
monomer dan difusi monomer ke matriks film polimer induk, seperti
ditampilkan pada Gambar 3. Persen pencangkokan yang rendah dihasilkan
pada waktu pencangkokan yang kurang memberikan keleluasaan radikal-
radikal bebas bereaksi dengan monomer. Tetapi waktu pencangkokan yang
terlalu lama memberikan kurva menjadi datar sebagai akibat telah
tercapainya tahap terminasi.
Aspek lain yang berkaitan erat dengan kinetika proses pencangkokan
adalah suhu pencangkokan. Pada penelitian ini dipelajari variasi suhu
pencangkokan dari 30oC sampai 90oC. Sebagaimana terlihat pada Gambar
3, persen pencangkokan meningkat dari suhu 30oC hingga 70oC namun
menurun drastis pada suhu 90oC. Kenaikan persen pencangkokan dari
30oC ke 70oC disebabkan pada suhu yang tinggi (akibat pemanasan),
radikal bebas polimer akan bergerak lebih cepat sehingga reaksi
rekombinasi antara radikal akan lebih cepat pula. Di samping itu, antara
radikal polimer dan monomer terjadi reaksi aditif yang membentuk
kopolimer cangkok yang cepat pula. Di antara peristiwa itu akan terjadi