Aplikasi TiO 2 Sebagai Self Cleaning pada Cat Tembok dengan Dispersant Polietilen Glikol (PEG)

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Aplikasi TiO 2 Sebagai Self Cleaning pada Cat Tembok dengan Dispersant Polietilen Glikol (PEG) Nining Kusmahetiningsih 1), Dyah Sawitri 2) Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya joe@ep.its.ac.id 2) Abstrak Telah diaplikasikan TiO 2 anatase dan rutile dengan komposisi 1%, 1,5%, dan 2% sebagai self cleaning pada cat tembok menggunakan polietilen glikol (PEG) 6000 sebagai dispersant. Struktur TiO 2 yang digunakan yaitu anatase yang berfungsi sebagai self cleaning dan rutile yang berfungsi sebagai perlindungan terhadap sinar ultraviolet. Pengujian self cleaning menggunakan 2 macam pengotor yaitu lumpur dan pewarna makanan. Untuk mengetahui distribusi TiO 2 pada cat dilakukan pengujian menggunakan Atomic Force Microscopy (AFM). Untuk menghitung luas area pengotor dan distribusi TiO 2 digunakan software pengolahan citra. Hasil pengolahan citra menunjukkan TiO 2 2% dengan perbandingan anatase : rutile 90:10 memiliki luas area pengotor paling kecil yang berarti memiliki sifat self cleaning terbaik. Berdasarkan hasil pengujian AFM pada komposisi tersebut menunjukkan distribusi TiO 2 yang lebih merata dibandingkan dengan sampel yang lain. Kata Kunci anatase. PEG, rutile, self cleaning, TiO 2 I. PENDAHULUAN PENGGUNAAN cat pada umumnya digunakan untuk memberikan keindahan pada cat tembok berupa warna dan kilap. Disamping sebagai penunjang keindahan bangunan, cat juga berfungsi memberikan perlindungan dari pengaruh cuaca luar ataupun debu/kotoran.tidak bisa dipungkiri untuk kondisi seperti di Indonesia, faktor debu ataupun lumpur sangat dominan. Permukaan film (lapisan cat yang sudah mengering) akan dengan mudah menjadi kotor dan kusam karena debu/kotoran yang menempel sehingga diperlukan cat yang memiliki kemampuan anti kotor agar debu/ kotoran tidak menempel pada dinding. Untuk mengatasi masalah tersebut maka diperlukan cat yang memiliki kemampuan self cleaning. Salah satu teknologi yang sedang dikembangkan untuk aplikasi self cleaning pada cat adalah dengan memanfaatkan fotokatalisis bahan TiO 2. Fotokatalisis merupakan proses reaksi kimia yang dibantu oleh energi dari sinar ultraviolet. Efek fotokatalis TiO 2 dapat mendekomposisi senyawa organik menjadi CO 2 dan H 2 O, dimana pada penelitian ini efek fotokatalis TiO 2 akan digunakan untuk mendekomposisi pengotor yang menempel pada permukaan cat. Penggunaan TiO 2 pada cat dapat berfungsi sebagai self cleaning tetapi efeknya adalah resin/binder dari cat akan mudah mengalami kerusakan karena TiO 2 merupakan fotokatalis yang menggunakan sinar ultraviolet untuk prosesnya, sehingga resin yang terbuat dari bahan polimer akan mengalami pecah (cracking) karena efek dari sinar UV (Poulsen,2010) sehingga untuk mengurangi hal tersebut diperlukan komposisi massa dan fasa TiO 2 yang sesuai. Dari penelitian yang dilakukan oleh (Slamet,2008) polietilen glikol (PEG) telah berhasil digunakan untuk mendistribusikan TiO 2 pada aplikasi rekayasa plastik anti kabut dan swa bersih. Pada penelitian ini digunakan PEG 6000 sebagai dispersant TiO 2, dikarenakan bahan TiO 2 merupakan powder yang partikelnya cenderung lengket satu sama lain atau mengalami penggumpalan secara mikroskopis, oleh karena itu diperlukan dispersant untuk memisahkan partikel-partikel TiO 2 agar memiliki jarak yang renggang apabila dicampurkan pada cat. Apabila dispersant telah melapisi partikel TiO 2, maka dispersant akan mencegah terjadinya penggumpalan TiO 2. Penelitian ini bertujuan untuk mengaplikasikan bahan TiO 2 pada cat tembok sehingga dapat dihasilkan cat yang memiliki kemampuan self cleaning. Selanjutnya dilakukan perbandingan sifat self cleaning antara cat tembok yang telah dicampur dengan TiO 2 dengan cat tembok tanpa campuran TiO 2. II. METODE PENELITIAN A. Bahan Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : Nano TiO 2 Degussa P25 struktur anatase dan rutile, akuades, polietilen glikol dengan berat molekul 6000, cat paragon warna putih, dan papan asbes sebagai objek untuk pengecatan dengan ukuran 10 x 10 cm. Pada tabel 1 menunjukkan prosentase TiO 2 yang digunakan pada penelitian ini. B. Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari peralatan untuk pembuatan sampel dan peralatan untuk karakterisasi. Peralatan yang digunakan pembuatan sampel adalah timbangan digital, gelas kimia, gelas ukur, magnetic stirrer, furnace, kuas, mixer. Peralatan karakterisasi yaitu X-ray Diffraction (XRD) Phillips X Pert MPD untuk mengetahui struktur TiO 2, Fourier Transform Infrared (FTIR) thermo scientific tipe nicolet is10 untuk mengetahui jenis ikatan kimia yang ada dalam suspensi TiO 2 /PEG 6000, Atomic Force Microscope (AFM) untuk mengetahui distribusi TiO 2 pada lapisan cat yang sudah mengering. Untuk membandingkan sifat self

2 2 cleaning dan distribusi TiO 2 digunakan software pengolahan citra Tabel 1. Prosentase TiO : : : : : : : : Cat biasa 90 : 10-54,34; dan 56,64 sehingga dapat dikatakan bahwa telah berhasil dilakukan pembentukan TiO 2 yang memiliki fasa rutile. B. Pengujian Self Cleaning Pengujian self cleaning dilakukan dengan menggunakan dua jenis pengotor yaitu lumpur dan pewarna makanan. yang telah diberi pengotor kemudian dijemur selama 40 jam dengan rentang pengambilan foto setiap 10 jam. Hasil pengujian self cleaning dengan pengotor lumpur ditunjukkan pada gambar 3 sampai dengan gambar 7. A. Karakterisasi XRD III. HASIL DAN DISKUSI Pada gambar 1 merupakan hasil XRD dari nano-tio 2 Degussa P25. Hasil uji XRD pada Gambar 1 memiliki puncak yang sesuai dengan data standar TiO 2 fasa anatase pada 2Θ = 25,26; 37.76; 47,94 ; 53,9 dan 62,64, sehingga dapat diketahui bahwa nano-tio 2 Degussa P25 merupakan fasa anatase. Gambar 3. awal sebelum dijemur. Gambar 4. setelah penjemuran 10 jam. Gambar. 1. Hasil uji XRD nano-tio 2 Degussa P25 anatase. Gambar 5. setelah penjemuran 20 jam. Gambar. 2. Hasil uji XRD nano-tio 2 Degussa P25 rutile. Gambar 2 adalah hasil XRD nano-tio 2 Degussa P25 yang telah dikalsinasi dengan suhu 1000 o C selama 2. Dari gambar 2 memiliki puncak yang sesuai dengan data standar TiO 2 fasa rutile pada 2Θ = 27,46; 36,10; 44,06; Gambar 6. setelah penjemuran 30 jam.

3 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Gambar 7. setelah penjemuran 40 jam. Dari gambar 3 sampai gambar 7 terlihat bahwa pada sampel 1 semakin lama dilakukan penjemuran maka pengotor yang menempel pada sampel semakin berkurang, hal ini juga terjadi untuk sampel yang lain. Gambar 7 merupakan kondisi ketika sampel telah dijemur selama 40 jam. Dari gambar tersebut terlihat bahwa sampel kesembilan lebih bersih dibandingkan dengan sampel yang lain. Hasil pengujian self cleaning dengan pengotor lumpur ditunjukkan pada gambar 8 sampai dengan gambar 12. Gambar 8. awal sebelum dijemur. Gambar 9. setelah penjemuran 10 jam. Gambar 10. setelah penjemuran 20 jam. Gambar 11. setelah penjemuran 30 jam. Gambar 12. setelah penjemuran 40 jam. Pengujian self cleaning dengan pengotor pewarna pada kondisi awal ditunjukkan oleh gambar 8, selanjutnya setelah dilakukan penjemuran selama 10 jam (gambar 9) 20 jam (gambar 11) dan 30 jam (gambar 11) terlihat bahwa terjadi degradasi pengotor pewarna. Pada gambar 12 yaitu kondisi sampel setelah dilakukan penjemuran selama 40 jam memperlihatkan bahwa sampel satu sampai sembilan lebih bersih dibandingkan dengan sampel ke sepuluh. Tabel 2 menunjukkan fungsi pada trendline dan laju degradasi awal degradasi pengotor lumpur. Fungsi trendline dan laju degradasi awal pengotor pewarna ditunjukkan pada tabel 3. Tabel 2. Hasil pengolahan citra pengujian self cleaning dengan pengotor lumpur Fungsi pada trendline Laju degradasi awal pengotor (cm 2 /menit) : e -0.46x : e -0.49x : e -0.56x : e -0.37x : e -0.5x : e -0.6x : e -0.37x : e -0.57x : e -0.83x Cat biasa e -0.48x Tabel 3. Hasil pengolahan citra pengujian self cleaning dengan pengotor pewarna Fungsi pada trendline Laju degradasi awal pengotor (cm 2 /menit) : e -0.47x : e -0.55x : e -0.64x : e -0.39x : e -0.43x : e x : e -0.75x : e -0.76x : e -0.95x Cat biasa e -0.29x Berdasarkan tabel 2 dan tabel 3, sampel TiO 2 2 % dengan perbandingan anatase : rutile 90:10 memiliki nilai ekponen paling negatif. Dari gambar 7 dan gambar 13 yaitu gambar setelah sampel dijemur selama 40 jam diproses dengan menggunakan software pengolahan citra untuk mengukur

4 4 luas sisa pengotor dan prosentase sisa pengotor dari pengotor yang masih ada pada sampel. (a) (b) Gambar 15. Hasil pengujian AFM TiO 2 a)1% dengan perbandingan anatase : rutile 50:50, b) TiO 2 2% dengan perbandingan anatase : rutile 90:10 Gambar 13. Grafik nilai luas sisa pengotor dan prosentase sisa pengotor lumpur pada pengujian self cleaning. Gambar 14. Grafik nilai luas sisa pengotor dan prosentase sisa pengotor pewarna pada pengujian self cleaning. Gambar 13 dan 14 memperlihatkan bahwa sampel yang memiliki nilai luas sisa pengotor dan prosentase sisa pengotor paling kecil adalah sampel TiO2 2% dengan anatase : rutile 90:10. C. Pengujian Dispersi TiO 2 pada cat dengan Atomic Force Microscope (AFM) Pengujian dispersi TiO 2 dilakukan pada sampel TiO 2 1% dengan perbandingan anatase : rutile 50:50 dan TiO 2 2% dengan perbandingan anatase : rutile 90:10. Untuk mengetahui dispersi TiO 2 digunakan pengolahan citra untuk mengukur nilai luas partikel TiO 2, prosentase partikel TiO 2, dan luas rata-rata partikel TiO 2. Pada gambar 15 merupakan gambar hasil pengujian AFM untuk sampel TiO 2 1% dengan perbandingan anatase : rutile 50:50 dan TiO 2 2% dengan perbandingan anatase : rutile 90:10. Bagian gambar yang memiliki nilai intensitas yang lebih besar (terang) merupakan partikel-partikel TiO 2. Tabel 4 berikut menunjukkan nilai luas partikel TiO 2, prosentase partikel TiO 2, dan luas rata-rata partikel TiO 2. dari hasil pengolahan citra pada gambar pengujian dispersi TiO 2 dengan AFM : Tabel 4. Hasil pengolahan citra pengujian self cleaning dengan pengotor pewarna TiO 2 (%) Luas sisa pengotor Average Size Prosentase sisa pengotor : : D. Diskusi. Pada pengujian self cleaning dengan pengotor lumpur, dari gambar 7 dapat dilihat sampel yang paling bersih adalah sampel ke sembilan yaitu sampel TiO 2 2 % dengan perbandingan anatase : rutile 90:10. Berdasarkan hasil pengolahan citra dapat diperoleh fungsi trendline dan nilai laju degradasi awal pengotor lumpur seperti pada tabel 2. Dari gambar 4.15 terlihat bahwa grafik seluruh sampel memiliki fungsi eksponensial negatif (y = Ae -ax ), semakin negatif nilai a maka semakin cepat grafik menurun mendekati sumbu x. Pada saat awal (0-10 jam) laju degradasi pengotor besar dan secara bertahap mengalami penurunan. Dari tabel 2, TiO 2 2 % dengan perbandingan anatase : rutile 90:10 memiliki nilai a paling negatif yaitu dan laju degradasi awal pengotor yang paling besar yaitu cm 2 /menit, hal ini menunjukkan proses degradasi pengotor pada komposisi tersebut berlangsung lebih baik dan lebih cepat dibandingkan dengan sampel yang lain. Berdasarkan gambar 13 yaitu grafik nilai luas sisa pengotor dan prosentase sisa pengotor dari sampel ke sembilan bernilai paling kecil, hal ini menunjukkan sifat self cleaning-nya semakin baik. Dari gambar 13 dapat diketahui bahwa nilai luas sisa pengotor dan prosentase sisa pengotor semakin kecil seiring bertambahnya nilai struktur anatase yang digunakan untuk setiap prosentase TiO 2. Berdasarkan hal tersebut maka dapat dijelaskan bahwa semakin besar jumlah TiO 2 dengan struktur anatase yang digunakan maka efek fotokatalis akan menjadi semakin baik sehingga akan menghasilkan sifat self cleaning yang semakin baik.

5 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) Pengujian self cleaning dengan menggunakan pengotor pewarna makanan menunjukkan hasil yang sama dengan pengujian self cleaning menggunakan pengotor lumpur yaitu sampel yang memiliki sifat self cleaning terbaik adalah sampel TiO 2 2 % dengan perbandingan anatase : rutile 90:10. Hal tersebut dapat dilihat pada tabel 3 yang menunjukkan jika sampel ke sembilan memiliki nilai nilai luas sisa pengotor dan prosentase sisa pengotor paling kecil. Dari grafik pada gambar 14 menunjukkan nilai luas sisa pengotor dan prosentase sisa pengotor semakin kecil seiring bertambahnya nilai struktur anatase yang digunakan untuk setiap prosentase TiO 2. Laju degradasi pengotor pewarna juga merupakan fungsi eksponensial negative, artinya laju degradasi pengotor pada saat awal penjemuran besar dan secara bertahap mengalami penurunan. Dari tabel 4.7, TiO 2 2 % dengan perbandingan anatase : rutile 90:10 memiliki nilai a paling negatif yaitu -0.95, sehingga pada komposisi tersebut memiliki kemampuan degradasi pengotor yang lebih baik dibandingkan dengan sampel yang lain. Hasil pengujian dispersi TiO 2 menggunakan Atomic Force Microscope (AFM) ditunjukkan gambar 15. Pada gambar tersebut dapat diketahui bahwa bagian yang memiliki intensitas lebih tingi (berwarna putih) merupakan TiO 2 (Hasan, 2008), Oleh karena itu untuk mengetahui nilai dispersi TiO 2 maka dilakukan pengolahan citra untuk mengetahui nilai luas partikel TiO 2, prosentase partikel TiO 2, dan luas rata-rata partikel TiO 2. Pada bagian gambar hasil AFM yang intensitasnya lebih tinggi. Pengujian dispersi TiO 2 dilakukan pada dua sampel yaitu TiO 2 1% dengan perbandingan anatase : rutile 50:50 dan TiO 2 2% dengan perbandingan anatase : rutile 90:10. Dari tabel 4 dapat diketahui bahwa sampel TiO 2 2% memiliki nilai average size yang lebih kecil daripada TiO 2 1%, hal tersebut menunjukkan bahwa dispersi TiO 2 pada sampel TiO 2 2% dengan perbandingan anatase:rutile 90:10 lebih merata. TiO 2 2% dengan perbandingan anatase : rutile 90:10 memiliki sifat self cleaning yang baik karena dispersi TiO 2 pada permukaan film cat lebih merata. Distribusi TiO 2 pada permukaan film cat akan mempengaruhi proses fotokatalis yang terjadi, semakin merata dispersi TiO 2 maka proses fotokatalis akan menjadi semakin baik. IV. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengambilan data dan analisa hasil yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan ini sebagai berikut : 1. Dalam penelitian ini, TiO 2 telah berhasil diaplikasikan pada cat tembok untuk menghasilkan sifat self cleaning, yang ditunjukkan oleh hasil pengolahan citra. 2. yang memiliki kemampuan self cleaning terbaik adalah sampel TiO 2 2% dengan perbandingan anatase : rutile 90 :10 dengan persamaan laju degradasi yaitu e -0.83X untuk pengotor lumpur dan 53.98e -0.95X untuk pengotor pewarna 3. Cat tembok dengan campuran TiO 2 memiliki sifat self cleaning yang lebih baik dibandingkan dengan cat tembok tanpa campuran TiO 2. DAFTAR PUSTAKA [1] Aprilita, N.H, Kartini, I, Ratnaningtyas, S.H Self-cleaning Kaca Berbasis Lapis Tipis TiO 2 dengan Perlakuan Asam dan Asam Palmitat sebagai Model Polutan, Indo. J. Chem., 2008, 8 (2), [2] Benedix, Roland., et al. 2000, Application of Titanium Dioxide Photocatalysis to Create Self-Cleaning Building Materials, LACER No. 5, [3] Burgess, K.D. Self Cleaning Titania-Polyurethane Composites Faculty of Graduates Studies, The university of Western Ontario, London. [4] Charpentier, Paul A., et al Self Cleaning Coating, PCT WO 2010/ A2. [5] Diebold, U The surface science of titanium dioxide. Surface science report 48: [6] Ferreira TA, Rasband W Thesoftware pengolahan citra User Guide Version Canada: McGill University. [7] Hillebrandt, Poulsen. et al Self Cleaning Coating Composition. PCT WO 2010/ A1. [8] Macias, L, T The Design and Evaluation of A Continuous Photocatalytic Reactor Utilizing Titanium Dioxida in Thin Film of Mesoporous Sililca. A Thesis for the [9] Degree of Master of Science in Chemical Engineering in Mississippi State University. [10] M. M. Hasan, et al Effects of Annealing Treatment on Optical Properties of Anatase TiO2 Thin Films.International Journal of Chemical and Biological Engineering 1: [11] M. Schiavello Heterogeneous Photocatalysis. John Wiley & Sons. [12] Palupi, Endang Degradasi Methylene Blue dengan Metode Fotokatalisi dan Fotoelektrokatalisis Menggunakan Film TiO 2. Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor. [13] PENG Bing, HUANG Yi,CHAI Li-yuan, et al Influence of polymer dispersants on dispersion stability of nano-tio 2 aqueous suspension and its application in inner wall latex paint. J. Cent. South Univ. Technol. (2007) [14] Slamet, C.H.D, Alwi, J. Viriya. 2008, Rekayasa plastik berlapis nanokristal TiO 2 untuk aplikasi anti kabut dan swa-bersih. Departemen Teknik Kimia, Universitas Indonesia. [15] Tristantini, et al Modification of TiO 2 Nanoparticle with PEG and SiO 2 For Anti-fogging and Self-cleaning Application. IJET-IJENS Vol: 11 No: 02.