PENENTUAN MV DAN DIMENSI POLIMER SECARA VISKOSIMETER

M.Wahyu Hidayat

G44080047

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2011

PENDAHULUAN

Polimer atau makromolekul adalah

molekul raksasa (giant) dimana paling sedikit

seribu atom terikat bersama oleh ikatan kovalen.

Makromolekul ini mungkin rantai linear,

bercabang, atau jaringan tiga dimensi (Malcolm

2001). Polistirena dibuat melalui proses

polimerisasi adisi dengan cara suspensi. Stirena

memiliki bau seperti benzena, merupakan cairan

menyerupai minyak ,tidak berwarna dan memiliki

rumus kimia C6H5CH=CH2 atau ditulis sebagai

C8H8. Secara laboratorium dapat dibuat melalui

dehidrogenasi etil benzene, yaitu dengan

melewatkan etilena melalui cairan benzena dengan

tekanan yang cukup dan aluminium klorida sebagai

katalisnya (Sinaga 2008).

Gambar 1 Struktur molekul polistirena( Braun et

all 2005).

Viskositas merupakan ukuran yang

menyatakan kekentalan suatu larutan polimer.

Perbandingan antara viskositas larutan polimer

terhadap viskositas pelarut murni dapat dipakai

untuk menentukan massa molekul nisbi polimer.

Keunggulan dari metode ini adalah lebih cepat,

lebih mudah, alatnya murah serta perhitungannya

lebih sederhana. Alat yang digunakan adalah

Viskometer Ostwald. Prinsipnya adalah dengan

mengukur waktu yang diperlukan pelarut atau

larutan polimer untuk mengalir dalam m1 – m2

( Sinaga 2008).

Gambar 2 Viskometer Ostwald ( Sinaga 2008).

Viskositas relatif (ηr) larutan merupakan rasio

antara viskositas larutan polimer (η ) dan viskositas

pelarut murni (ηo) maka, atau rasio antara laju alir

larutan polimer (t) terhadap laju alir pelarut murni

(to), yang dinyatakan sebagai :

ηr

Viskositas spesifik merupakan fungsi dari

konsentrasi sehingga viskositas reduksi dinyatakan

sebagai :

ηred = .

(Cowd 1991).

Laju alir yang diperoleh menggunakan viskometer

selanjutnya digunakan untuk menentukan nilai

viskositas intrinsik [η], bobot molekul dari polimer

bisa ditentukan ,sesuai persamaan :

[η] = KV Mα

dengan [η] = viskositas intrinsik

KV= koefisien viskositas

Mα= bobot molekul viskositas

(Bandrup 1999).

Penentuan bobot molekul yang dihasilkan

menggunakan viskometer dihitung menggunakan

persamaan Mark Houwink dengan membuat grafik

hubungan antara konsentrasi polimer dengan ηred

sehingga diperoleh persamaan garis y = a+bx. Dari

persamaan garis dapat digunakan untuk

menentukan bobot molekul dari suatu polimer.

Dalam pelarut yang baik, rantai makromolekul

akan membuka, akibatnya pelarut mudah

berinteraksi. Sedangkan dalam pelarut yang buruk,

makromolekul cenderung untuk mempertahankan

dimensinya yang semula. Oleh karena itu bisa

dijelaskan pelarut akan memberikan efek dari nilai

Mv suatu polimer.

BAHAN DAN METODE

Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam praktikum ini

antara lain gelas piala 100 ml dan 1000 ml, batang

pengaduk, neraca analitik, buret, labu takar 25 ml,

gelas ukur, pipet tetes, viskometer Ostwald, gegep

kayu, termometer, bulb, dan stopwatch.

Bahan yang digunakan dalam praktikum

ini adalah styrofoam (polistirena), toluena, metanol,

dan aseton.

Prosedur Percobaan

Percobaan ini menggunakan pelarut

toluena dan pelarut Φ. Pada pelarut

toluena ,pertama-tama dibuat larutan induk 1%

dengan cara menimbang 0,25 gram polistirena

kemudian melarutkannya dengan toluena. Larutan

dipindahkan ke dalam labu takar 25 ml dan ditera

menggunakan toluena. Selanjutnya dilakukan

variasi konsentrasi larutan, yaitu 0,5%, 0,3%, dan

0,1%. Larutan 0,5% dibuat dengan mengencerkan

larutan induk 1% dengan pelarut toluena. Larutan

dengan konsentrasi 0,3% dibuat dengan

mengencerkan larutan 0,5%, sementara larutan

0,1% dibuat dari pengenceran larutan 0,3%. Setelah

itu, diambil 15 ml dari larutan dan laju alir masing-

masing larutan ditentukan dengan menggunakan

viskometer Ostwald.

Perlakuan dengan pelarut Φ dilakukan

dengan menimbang 0,25 gram polistirena

kemudian dilarutkan dengan 10 ml toluena dalam

gelas piala 100 ml untuk membuat larutan induk

1%. Setelah itu larutan dipindahkan dalam

erlenmeyer dan dititar dengan titran metanol hingga

larutan menjadi keruh (kurang lebih 1 tetes).

Volume metanol yang ditambahkan dicatat untuk

pembuatan larutan induk Φ. Larutan induk 1%

yang telah dititar selanjutnya dipindahkan ke dalam

labu takar 25 ml dan ditambahkan toluena hingga

batas tera. Sementara itu dibuat pelarut Φ murni

sebanyak 25 ml dengan mencampurkan volume

metanol yang telah diketahui dari proses titrasi

dengan toluena. Setelah itu, dibuat pula variasi

konsentrasi polistirena 0,5%, 0,3%, dan 0,1%.

Proses pembuatan variasi konsentrasinya sama

seperti perlakuan dengan pelarut toluena.

Kemudian diambil 15 ml dari larutan dan laju alir

masing-masing larutan ditentukan dengan

menggunakan viskometer Ostwald.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Percobaan ini dilakukan menggunakan dua

pelarut berbeda yaitu pelarut murni toluena dan

pelarut Φ (campuran toluena-metanol). Pelarut

yang digunakan sangat berpengaruh terhadap

dimensi polimer, karena efek interaksi pelarut

dengan polimer yang akan mempengaruhi ukuran

atau dimensi dari rantai makromolekul. Pelarut

yang baik dapat mengadakan interaksi dengan

polimer, dengan keadaan <1. Bila suatu pelarut

memiliki =1 maka kelarutan polimer berada pada

titik kritik di dalam pelarut tersebut, dan pelarut

tersebut merupakan pelarut Φ. Kualitas pelarut

tergantung pada komposisi kimia dari polimer,

molekul pelarut dan suhu larutan.

Tabel 1 Pengukuran waktu alir polistirena dengan pelarut toluena

LarutanWaktu alir (s)

Rerata (s)1 2 3

Toluena 8.29 8.33 8.36 8.33

0.10% 8.40 8.42 8.43 8.42

0.30% 9.18 9.14 9.18 8.17

0.50% 9.87 9.89 9.90 9.89

1.00% 15.73 15.75 15.75 15.74

Viskositas relatif ini ditentukan dari

perbandingan waktu alir polimer terhadap waktu

alir pelarutnya, sedangkan nilai viskositas reduksi

(ηred) adalah nilai dari viskositas spesifik yang

dibandingkan dengan nilai konsentrasi larutan

(Braun et al 2005). Dari tabel diatas waktu alir

pelarut toluena dapat digunakan untuk mencari

nilai ηsp ,dan diketahui bahwa konsentrasi yang

semakin tinggi maka nilai ηsp juga semakin besar.

Nilai α pada pelarut toluene sebesar 0.0766. Nilai

ini menunjukan nilai α < 1 . Berdasarkan teori jika

α kurang dari 1 menunjukkan toluena memiliki

interaksi yang baik dengan polistirena (Allock &

Lampe 1981).

Dari kurva hubungan konsentrasi dan

viskositas reduksi pada pelarut toluena yaitu

memiliki kelinieran yang cukup baik sebesar

0.9725.Viskositas intirinsik dari persamaan garis

( y= 8426,9x + 2,6771 ) sebesar 2,6771. Dari

Viskositas intrinsik dapat ditentukan bobot molekul

(Mv). Dari persamaan tersebut maka dapat

Tabel 2 Pengukuran massa molekul nisbih polistirena dalam pelarut toluena

Larutan C

(g/ml)Rerata

(s)ηr(mPa.s)

ηsp

(mPa.s)ηred

(mPa.s)k'

Toluena 8.33

0.10% 0.10% 8.42 1.0108 0.0108 10.8000 1.1336

0.30% 0.30% 9.17 1.1008 0.1008 33.6000 4.3165

0.50% 0.50% 9.89 1.1873 0.1873 37.4600 4.8567

1.00% 1.00% 15.74 1.8896 0.8896 88.9600 12.0560

Gambar 3 Kurva hubungan antara konsentrasi dengan ηred pelarut toluena

ditentukan bobot molekul dari polistirena.

Penentuan bobot molekul ini berdasarkan

persamaan Mark Houwink dan bobot molekul

yang diperoleh untuk molekul polistirena pada

pelarut toluena adalah .

Selanjutnya laju alir polistirena pada

pelarut Φ. Menurut Flory pelarut Φ merupakan

pelarut yang memiliki nilai koefisien ekspansi (α)

sama dengan 1 (Allock & Lampe 1981). Nilai

laju alir polistirena pada pelarut Φ yang terlihat

pada Tabel 3 . Nilai α untuk pelarut Ф sebesar

1.4222 . Nilai α yang tidak sama dengan 1 ini bisa

disebabkan kesalahan paralaks membaca waktu alir

, kesalahan membuat variasi konsentrasi dan juga

dalam penambahan methanol untuk pembuatan

pelarut Φ.

Tabel 3 Pengukuran waktu alir polistirena dengan pelarut ɸ

LarutanWaktu alir (s)

Rerata (s)1 2 3

Pelarut Ф 7.84 7.83 7.88 7.85

0.10% 8.32 8.38 8.37 8.36

0.30% 9.21 9.25 9.20 9.22

0.50% 9.90 9.90 9.92 9.91

1.00% 12.81 12.81 12.78 12.80

Tabel 4 Pengukuran massa molekul nisbih polistirena dalam pelarut ɸ

Larutan C (g/ml) Rerata (s) ηr (mPa.s) ηsp (mPa.s) ηred (mPa.s) K'

Pelarut Ф 7.850.30% 0.303% 9.22 1.1745 0.1745 57.5908 0.00230.50% 0.505% 9.91 1.2624 0.2624 51.9604 0.0002

1.00% 1.010% 12.80 1.6306 0.6306 62.4356 0.0041

Gambar 4 Kurva hubungan antara konsentrasi dengan ηred pada

pelarut ɸ

Pada pelarut Φ persamaan garis yang didapat

adalah y = 952.4x + 51.557 dengan R² = 0.4377.

Nilai kelinieran yang didapat kecil yaitu hanya

0.4377 . Bobot molekul dari polimer yang

diperoleh pada pelarut Φ adalah

. Diketahui Mo merupakan ½

dari bobot molekul stirena yaitu sebesar 52 ,

sehingga nilai diperoleh sebesar β = 6.4816

untuk pelarut toluena dan β = 1.5020

untuk pelarut Φ . Nilai tersebut

menggambarkan panjang sudut ikatan polistirena

yaitu sebesar 1.5020 . Kuadrat dari harga

jarak rata-rata antara kedua ujung rantai (ro2) yaitu

sebesar 2.4132 dengan r2 sebesar3.4321

. Nilai dari kwadrat dari jari-jari garis rata-

rata(so2) yaitu sebesar 9.8518 dan s2 sebesar

1.4011 . Kesalahan yang mungkin terjadi

tidak berbeda jauh pada penentuan menggunakan

pelarut toluena yaitu pada pengukuran variasi

konsentrasi polistirena dan kesalahan paralaks

dalam menentukan waktu alir.

SIMPULAN

Bobot molekul (Mv) yang diperoleh pada

pelarut toluena adalah ,

sedangkan bobot molekul (Mv) dari polimer yang

diperoleh pada pelarut Φ adalah

. Dimensi rantai polimer dari

polistirena pada pelarut Φ diketahui memiliki

panjang sudut ikatan polistirena () yaitu sebesar β

= 1.5020 , Kuadrat dari harga jarak rata-rata

antara kedua ujung rantai (ro2) yaitu sebesar 2.4132

dengan r2 sebesar3.4321 . Nilai dari

kwadrat dari jari-jari garis rata-rata(so2) yaitu

sebesar 9.8518 dan s2 sebesar 1.4011

.

DAFTAR PUSTAKA

Allock HR, Lampe FW. 1981. Contemporary Polymer Chemistry. Engelwood: Prentice Hall inc.

Braun D, Cherdron H, Rehahn M, Ritter H, Voit

B.2005. Polymer Synthesis:Theory and

PracticeFundamentals, Methods,

Experiments 4thEd. New York: Springer.

Brandrup J, Immergut EH, dan Grulke EA. 1999.

Polymer Handbook Fourth Edition

Volume 2. New Jersey: Wiley-

Interscience.

Cowd MA. 1991. Kimia Polimer. Harry Firman,

penerjemah. Bandung: ITB. Terjemahan

dari : Polymer Chemistry.

Malcolm P S. 2001. Polymer Chemistry : An

Introduction, diindonesiakan oleh Lis

Sopyan, cetakan pertama, PT Pradnya

Paramita : Jakarta

Sinaga D. 2008. Penentuan viskositas pada proses

pemutihan. dalam [Skripsi]. Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Sumatera Utara.

LAMPIRAN

Contoh Perhitungan: Pengukuran waktu alir polistirena dengan pelarut toluena

Rerata Toluena =

Contoh Perhitungan pengukuran massa molekul nisbih polistirena dalam pelarut toluena (Larutan

0.10%):

Konsentrasi (g/ml)

Bobot polistirena yang ditimbang = 0.2501 g

% b/v =

V1 N1 = V2 N2

25 ml N1 =

N1 = 0.5% g/ml

ηr= mPa.s

mPa.s

10.8000 mPa.s

k’ rerata =

Persamaan garis linier yang diperoleh dari kurva hubungan antara konsentrasi dengan ηred sebesar

y = 8438.1x + 2.6627 dengan R² = 0.9723

y = 8426.9x + 2.6771 ≈ ηred = [η] + k’η2c

[η] = k

2.6771 = 11

Perhitungan rantai statistik pelarut toluena

[η] = k’

[2.6627] =

α = 0.0766

[η] = Ф

[2.6627] =

= 2.7233

β = 6.4816

ro2 =

ro2 =

ro = 7.2933

r2 = ro2

r2 =

r = 5.5867

So2 = =

So = 2.9775

S2 =

S2 =

S = 2.2808

Contoh Perhitungan pengukuran waktu alir polistirena dengan pelarut ɸ

Rerata Pelarut Ф =

Contoh Perhitungan pengukuran massa molekul nisbih polistirena dalam pelarut ɸ (Larutan

0.101%):

Konsentrasi (g/ml)

Bobot polistirena yang ditimbang = 0.2501 g

% b/v =

V1 N1 = V2 N2

25 ml N1 =

N1 = 0.505% g/ml

ηr= mPa.s

mPa.s

64.3564 mPa.s

k’ rerata =

Persamaan garis linier yang diperoleh dari kurva hubungan antara konsentrasi dengan ηred sebesar

y = 952.4x + 51.557dengan R² = 0.4377

y = 952.4x + 51.557≈ ηred = [η] + k’η2c

[η] = k

51.557 = 11

Perhitungan rantai statistik pelarut ɸ

[η] = k’

[51.557] =

α =

[η] = η

[51.557] =

= 3.3888

β = 1.5020

ro2 =

ro2 =(

ro = 2.4132

r2 = ro2

r2 =

r = 3.4321

So2 = =

So = 9.8518

S2 =

S2 =

S = 1.4011