PENGARUH KONSENTRASI MALEAT ANHIDRAT TERHADAP DERAJAT GRAFTING MALEAT ANHIDRAT PADA HIGH DENSITY POLYETHYLENE ( HDPE

Transkripsi

1 PENGARUH KONSENTRASI MALEAT ANHIDRAT TERHADAP DERAJAT GRAFTING MALEAT ANHIDRAT PADA HIGH DENSITY POLYETHYLENE ( HDPE ) DENGAN INISIATOR BENZOIL PEROKSIDA SKRIPSI IWAN PRANATA SITEPU DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

2 PENGARUH KONSENTRASI MALEAT ANHIDRAT TERHADAP DERAJAT GRAFTING MALEAT ANHIDRAT PADA HIGH DENSITY POLYETHYLENE ( HDPE ) DENGAN INISIATOR BENZOIL PEROKSIDA SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains IWAN PRANATA SITEPU DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

3 PERSETUJUAN Judul : PENGARUH KONSENTRASI MALEAT ANHIDRAT TERHADAP DERAJAT GRAFTING MALEAT ANHIDRAT PADA HIGH DENSITY POLYETHYLENE (HDPE) DENGAN INISIATOR BENZOIL PEROKSIDA Kategori : SKRIPSI Nama : IWAN PRANATA SITEPU Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : SARJANA ( S 1 ) KIMIA EKSTENSI Departemen Fakultas : KIMIA : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM ( FMIPA ) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA Disetujui di Medan, Maret 2009 Komisi Pembimbing Pembimbing II Pembimbing I Drs. Syamsul Bachri Lubis, MSi Drs. Darwin Yunus Nasution, MS NIP NIP Diketahui / Disetujui oleh Departemen Kimia FMIPA USU Ketua Dr. Rumondang Bulan Nst, MS NIP

4 PERNYATAAN PENGARUH KONSENTRASI MALEAT ANHIDRAT TERHADAP DERAJAT GRAFTING MALEAT ANHIDRAT PADA HIGH DENSITY POLYETHYLENE (HDPE) DENGAN INISIATOR BENZOIL PEROKSIDA SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Maret 2009 IWAN PRANATA SITEPU

5 PENGHARGAAN Segala Puji dan Syukur hanya bagimu Tuhan Allah disorga, Tuhan pemilik seluruh Alam semesta yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Penghargaan yang setinggi tingginya dan ucapan terimakasih yang tulus penulis sampaikan kepada Ibunda Narta Perangin-angin, juga kepada adik - adik penulis Frans Janporta Sitepu, Bobby Suhandri Sitepu dan Ennike rut Perbina Sitepu untuk semua pengorbanan, perhatian, motivasi dan kasih sayang yang telah dan akan selalu penulis terima, semua tak akan pernah terbalas oleh penulis kecuali Tuhan Yang Maha Kuasa. Pada kesempatan ini, penulis dengan kerendahan hati ingin mengucapkan terimakasih yang tulus kepada Bapak Drs. Darwin Yunus Nasution, M.S dan Drs. Syamsul Bahcri Lubis, M.Si selaku pembimbing I dan II yang dengan penuh kesabaran dalam memberikan arahan dan bimbingan hingga selesainya skripsi ini. Ibu Dr. Rumondang Bulan Nst, M.S dan Drs. Firman Sebayang, M.S selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Kimia FMIPA USU Medan. Bapak dan Ibu staf pengajar dan administrasi Fakultas MIPA USU Medan, khususnya Jurusan Kimia yang telah mendidik penulis dalam studi. Bapak Suryanta Sinulingga selaku Bapak kost saya yang juga telah memberikan motivasi dan saran kepada penulis dalam penyelesaikan skripsi ini. Kakanda ( Roni Siallagan, Fransisco Sinulingga, Mardona Surbakti) yang telah membantu pengerjaan tulisan maupun semangat, kawan kawan ( Samsir Pohan, Ali Umar Batubara, Udin, Bernadet Silalahi, Rosa Ginting, Jonner Sihotang, Ridwan Sihotang, Henry Siagian, Ronal Simanjuntak, Jonny Silalahi, Rico Sibagariang, Hendra Nainggolan, Cipta Sihombing, Azril Lubis), dan adinda satu kost ( Roni Simatupang, Donald Silalahi, Simsons Nainggolan, Leo Batubara, Alex Silitonga,dan lain lain ). Partner penulis ( Halomoan Harahap, Siska, Oni, Tara, Bang Edi dan lain - lain ) dan rekan rekan yang tak dapat dituliskan stu persatu, sukses selalu. Penulis menyadari akan kekurangan dari materi dan data yang disajikan dalam penulisan skripsi ini karena keterbatasan literatur dan pengetahuan penulis, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Akhir kata, tak ada gading yang tak retak, kebersamaan kita untuk mengingatkan. Hanya kepada Tuhan Yang Maha Kuasa kita berserah diri, semoga kita diberi petunjuk dan selalu berada dijalan yang lurus dalam menggapai tujuan hidup didunia. Terimakasih. AMIN

6 ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat grafting maleat anhidrat pada High Density Polyethylene ( HDPE ) dengan inisiator Benzoil Peroksida, dilakukan dengan teknik pengolahan reaktif dalam Internal Mixer pada suhu C dan waktu proses selama 60 menit dengan variasi komposisi HDPE:MA:BPO, 95:3:2, 92:6:2, 89:9:2, 86:12:2 dan 83:15:2. Selanjutnya dilakukan penentuan derajat grafting dengan metode titrasi dan analisis spektra FTIR untuk menentukan adanya grafting maleat anhidrat pada rantai HDPE. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses grafting maleat anhidrat pada HDPE dapat terjadi dan perbandingan berat campuran HDPE:MA:BPO ( 92:6:2 ) merupakan derajat grafting tertinggi maleat anhidrat.

7 THE EFFECT OF MALEIC ANHYDRATE CONCENTRATION ON THE GRAFTING DEGREE IN HIGH DENSITY POLYETHYLENE (HDPE) WITH INISIATOR BENZOYL PEROXIDE ABSTRACT A research has be conducted on effect of maleic anhydrate concentration on the grafting degree in polyethylene with inisiator benzoil peroxide. Grafting reaction was done by reactive process tecnique in Internal Mixer at C and time of process is 60 minutes. Variation of composition in the weight ratio of HDPE:MA:BPO is 95:3:2, 96:6:2, 89:9:2, 86:12:2 and 83:15:2. The quantity of grafted MA onto HDPE molecules was determined by titration method and the modified polymer samples were characterised by Fourier Transform Infrared ( FTIR ) analysis. The result of study indicates that process grafting maleic anhydrate on polyethelene can be happen and the ratio of compound weight HDPE:MA:BPO (96:6:2 ) is the maximum grafting degree of maleic anhydrate.

8 DAFTAR ISI Halaman Persetujuan... Pernyataan... Penghargaan... Abstrak... Abstract... Daftar Isi... Daftar Tabel.... Daftar Lampiran.... Daftar Gambar.... Daftar Singkatan... ii iii iv v vi vii ix x xi xii Bab 1 Pendahuluan Latar belakang Permasalahan Pembatasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Lokasi Penelitian Metodologi Penelitian... 3 Bab 2 Tinjauan Pustaka Sifat Kimia Polietilena Maleat Anhidrat Inisiator Reaksi Grafting Metode grafting Mekanisme grafting MA kedalam HDPE Xylen Analisa FTIR Hubungan spektra infra merah dengan struktur molekul Bab 3 Bahan dan Metode Penelitian Alat dan Bahan Alat Bahan Prosedur Penelitian Preparasi alat Preparasi sampel Proses grafting MA kedalam HDPE Menghitung derajat grafting metode titrasi Pembuatan larutan KOH 0,05 N... 20

9 3.2.6 Uji spektroskopi FTIR Bagan Penelitian Proses grafting MA pada HDPE dengan radikal bebas Menghitung derajat grafting dengan metode titrasi Proses pembuatan film untuk analisa FTIR Bab 4 Hasil dan Pembahasan Hasil Pencampuran Polimer Perhitungan Pembahasan Pengaruh konsentrasi maleat anhidrida terhadap derajat grafting Analisa FTIR Bab 5 Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Saran Daftar Pustaka Lampiran

10 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Sifat Fisika dan Mekanika HDPE dan LDPE... 6 Table 2.3 Beberapa contoh senyawa Peroksida... 8 Tabel 2.5 Sediaan dari Xylen dan Etibenzena Tabel 2.6 Korelasi gugus fungsional untuk HDPE termodifikasi Tabel 4.1 Data Hasil Pencampuran Polimer Tabel 4.2 Perbandingan konsentrasi maleat anhidrat terhadap Derajat Grafting Tabel 4.3 Bilangan Gelombang HDPE murni Tabel 4.4 Bilangan Gelombang HDPE + MA + BPO... 27

11 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Struktur rantai polietilena... 4 Gambar 2.2 Pembentukan Maleat anhidrat... 7 Gambar 2.3 Mekanisme dekomposisi dari benzoyl peroxide (BPO)... 9

12 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Hasil FTIR untuk HDPE murni Lampiran 2. Hasil FTIR untuk HDPE + MA + BPO Lampiran 3. Gambar Alat dan Bahan Penelitian... 33

13 DAFTAR SINGKATAN HDPE = High Density Polyethylene MA = Maleat anhidrat BPO = Benzoil peroksida FTIR = Fourier Transform Infrared Spektroskopy g = Grafting

14 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Polietilena adalah polimer termoplastik yang secara komersial banyak digunakan sehingga diproduksi secara besar. Banyaknya permintaan polietilena tidak terlepas dari sifat sifatnya yang tahan terhadap zat kimia, ringan, mudah dibentuk dan tidak mahal (Billmeyer, 1994). Polietilena adalah bahan termoplastik yang transparan, berwarna putih mempunyai titik leleh bervariasi antara C C, Beberapa jenis polietilena antara lain. Low Density Polyethylene ( LDPE ), High Density Polyethylene (HDPE), dan Linear Low Density Polyethylene ( LLDPE). Low Density Polyethylene (LDPE ), memiliki struktur rantai percabangan yang tinggi dengan cabang - cabang yang panjang dan pendek. Sedangkan High Density Polyethylene ( HDPE ) mempunyai struktur rantai lurus, Linear Low Density Polyethylene ( LLDPE ) memiliki rantai polimer yang lurus dengan rantai rantai cabang yang pendek (Curlee, 1991). Polietilena adalah polimer termoplastik yang banyak digunakan untuk pembuatan komposit dengan bahan pengisi serat alam, namun dalam pembuatannya tidak diperoleh hasil yang homogen karena perbedaan polaritas antara polimer dan serat alam, Untuk meningkatkan interaksi antara bahan pengisi dengan matriks polimer telah dilakukan dengan beberapa cara. Salah satu cara yang dilakukan adalah dengan menambahkan senyawa penghubung (Coupling Agent) sehingga meningkatkan sifat antarmuka dan adhesi bahan pengisi dengan matriks polimer. Machado melaporkan maleat anhidrat sangat berperan dalam memodifikasi struktur polietilena dengan menggunakan teknik pencampuran reaktif maleat anhidrat kedalam

15 polyolefin dengan inisiator di-tert-butyl peroxide (DBP) dalam alat twin-screw extruder ( Machado, 2000). Teknik lain yang dilakukan untuk meningkatkan kompatibilitas campuran polimer adalah dengan memodifikasi struktur matriks polimer sehingga kepolarannya meningkat, seperti yang dilakukan oleh Mousa Ghaemy, Departemen Kimia, Universitas Mozaidoran, Iran. Teknik yang dilakukan untuk memodifikasi polimer ialah dengan reaksi grafting antara maleat anhidrat dengan polietilena dengan cara refluks menggunakan inisiator azoisobutyronnitrile ( AIBN) dengan pelarut xylen. ( Mousa G, 2002). Pada penelitian ini, penulis berkeinginan memodifikasi struktur HDPE dengan teknik pencampuran reaktif dalam Internal Mixer pada suhu C dengan cara grafting MA kedalam HDPE dengan inisiator benzoil peroksida. 1.2 Permasalahan Yang menjadi permasalahan dalam penelitian ini adalah : 1. Apakah terjadi reaksi grafting setelah pencampuran HDPE dengan maleat anhidrat? 2. Bagaimana pengaruh konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat grafting maleat anhidrat pada HDPE? 1.3 Pembatasan Masalah Untuk mengetahui apakah reaksi grafting sudah terjadi dapat dilakukan dengan menghitung derajat grafting dan analisis spektra FTIR hasil reaksi grafting.

16 1.3 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan : 1. Untuk mengetahui apakah reaksi grafting terjadi setelah pencampuran HDPE dengan maleat anhidrat 2. Untuk mengetahui pengaruh konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat grafting maleat anhidrat pada HDPE. 1.4 Manfaat Penelitian Adapun hasil penelitian ini diharapkan memberikan informasi reaksi grafting antara maleat anhidrida dengan HDPE. 1.5 Lokasi Penelitian Lokasi penelitian dilakukan di Laboratorium Polimer FMIPA USU dan perekaman spektra FTIR dilakukan di laboratorium Bea Cukai Belawan. 1.6 Metodologi Penelitian Penelitian ini bersifat eksperimen laboratorium, yaitu untuk memodifikasi struktur polimer HDPE dilakukan beberapa tahap yaitu : Tahap I : Preparasi Alat Tahap II : Proses analisa data meliputi : a) Preparasi sampel b) Proses grafting

17 c) Menghitung derajat grafting dengan metode titrasi d) Perekaman spektra FTIR Variabel variabel yang digunakan adalah : Variabel bebas : Konsentrasi maleat anhidrida dalam HDPE Variabel terikat : Derajat Grafting Variabel tetap : 1. Benzoil Peroksida ( BPO ) 2 % 2. Suhu Hotmixer C 3. Waktu pencampuran 60 menit 4. Suhu pada saat dipress C dan waktu 15 menit

18 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Polietilena Polietilena adalah bahan termoplastik yang transparan, berwarna putih mempunyai titik leleh bervariasi antara C C. Umumnya polietilena bersifat resisten terhadap zat kimia. Pada suhu kamar, polietilena tidak larut dalam pelarut organik dan anorganik ( Bilmeyer, 1994 ). Polietilena dapat teroksida diudara pada temperatur tinggi atau dengan sinar UV. Struktur rantai polietilena dapat berupa linier, bercabang atau berikat silang. Beberapa jenis polietilena antara lain : Low Density Polyethylene ( LDPE ), High Density Polyethylene ( HDPE ) dan Linear Low Density Polyethylene ( LLDPE) Low Density Polyethylene ( LDPE ) memiliki struktur rantai percabangan yang tinggi dengan cabang- cabang yang panjang dan pendek. Sedangkan High Density Polyethylene ( HDPE ) mempunyai struktur rantai lurus, Linear Low Density Polyethylene ( LLDPE ) memiliki rantai polimer yang lurus dengan rantai rantai cabang yang pendek. a. b.

19 c. Gambar 2.1 Struktur rantai polietilena a. HDPE b. LDPE c. LLDPE HDPE ( HIGH Density Polyethylene ), LDPE ( Low Density Polyethylene ) sebaliknya dengan sedikit cabang- cabang pada rantai terutama akan memperkuat gaya gaya ikatan antar molekul. Dengan berdekatannya rantai rantai utama akan menaikkan kristalinitas, rapat massa dan kekuatannya. Adanya beberapa struktur dari polietilena akan mempunyai sifat fisik dan kimia dari bahan polimer. Struktur rantai bercabang mempunyai kekuatan yang lebih rendah karena cabang- cabang akan mengurangi gaya-gaya ikatan antar molekul. Adanya rantai-rantai cabang pada rantai polimer sehingga merupakan polimer linier yang mempunyai krisnalitas tinggi. Proses pembuatan rantai panjang dari polimer termoplastik polietilena secara umum dapat dilakukan dengan dua cara yaitu: a. Proses dengan kondisi pada tekanan tinggi yang menghasilkan LDPE ( low density polyethylene ) b. Proses dengan kondisi pada tekanan rendah yang menghasilkan HDPE ( High Density Polyethylene ). Proses pada tekanan tinggi dengan kondisi tekanan ( P0 ) > 1000 atm dan temperatur C pertama kali diperkenalkan di Inggris tahun Polietilena yang dihasilkan pada proses ini mempunyai berat molekul tinggi, mengandung rantai rantai cabang yang banyak dan kristalinitas rendah, sedang proses polimerisasi ini ternyata kurang begitu menguntungkan sehingga dilakukan penelitian selanjutnya. Sekitar tahun 1953 Karl Ziegler dari Jerman menemukan proses polimerisasi, proses ini dilakukan pada tekanan dan temperatur kamar dengan bantuan katalis yang disebut katalis Ziegler Natta, yaitu yang merupakan senyawa kompleks yang terbentuk dari alkil aluminium yang dikombinasikan dengan titanium klorida ( Curlee, 1991 )

20 Polietilena yang dihasilkan mempunyai berat molekul yang tinggi, polimer lebih kaku dibandingkan dengan polimer yang dihasilkan pada tekanan tinggi. Kekakuan tersebut disebabkan tidak adanya rantai rantai cabang pada rantai polimer sehingga merupakan polimer linier yang mempunyai kristalinitas tinggi. Polietilena adalah polimer yang termasuk golongan poliolefin dengan berat molekul rata rata ( Mw ) = Jenis polietilena yang banyak digunakan adalah LDPE ( Low Density Polyethylene ) yang mempunyai rantai cabang digunakan sebagai pengemas yaitu sekitar 44,5 % dari total plastik kemas kemudian diikuti HDPE ( High Density Polyethylene ) yang tidak mempunyai rantai cabang, tapi merupakan rantai utama yang lurus kurang lebih 25,4 % ( Hartomo, 1993). Mengenai sifat fisika dan mekanika HDPE dan LDPE dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1 Sifat Fisika dan Mekanika HDPE dan LDPE Sifat fisika dan HDPE rantai lurus LDPE rantai cabang mekanik Titik leleh C C Derajat kristalinitas % 65 % Berat jenis 0,95 0,96 0,91-0,92 Titik lunak C C Kekuatan tarik 245 kgf/cm kgf/cm 2 Perpanjangan 100 % 500 % (Surdia, 1995 ) Sifat kimia Polietilena Polietilena adalah bahan polimer yang sifat kimianya cukup stabil terhadap larutan dan hampir semua pereaksi kimia pada temperatur kamar. Polietilena tidak dapat dilarutkan dengan pelarut organik, bersifat non polar dan tidak menunjukkan perbedaan sifat listrik. LDPE bersifat lentur, ketahanan listrik yang baik, kedap air, lebih lunak dari HDPE, sifat absorbsi dan tembus cahaya yang kurang baik dibandingkan HDPE.

21 HDPE memilki kecenderungan untuk mengkerut dan getas selama dicetak sehingga merupakan material yang kritis terhadap cetakan. Polietilena cenderung tidak tahan terhadap perubahan cahaya sehingga mudah berubah warna oleh pengaruh cahaya matahari dan menghasilkan material yang berwarna hitam (Cowd, M.A., 1991 ). 2.2 Maleat Anhidrat Maleat anhidrat masih digunakan dalam penelitian polimer. Maleat anhidrat dapat dibuat dari asam maleat, seperti reaksi dibawah ini : O O H 3 C C + HC C O OH OH H 3 C C HC C O O Asetat anhidrat Asam maleat anhidrat O HC C O + 2 CH 3 COOH Asam asetat HC C O Maleat anhidrat Gambar 2.2. Pembentukan Maleat Anhidrat Maleat anhidrat dengan berat molekul 98,06, larut dalam air, meleleh pada temperatur C, mendidih pada C dan spesifik grafiti 1,5. Maleat anhidrat adalah senyawa vinil tidak jenuh merupakan bahan mentah dalam sintesa resin poliester pelapisan permukaan karet, deterjen, bahan aditif dan

22 minyak pelumas, plastisizer dan kopolimer. Maleat Anhidrat mempunyai sifat kimia khas yaitu adanya ikatan etilenik dengan gugus karbonil didalamnya, ikatan ini berperan dalam reaksi adisi ( Arifin, 1996 ). Dalam penelitian ini maleat anhidrat diharapkan menempel ( tergrafting ) pada matriks HDPE dengan variasi konsentrasi yang maksimum. 2.3 Inisiator Inisiator sering digunakan untuk membentuk radikal bebas Tabel 2.3 Beberapa contoh senyawa peroksida Nama Campuran yang Umum Alkil peroksida RO OR Asil peroksida O O R C O O C R Asamperoksida Esterperoksida O R C O OH O R C O OR' Nama umum Radikal Alkoksi radikal RO. Alkil peroksi radikal ROO. Asil radikal R O C. Asiloksil radikal O R C O. O Asil Peroksi Radikal R C O O. Metil Nama Spesifik Radikal CH3 Metoksil. CH 3 O Asetil Asetoksil O CH 3 C. CH3-CO2

23 Asetil peroksida Benzoiloksil Benzoil peroksida CH3-C(O)O2 φ-co2 φ-c(o)o2 Beberapa alasan mengapa digunakan peroksida sebagai inisiator yaitu: a. Kecepatan dekomposisi peroksida b. Keraktifan radikal dalam penyerapan atom hidrogen pada polimer c. Proses awal dekomposisi untuk menghasilkan radikal bebas bergantung pada kekuatan reaksi dan variasi proses. d. Keraktifan radikal dalam penyerapan atom hidrogen pada polimer e. Waktu paruh peroksida f. Sifat fisik peroksida Gambar dekomposisi dari benzoil peroksida dapat dilihat pada gambar 2.3 O C O O O C Temp. O C O 2. Benzoil peroksida Benzoiloksil radikal Fenil radikal. + CO 2 β-scission Gambar 2.3 Mekanisme dekomposisi dari benzoil peroksida (BPO) ( Carry, M.,1998). 2.4 Reaksi Grafting

24 Sebuah kopolimer graft adalah sebuah polimer dimana menempel satu atau lebih spesies blok pada rantai. Contoh M M M M X M M M M G G G G M = monomer X = unit rantai yang diserang G = rantai cabang Pada polimer graft dapat bersifat homopolimer dan kopolimer METODE GRAFTING A. Mekanisme Radikal bebas Adalah metode tertua dan terluas penggunaannya,karena relatif simpel. Ada 5 metode grafting dengan mekanisme radikal bebas yaitu: 1. Metode Kimia (chemical method) Radikal bebas di lepaskan oleh inisiator seperti benzoyl peroxide (BPO) atau azobisisobutironitrik(aibn). Mekanisme : BPO / AIBN S S + RH SH + R R 1 R 1 R + CH 2 =C R CH 2 C RH = Polimer S = Radikal R 2 R 2 2. Metode Fotografting Kelompok khromoponik dipolimer menyerab radiasi elektro magnetik pada daerah visibel dan elektromagnetik. Hasilnya pemutusan ikatan dan kemudian pada dekomposisi radikal dimana menghasilkan inisiasi grafting. Contoh. Metilmetakrilat tergrafting pada poly ( metil- vinil-keton ).

25 3. Metode Radiasigrafting Pada metode ini kopolimer graft dimulai pada daerah radikal pada rantai polimer dengan energi radiasi yang tinggi pada daerah vakum atau medium lainnya. 4. Metode Plasmagrafting Grafting plastik seperti fiber dengan pemberian sinar. Dengan suhu yang rendah merupakan sistem yang kompleks untuk elektron, atom, spesies ionisasi dan pelepasan atom dan molekul 5. Metode Kimia mekanik grafting Mekanisme yang bersifat reaktif dan ultrasonik menyebabkan polimer mengalami degradasi disebabkan oleh sebuah radikal bebas. B. Mekanisme ionik Merupakan teknik yang baik untuk persiapan kopolimer graft. Metode ini dibagi dua yaitu : 1. Metode Anionik Graft kopolimerisasi mengalami inisiasi oleh anion dengan reaksi basa dengan asam proton pada rantai utama polimer. Contoh. Poliamida dilapisi dengan logam natrium dalam larutan amonia dan mengalami grafting dengan unit monomer. 2. Metode Kationik Reaksi inisiasi diantara alkil halida dan asam lewis merupakan contoh untuk kationik grafting. C. Mekanisme koordinasi Stereospesifik inisiator memberikan stereo blok kopolimer mengandung rangkaian isotaktik dan heterotaktik.

26 Greber menggrafting hidrokarbon kedalam poli ( strirena- cobutadiena ) menggunakan ziegler natta. D. Mekanisme Coupling Polimer yang mengandung hidrogen yang aktif digunakan untuk sintesis kopolimer graft. poly ( etilena oksida ) adalah grafting yang mudah kedalam nilon. Faktor faktor yang mempengaruhi daerah grafting pada polimer adalah : (a) Struktur dasar sebuah polimer (b) Struktur dasar monomer dan comonomer (c) Struktur dan konsentrasi inisiator (d) Efisiensi kecepatan proses ; Efisiensi kecepatan monomer dan inisiator dengan polimer. Efisiensi kecepatan proses menentukan konsentrasi reaktan. (e) Suhu; proses suhu yang tinggi secara umum menyebabkan polimer mengalami degradasi, mengurangi half-life inisiator, mengubah kecepatan atau kespesifikan reaksi (Sigh, R.P. 1992) Mekanisme Grafting MA kedalam HDPE Mekanisme grafting MA kedalam HDPE dapat dilakukan dalam beberapa tahap yaitu: 1. Tahap dekomposisi peroksida 2. Tahap Inisiasi 3. Tahap Propagasi 4. Tahap Transfer rantai 5. Tahap Terminasi

27 Dekomposisi peroksida O O O Suhu =145 0 C C O O C 2 C O Benzoil Peroksida Benzoilpksil radikal Inisiasi O H H H H O C O + C C C C C OH + H H H H Benzoilpksil radikal Polietilena H H H C C C C H H H H Propagasi H H H H H H H C C C C + C C C C C C H H H H O O O H H H Maleat anhidrat C C O O O Transfer Rantai H H H H H H H H H H H H H H H H C C C C + C C C C C C C C + C C C C H H H H H H H H H H H H H H C C C C O O O O O O Terminasi H H H H H H H H H H H H H H C C C C + C C C C C C C C + C C C C H H H H H H H H H H H H H H

28 C C C C O O O O O O Disproporsionasi H H H H C C C C H H H C O O C O H H H C C C C H H H H Ikat Silang ( Crosslinking ) ( Mousa G., 2002). 2.5 Xylen Xylen merupakan salah satu dari isomer gugus hidrokarbon aromatik. Ketiga isomer xylen ( 0-xylen, m-xylen, p-xylen ) dan ethilbenzena mempunyai kesamaan berat molekul yaitu : 106,2 dan susunan yang sederhana C 8 H 10. Nama, struktur senyawa dan titik didih serta titik lebur dari senyawa ini ditunjukkan pada: Tabel 2.5. Sediaan dari Xylen dan Etilbenzena Nama Senyawa Struktur Titik didih ( 0 C ) Titik lebur ( 0 C ) o-xylen CH 3 CH 3 144,2-25,2 CH 3 m-xylen CH 3 139,1-47,9

29 CH 3 p-xylen CH 3 138,4 13,3 etilbenzena CH 2 CH ,0 ( Tanno E., 1997) 2.6 Analisa Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) Pada tahun 1965, Cooley dan Turky mendemontrasikan teknik spektroskopi FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy). Pada dasarnya teknik ini sama dengan spektroskopi inframerah biasa, kecuali dilengkapi dengan cara penghitungan Fourier Transform dan pengolahan data untuk nendapatkan resolusi dan kepekaan yang lebih tinggi. Teknik ini dilakukan dengan penambahan peralatan interferometer yang telah lama ditemukan oleh Michelson pada akhir abad 19. Michelson telah mendapatkan informasi spectrum dari suatu berkas radiasi dengan mengamati interferogram yang diperoleh dari interfemeter tersebut. Fellet (1970) juga telah menggunakan perhitungan Fourier Transform pada Spektrometer dalam bidang astronomi. Penggunaan Spektrometer FT-IR untuk analisa banyak diajukan untuk identifikasi suatu senyawa. Hal ini disebabkan spektrum FT-IR suatu senyawa (misalnya senyawa organik) bersifat khas, artinya senyawa yang berbeda akan mempunyai spektrum yang berbeda pula. Vibrasi ikatan kimia pada suatu molekul menyebabkan pita serapan hampir seluruhnya didaerah spectrum IR yakni cm -1. Pada temperatur biasa molekul organik frekuensi vibrasinya dalam keadaan tetap. Masing-masing ikatan mempunyai vibrasi regangan (stretching) dan vibrasi tekuk (bending) yang dapat mengasorbsi energi radiasi pada frekuensi itu. Yang dimaksud vibrasi ragangan adalah terjadinya terus menerus perubahan jarak antara

30 dua atom didalam suatu molekul. Vibrasi regang ini ada dua macam, yaitu regang simetris dan tak simetris. Yang dimaksud vibrasi tekuk adalah terjadinya perubahan sudut antara dua ikatan kimia. Ada empat macam vibrasi tekuk, yakni vibrasi tekuk dalam bidang (inplane bending)yang dapat berupa vibrasi scissoring (deformasi) atau vibrasi rocking dan vibrasi keluar bidang (out of plane bending) yang dapat berupa wagning atau berupa twisting ( Seymour, 1984). Formulasi bahan polimer komersial dengan kandungan aditif bervariasi seperti pemlastis, pengisi, pemantap dan antioksidasi, memberikan kekhasan pada spektrum inframerahnya. Analisis inframerah memberikan informasi tentang kandungan aditif, panjang rantai, dan struktur rantai polimer. Disamping itu, analisis IR dapat digunakan untuk karakterisasi bahan polimer yang terdegradasi oksidatif dengan munculnya gugus karbonil dan pembentukan ikatan rangkap pada rantai polimer. Gugus lain yang menunjukkan terjadinya degradasi oksidatif adalah gugus hidroksida dan karboksilat. Umumnya pita serapan polimer pada spektrum inframerah adalah adanya ikatan C-H regangan pada daerah 2880 cm cm -1 dan regangan dari gugus fungsi lain yang mendukung untuk analisis suatu material. Banyak faktor yang mempengaruhi frekuensi vibrasi ikatan dalam molekul dan tidak mungkin memisahkan pengaruhnya suatu dari yang lain, sebagai contoh serapan ikatan C=O dalam gugus keton (RCOCH 3 ) lebih rendah daripada dalam RCOCl. Perubahan frekuensi struktur C=O ini karena perbedaan massa diantara CH 3 dan Cl. Molekul yang terdiri dari beberapa atom tidak saja bervibrasi pada frekuensi ikatan, tetapi juga pada overtone frekuensi. Bila suatu ikatan bervibrasi; ikut pula sisanya dalam molekul. Vibrasi harmonis ( overtone) mempunyai frekuensi yang merupakan kelipatan dari frekuensi dasar ( fundamental ). Suatu pita kombinasi adalah jumlah atau perbedaan antara dua vibrasi harmonis. Keistimewaan spektra infra merah disebabkan oleh pita-pita ini. Frekuensi gugus ini memungkinkan penentuan ada atom atau tidak adanya suatu gugus fungsi dalam suatu molekul secara tepat.frekuensi gugus ini dapat dipengaruhi oleh :

31 (a) Resonansi yang dapat menyebabkan penyerapan orde ikatan rangkap dan frekuensi dengan 30 cm -1 (b) Ikatan Hidrogen (c) Efek tegangan lingkar. Spektra infra merah dapat dibagi dalam : 1) Sumbu Vertikal yaitu biasanya linier dalam bilangan gelombang ( dalam cm -1 ) Spektra kontinu dari cm -1 2) Sumbu Vertikal yaitu biasanya linear dalam % transmisi ( 100% T diatas, 0% T dibawah ) (Hummel, D.O., 1985) Hubungan spektra Infra merah dengan struktur molekul Informasi empiris tentang bermacam gugus fungsi dapat mengabsorbsi, disimpulkan dalam chort = korelasi yang digunakan untuk identifikasi. Dengan korelasi ditemukan dalam wilayah unit infrared dibagi dalam wilayah: 1. Frekuensi gugus cm Wilayah finger print cm -1 Dalam wilayah frekuensi gugus pita absorbsi terpenting disebabkan oleh unit vibrasi dari dua atom dalam molekul jadi harga gugus fungsi. Faktor faktor yang mempengaruhi letak pita absorbsi: (a) Adanya resonansi (b) Bila terjadi perubahan sifat ikatan (c) Adanya ikatan hidrogen (d) Macam pelarut yang dipakai. Tabel 2.6. Korelasi gugus fungsional untuk HDPE termodifikasi Graft Monomer Gugus fungsionil Ir Peak ( cm -1 ) Maleat anhidrat C=O ( Single Unit ) 1792, 1715 (MA) C=O ( dihubungkan terhadap oligo- 1784, 1860

32 MA, α, β-anhidrat ta k jenuh ) C=O 1713,1790,1867 Dietil maleat C=O 1740 Asam akrilat C=O 1710,1720 (Mousa, G.2002) BAB 3 BAHAN DAN METODE PENELITIAN 3.1 Alat dan Bahan Alat Adapun alat-alat yang digunakan adalah sebagai berikut : - Neraca Analitis Mettler Toledo - Botol Aquadest - Alat-alat Gelas Pyrex - Labu Ukur Pyrex 500 ml - Oven Memmert - Alat Pemanas PMC - Kertas Saring Whatman 42

33 - Hot Mixer Heles CR-52 - Spatula - Tabung Leibig - Selang - Pipet Tetes - Stirer - Corong Vakum - Buret Pyrex 50 ml - Pompa Vakum Welch Duo Seal - Alat cetak tekan Bahan - Aseton - Xylen P.A Merck - Metanol P.A Merck - Polietilen ( HDPE ) Asrene (PT Chandra Asri) - BPO ( Benzoil Peroksida ) P.A Merck - MA ( Maleat Anhidrat ) Merck - Penofthalein - Air 3.2 Prosedur Penelitian Preparasi Alat Dihidupkan alat Internal Mixer selama 1 jam Preparasi Sampel Ditimbang Polietilena ( HDPE ), MA, BPO masing masing sesuai dengan perbandingan berikut :

34 Sampel HDPE ( % ) MA ( % ) BPO ( %) Proses Grafting MA kedalam HDPE Dihidupkan alat dan diatur suhu sampai C selama 60 menit. Dimasukkan HDPE dan diputar selama 5 menit. Setelah 5 menit ditambahkan MA dan BPO dan diputar kembali selama 55 menit. Dikeluarkan dan didinginkan dengan penambahan es pada suhu kamar. Dilakukan prosedur yang sama untuk sampel berikutnya Menghitung Derajat Grafting HDPE tergrafating MA yang diperoleh dari Internal Mixer ditimbang 1 gram kemudian direfluks dengan 100 ml xylen. Setelah larut ditambahkan 40 ml aseton sehingga terbentuk endapan, lalu disaring dengan kertas saring yang terhubung dengan pompa vakum dan dicuci dengan metanol berulang kali. Endapan yang diperoleh dikeringkan di Oven pada suhu C selama 6 jam. Endapan yang sudah kering ditimbang dan dicatat beratnya kemudian direfluks kembali dengan 100 ml xylen. Kemudian ditambahkan 1 tetes air dan direfluks selama 15 menit. Lalu ditambahkan indikator Fenofthalin 1 % kemudian dititrasi dengan KOH 0,05 N dalam keadaan panas. Titrasi dihentikan bila terjadi perubahan warna dari putih menjadi merahjingga dan dicatat volumenya Pembuatan larutan KOH 0,05 N

35 Ditimbang 2,8 gram KOH dilarutkan dengan methanol kemudian dimasukkakan kedalam lanu takar 1000 ml sehingga diperoleh larutan KOH 0,05 N dalam methanol Uji Spektroskopi FTIR HDPE murni dan HDPE tergrafting MA dengan derajat grafting paling banyak di cetak tekan panas pada suhu C selama 15 menit, sehingga akan diperoleh film HDPE murni dan HDPE tergrafting MA. Film spesimen ini dijepit pada tempat sampel kemudian diletakkan pada alat kearah sinar infra merah. Hasilnya akan direkam pada kertas berskala aluran kurva bilangan gelombang terhadap intensitas, hasilnya akan dilihat pada spektra FTIR. 3.3 Bagan Penelitian Proses Grafting MA pada HDPE dengan Radikal bebas HDPE Dimasukkan HDPE kedalam alat Internal Mixer pada suhu C dan diputar selama 5 menit Ditambahkan MA dan BPO dan diputar kembali selama 55 menit Dikeluarkan dan didinginkan dengan penambahan es pada suhu kamar Dilakukan prosedur yang sama untuk sampel berikutnya

36 HDPE -g- MA Menghitung Derajat Grafting dengan metode titrasi 1 gram HDPE -g- MA Larutan HDPE-g- MA Direfluks dengan 100 ml xylen selama 60 menit Endapan Basah Ditambahkan aseton 50 ml Disaring dan dicuci kembali dengan metanol berulang-ulang

37 Endapan Kering Dikeringkan di dalam Oven pada suhu C selama 6 jam Direfluks dengan 100 ml xylen selama 45 menit Ditambahkan 1 tetes air dan direfluks kembali selama 15 menit Setelah 15 menit ditambahkan indikator Fenolthalein 1 % Dititrasi dengan KOH 0,05 N pada keadaan panas Titrasi dihentikan bila perubahan warna dari putih menjadi merah jingga Dicatat volume titran dan dihitung derajat graftingnya Larutan HDPE -g-ma Pembuatan Film untuk analisa FTIR HDPE MURNI Dimasukkan ke alat cetak tekan Dicetak tekan selama 15 menit pada suhu C FILM HDPE MURNI ANALISA DENGAN FTIR

38 HDPE-g-MA Dimasukkan ke alat Press Dipress selama 15 menit pada suhu C FILM HDPE-g-MA ANALISA DENGAN FTIR BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 HASIl PENCAMPURAN POLIMER Pada penelitian ini dilakukan pencampuran antara HDPE/MA/BPO. Hasil pencampuran variasi komposisi campuran dapat dilihat pada tabel 4.1. Tabel 4.1 Data Hasil Pencampuran Polimer

39 NO Sampel HDPE (%) MA (%) BPO ( % ) Berat Endapan (gram) Volume KOH (ml) Derajat Grafting (%) ,855 1,3 3, ,910 4,6 12, ,980 2,1 5, ,963 2,0 5, ,912 1,8 4,83 Grafik perbandingan derajat grafting dengan konsentrasi MA terlihat pada gambar 4.1 Gambar 4.1 Grafik perbandingan derajat grafting dengan konsentrasi MA 4.2 PERHITUNGAN Bilangan Asam = Derajat Grafting(%) =

40 Untuk Sampel 1 diperoleh volume KOH = 1,3 ml dan berat endapan = 0,885 gram, maka dari rumus diatas diperoleh : Bilangan asam = = 4,26 Derajat grafting( %) = = 3,72 % Dengan cara yang sama untuk sampel hdpe-g-ma 2,3,4,dan 5 diperoleh hasil : Derajat grafting sampel 2 = 12,38 Derajat grafting sampel 3 = 5,24 Derajat grafting sampel 4 = 5,08 Derajat grafting sampel 5 = 4, PEMBAHASAN Reaksi radikal bebas dari monomer kedalam hidrokarbon ( polyolefin ) adalah jenis inisiasi melalui alkoksi radikal yang dibentuk dari dekomposisi peroksida. Pencangkokan maleat anhidrat kedalam polietilena terjadi ketika polimer tersebut menjadi radikal. Bentuk formasi pencangkokan maleat anhidrat kedalam HDPE dapat berupa disproporsionasi dan cross-lingking. Semakin banyak jumlah maleat anhidrat tergrafting pada HDPE maka semakin tinggi juga derajat graftingnya Pengaruh konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat grafting Pengaruh konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat grafting tertera pada tabel berikut. Tabel 4.2 Perbandingan konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat grafting Konsentrasi Maleat ( % ) Derajat Grafting ( % ) 3 3,72

41 6 12,38 9 5, , ,83 Pengaruh konsentrasi maleat anhidrat terhadap derajat grafting tertera pada tabel 4.2. Pada penelitian ini, penentuan derajat grafting dilakukan dengan metode titrasi. Persentase derajat grafting bertambah pada konsentrasi monomer 3 dan 6 %. Posisi maksimum ditandai pada saat konsentrasi maleat anhidrat 6 %. Ini menunjukkan bahwa kenaikan derajat grafting disebabkan oleh formasi cross-lingking polimer dan poli (maleat anhidrat maleat) bertambah. Hasil ini didukung oleh Gaylor yang telah meneliti proses grafting maleat pada polietilena (Gaylor, 1989). Persentase derajat grafting mulai menurun ketika konsentrasi maleat anhidrat lebih dari 6 %. Ini disebabkan karena terjadinya homopolimerisasi, yang menyebabkan monomer-monomer maleat anhidrat cenderung untuk membentuk diri polimer sendiri dibandingkan dengan menempel pada rantai HDPE.. Persentase derajat grafting tidak hanya bergantung pada jumlah rantai cabang tetapi juga berat molekul mereka; dimana dapat menurunkan derajat grafting dengan penambahan konsentrasi inisiator. Ketika konsentrasi poli ( maleat anhidrat ) makroradikal bertambah, maka laju kombinasi mereka dan disproporsionasi juga bertambah terhadap pembentukan polietilena makroradikal. Hasil ini didukung oleh Mousa Ghaemy yang telah meneliti proses grafting maleat pada polietilena dengan teknik refluks (Mousa G.2002) Analisa FTIR campuran HDPE/ MA/BPO Penerapan spektroskopi infra merah dalam penelitian polimer mencakup dua aspek yaitu aspek kualitatif dan aspek kuantitatif. Penelitian ini lebih menekankan aspek kualitatif karena berupa penentuan struktur dengan cara mengamati frekuensi frekuensi yang khas dari gugus fungsi spektra FTIR yang didapat yaitu dengan cara

42 membandingkan spektra polietilena murni dengan spektra campuran polietilena dengan maleat anhidrat dan benzoil peroksida yang dapat dilihat pada lampiran Bilangan Gelombang FTIR HDPE murni dapat dilihat pada tabel 4.1 Tabel 4.1 Bilangan gelombang HDPE murni Sampel Bil Gelombang ( cm -1 ) Gugus Fungsi Polietilena ( HDPE ) 2851, CH , ,83 C H 3607,77 OH Bilangan gelombang FTIR untuk HDPE + MA + BPO dapat dilihat pada tabel 4.2 Tabel 4.2 Bilangan gelombang HDPE + MA + BPO Sampel Bil Gelombang ( cm -1 ) Gugus Fungsi Polietilena ( HDPE ) 3604,61 O H tergrafting 2924,94 CH , ,24 C=O 1463,89 C H 1640,21 C=C 1302,26 O H Dari tabel 4.2 hasil spektra FTIR menunjukkan telah terjadi interaksi antara HDPE, MA dan BPO. Hal ini ditunjukkan dengan munculnya puncak serapan bilangan gelombang 2924 cm -1 khas untuk CH 2 dari polietilena dan maleat anhidrat yang didukung puncak serapan bilangan gelombang pada daerah 1718, 1786 dan 1896 cm -1 (serapan gugus karbonil) dari anhidrida maleat. BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN

43 1. Reaksi grafting antara HDPE dengan MA dengan inisiator BPO didalam alat Internal Mixer pada suhu C dapat terjadi. 2. Variasi konsentrasi MA yang maksimum pada HDPE adalah sebesar 6 % dengan derajat grafting 12,38%. 5.2 SARAN 1. Dilakukan penelitian lebih lanjut dengan monomer lain seperti anhidrida asetat dan bahan polimer yang lain seperti PBT ( poli butilen tereftalat ) DAFTAR PUSTAKA

44 Arifin Sintesis Kopolimer Stirena Maleat Anhidrida dan Karakterisasinya. Tesis PPS Kimia, Bandung: Institut Teknologi Bandung Press. BilLmeyer, W.F Textbook of Polymer Science. 3 rd ed. New York :Jhon Wiley. Carry, M. Curos A. Flu T.A The radical grafting of styrene onto polyethylene intensive mixer. Journal Application polymer Science Curlee, T.R Plastic Waste management Control, recycling and Diposal. New Yersey: Noyes Data Corp. Cowd, M.A Kimia Polimer. Bandung : Institut Teknologi Bandung Press. Gaylor, N.G. and Mehta, R. Peroxide-catalyzed grafting of maleic anhydride on to molten polyethylene in the presence of polar organic compounds. Journal Application Polymer Science. Part A.Polymer chemistry Hartomo, A.J.1993).Politeknik Pemrosesan Polimer Praktis. Yogyakarta: Andi Offset. Hummel, D.O Infrared Spectra Polymer in The Medium And Long Wavelenght Region. London : Jhon Willey & Sons. Machado, A.V. Covas J.A., Monitoring Polyolefin Modificaion along the Axis of a Twin-Screw Extruder.II. Maleic Anhydride Grafting. Journal of Polymer Science: Part A. Vol Portugal : University of Minho. Mouse, G. Solaimon Roohina.2003.Grafting of Maleic Anhydride on Polyethylene in a Homogeneous Medium in Presence of Radical Initiator. Iranian Polymer Journal.12 (1) Iran: University of Mazandaran Babolsar Singh, R.P Surface grafting onto polyethylene-a Survey of recent Development. Program Polymer Science. Vol India: Pergamon Press Ltd. Seymour Structure-Property Relation ship in Polimer. New York : Plenum Press. Tano Eddy Pedoman membuat perekat sintetis. Edisi 78. Hal Jakarta: Rineka Cipta Press.

45 Lampiran 1. Hasil FTIR HDPE murni

46 Dari spektra FTIR diatas diperoleh korelasi gugus fungsi sebagai berikut : Sampel Bil Gelombang ( cm -1 ) Gugus Fungsi Polietilena ( HDPE ) 2851, CH , ,83 C H 3607,77 OH Lampiran 2. Hasil spektra FTIR untuk HDPE/MA/BPO ( derajat grafting tertinggi)

47 Dari spektra FTIR diatas diperoleh korelasi gugus fungsi sebagai berikut : Sampel Bil Gelombang ( cm -1 ) Gugus Fungsi Polietilena ( HDPE ) 3604,61 O H tergrafting 2924,94 CH , ,24 C=O 1463,89 C H Lampiran 3. Gambar alat dan bahan

48 Alat Hotmixer

49 Larutan Aseton untuk pengendapan

50 Proses Penyaringan

51 Gelas ukur, methanol dan xylen

52 Alat internal mixer

53 Neraca analitik

54 Penyaringan dengan pompa Vakum

55 Sampel Hasil Penyaringan Sampel Hasil Internal mixer

56 Alat Refluks

57 Proses Titrasi